La majorité des bâtiments existant aujourd'hui ne respectent pas les réglementations thermiques actuelles. Pour répondre aux exigences environnementales il est impossible, dans ce contexte, d'envisager une politique globale de démolition-reconstruction. Des campagnes de réhabilitation doivent être mises en place. Une solution innovante de réhabilitation énergétique est proposée permettant d'exploiter les ressources énergétiques urbaines, peu utilisées actuellement. Elle consiste à rajouter autour du bâtiment une enveloppe extérieure qui aurait pour fonction principale le captage d'énergie solaire. Un outil d'optimisation de la géométrie de l'enveloppe et de la distribution spatiale de panneaux capteurs à sa surface est développé. Sa validation est effectuée sur des cas simples, puis il est appliqué aux situations présentant de forts contrastes : optimisation pendant la période d'hiver ou d'été, à Oslo ou à Tunis, avec des obstacles proches masquant le Soleil. Afin de réaliser les formes complexes obtenues, il est proposé d'utiliser les gridshells comme système constructif. Ces structures obtenues par déformation élastique d'une grille de poutres en matériau composite initialement planes posent la question de la durabilité de ces matériaux soumis au chargement permanent. Pour étudier le comportement à long terme (fluage et rupture différée) de ces matériaux composés de fibres de renfort et matrice polymère viscoélastique, un modèle micro-mécanique est développé. Ce modèle de type shear-lag permet d'étudier l'influence des propriétés mécaniques des constituants sur la durée de vie du composite soumis à un chargement en traction et traction-cisaillement combinés

Cette thèse s’inscrit dans l’étude du comportement à long terme des verres nucléaires en conditions de stockage. Son objectif est de déterminer, de comprendre et de comparer les effets de certains éléments chimiques présents dans la composition du verre et/ou dans le milieu de stockage (Zn, Mg, Ni, Co, Fe, Ca, Gd, Ce, K, Cs, Cr et Ag) sur les différents processus mis en jeux lors de l’altération aqueuse des verres nucléaires. Dans ce cadre, une attention particulière a été portée sur le caractère cumulatif ou compétitif des effets de ces éléments chimiques. Pour cela, un verre simple à 6 oxydes (ISG) a été altéré pendant plus de 500 jours dans une solution contenant un ou plusieurs des éléments chimiques d’intérêt. Les éléments Zn, Mg, Ni, Co et Fe augmentent l’altération du verre en formant des phases secondaires de même structure (smectites tricotaédriques) et de même stœchiométrie (à l’élément près). Leur précipitation consomme des éléments chimiques du milieu (Si, Al) et induit une diminution de pH. Ce processus se maintient jusqu’à l’atteinte d’un pH limite propre à chaque phase secondaire, au-dessous duquel leur précipitation est inhibée. Par la suite, ces éléments peuvent s’intégrer dans le gel d’altération en remplacement du Ca rendu plus soluble par la baisse du pH. Tant qu’ils forment des phases secondaires, les effets de ces éléments sont cumulatifs. Les terres rares Gd et Ce augmentent aussi l’altération du verre en formant des phases secondaires mais leurs effets sont plus faibles car elles sont moins silicatées. Ces éléments, ne s’intègrent pas dans le gel. Le Cr précipite avec le Ca pour former une phase qui appauvrit le gel en Ca, entraine une diminution du pH et augmente l’altération du verre.Les éléments K, Cs et Ca limitent l’altération du verre en s’intégrant dans le gel et en ralentissant les phénomènes de transport en son sein. Cette intégration est compétitive : l’ordre d’intégration (quantité et efficacité sur la limitation de l’altération) est le suivant Ca >> Cs > K. L’élément Ag précipitant sous forme d’AgCl, n’a pas d’effet sur l’altération du verre : cette phase ne modifie ni le milieu, ni le développement de la pellicule d’altération.Ainsi, l’augmentation de l’altération pourrait être proportionnelle à la quantité d’éléments favorisant la précipitation de phases secondaires, mais la diminution de pH qui l’accompagne limite ce processus. Les effets des éléments qui diminuent l’altération du verre en s’incorporant dans le gel, sont limités en quantité par la composition du gel et sa capacité à les recevoir, et en qualité par la nature même des éléments. / This work takes place in the context of the long-term behavior of nuclear glasses under repository conditions. The main objective is to identify, understand and compare the effects of some chemical elements present in the glass composition and/or in the repository media (Zn, Mg, Ni, Co, Fe, Ca, Gd, Ce, K, Cs, Cr and Ag) on the processes involved in glass alteration by water. The cumulative or competitive nature of the effects of these chemical elements was determined. To reach this goal, a 6 oxides simple glass (ISG) has been altered for more than 500 days in a solution containing one or more of the chemical elements of interest.The results indicated that Zn, Mg, Ni, Co and Fe elements increase glass alteration forming secondary phases with the same structure and stoichiometry (trioctahedral smectites). To form, these silicates consume chemical elements (Si, Al) from the environment and induce a pH decrease until a limiting value of pH. Beyond this pH the precipitation of secondary phases is inhibited and these chemical elements can be integrated into the gel, replacing Ca whose solubility increases at lower pH. As long as they form secondary phases, the effects of these elements are cumulative. Rare earths Gd and Ce also increase glass alteration forming secondary phases but their effects are lower as they contain less silicon. These elements are not integrated in the gel. Chromium increases glass alteration by precipitating with Ca and leading to a less protective gel, depleted in Ca. Silver precipitates as AgCl and has no effect on the alteration of the glass.The chemical elements K, Cs and Ca limit glass alteration by integrating into the gel and slowing down the transport phenomena therein. This integration is competitive: the order of integration (quantity and effectiveness glass alteration limitation) is the following Ca >> Cs > K. Thus, the increase of glass alteration may be proportional to the quantity of elements promoting the precipitation of secondary phases, but the pH decrease limits the process. The effects of the elements that reduce glass alteration by incorporating into the gel, are quantitatively limited by the gel composition and its ability to incorporate them, and qualitatively by the nature of the elements.

Cette thèse porte sur les mécanismes et cinétiques d'altération des verres basaltiques. Par une meilleure compréhension des processus contrôlant la durabilité de ces verres, elle tente d'établir un lien entre les études de laboratoire et l'altération des verres volcaniques en milieu naturel. La méthodologie suivie reprend celle utilisée pour les verres nucléaires. Ainsi, nous mesurons pour la première fois la vitesse résiduelle d'altération des verres basaltiques. L'effet protecteur de la pellicule d'altération est clairement mis en évidence. Par ailleurs, la représentativité des verres synthétiques est évaluée par le biais d'une étude sur l'effet du degré d'oxydation du fer sur la structure et l'altération du verre. Un effet mineur de la teneur en FeII sur la vitesse initiale et un effet négligeable sur la vitesse résiduelle sont établis. La vitesse résiduelle a été extrapolée à 5°C et comparée à la vitesse d'altération moyenne de verres basaltiques d'âges compris entre 1900 et 107 ans. Les verres naturels non-zéolitisés s'inscrivent dans cette tendance linéaire, suggérant un contrôle de la vitesse à long terme par la précipitation de phases secondaires argileuses. Le milieu naturel étant ouvert, une étude paramétrique a été menée pour quantifier l'effet du débit d'eau sur la composition chimique de la couche d'altération. L'application des lois ainsi obtenues à deux échantillons naturels conduit à des résultats cohérents. Ainsi, il semble possible d'unifier l'approche descriptive issue des milieux naturels à celle, mécanistique, développée au laboratoire. L'étape suivante consistera à développer une modélisation pour transposer ces résultats aux verres nucléaires. / This dissertation concerns basaltic glass alteration mechanisms and rates. Through a better understanding of the processes controlling the basaltic glass durability, this thesis attempts to establish a link between laboratory studies and volcanic glass alteration in natural environment. The methodology used here is similar to the one used for nuclear glasses. Thus, we measured for the first time the residual alteration rate of basaltic glasses. Protective effect of the alteration film is clearly established. Moreover, synthetic glass representativity is evaluated through a study focused on the effect of iron oxidation degree on the glass structure and leaching properties. A minor effect of FeII on the forward rate and a negligible effect on the residual rate are shown. The residual rate is extrapolated at 5°C and compared to the mean alteration rate of natural samples of ages ranging from 1900 to 107 years. Non-zeolitized natural glasses follow this linear tendency, suggesting a control of the long-term rate by clayey secondary phase precipitation. Natural environments are open environments: a parametric study was performed in order to quantify the water flow rate effect on chemical composition of the alteration layer. When applied to two natural samples, the obtained laws provide coherent results. It seems possible to unify the descriptive approach from the study of natural environments to the mechanistic approach developed at the laboratory. The next step will consist in developing a model to transpose these results to nuclear glasses.

La majorité des bâtiments existant aujourd'hui ne respectent pas les réglementations thermiques actuelles. Pour répondre aux exigences environnementales il est impossible, dans ce contexte, d'envisager une politique globale de démolition-reconstruction. Des campagnes de réhabilitation doivent être mises en place. Une solution innovante de réhabilitation énergétique est proposée permettant d'exploiter les ressources énergétiques urbaines, peu utilisées actuellement. Elle consiste à rajouter autour du bâtiment une enveloppe extérieure qui aurait pour fonction principale le captage d'énergie solaire. Un outil d'optimisation de la géométrie de l'enveloppe et de la distribution spatiale de panneaux capteurs à sa surface est développé. Sa validation est effectuée sur des cas simples, puis il est appliqué aux situations présentant de forts contrastes : optimisation pendant la période d'hiver ou d'été, à Oslo ou à Tunis, avec des obstacles proches masquant le Soleil. Afin de réaliser les formes complexes obtenues, il est proposé d'utiliser les gridshells comme système constructif. Ces structures obtenues par déformation élastique d'une grille de poutres en matériau composite initialement planes posent la question de la durabilité de ces matériaux soumis au chargement permanent. Pour étudier le comportement à long terme (fluage et rupture différée) de ces matériaux composés de fibres de renfort et matrice polymère viscoélastique, un modèle micro-mécanique est développé. Ce modèle de type shear-lag permet d'étudier l'influence des propriétés mécaniques des constituants sur la durée de vie du composite soumis à un chargement en traction et traction-cisaillement combinés / The majority of existing buildings does not follow present energy efficiency regulations. In order to fulfill environmental requirements it seems impossible, in this context, to consider a global demolition-reconstruction policy. Renovation programmes need to be implemented. An innovative energy efficiency improvement solution is proposed, enabling to explore urbain energy ressources presently underexploited. The concept is to add, around the building, an external envelope whose main function would be to collect energy. An optimization tool aiming at finding the optimal geometry and collectors' spatial distribution on the envelope's surface, is developed. Its validation is carried out on simple cases, it is then applied in situations showing strong contrasts: optimization during summer and winter, in Oslo and in Tunis, with close obstacles partially masking the Sun. In order to build the emerging complex geometries, the use of gridshell structures is proposed. These structures are obtained through elastic deformation of an initially plane grid made of composite material slender beams. This raises the problem of composite materials durability under sustained loading. In order to study the long-term behavior (creep and creep rupture) of these materials composed of reinforcing fibres and a polymeric viscoelastic matrix, a micromechanical model is developed. This shear-lag type model allows studying the influence of the constituents' mechanical properties on the lifespan of the composite under permanent pure traction or combined shear and traction loadings

La présente étude concerne le comportement hydromécanique des matériaux compactés à base de bentonite pour le stockage des déchets radioactifs en grande profondeur. Trois matériaux candidats ont été étudiés : la bentonite (MX80) pure, le mélange bentonite/argilite broyée et le mélange bentonite/sable. Une étude expérimentale sur la pression de gonflement du mélange bentonite/argilite a été premièrement réalisée. Cette étude a mis en évidence l'effet de la salinité de l'eau, de la procédure et la durée d'hydratation, du pré-existant vide technologique et des méthodes expérimentales. Une importante relation entre la pression de gonflement et la densité sèche finale de la bentonite a été élaborée. Ensuite, des essais de rétention d'eau, des essais d'hydratation et des essais oedométriques à succion contrôlée ont été réalisés sur des échantillons à différentes porosités tout en considérant la présence du vide technologique. En introduisant les paramètres comme indice des vides de la bentonite et le ratio volume d'eau, une analyse globale des effets des vides sur la réponse hydromécanique de la barrière ouvragée a été effectuée. Pour obtenir un meilleur aperçu de l'évolution de l'étanchéité dans le cas de vide technologique, l'effet de densité sèche finale (densité après fermeture de vide technologique) et du temps d'hydratation sur la microstructure a été, de même, étudié. La perméabilité de ce matériau à l'état non saturé a été ensuite étudiée en réalisant des essais de rétention d'eau et d'infiltration ainsi que par des observations de la microstructure. Les résultats obtenus ont permis de relier la variation de la conductivité hydraulique non saturée aux changements de la microstructure. Une expérimentation en modèle réduit reproduisant à une échelle 1/10ème les essais in-situ (SEALEX) a été effectuée, et cela pour étudier la reprise des vides à long terme d'un mélange compacté bentonite/sable, tout en considérant la présence d'un vide technologique. Les résultats ont été utilisés pour interpréter les observations de l'essai in situ. A une échelle de temps réduite, cette étude fournit des informations utiles pour estimer la durée et l'efficacité de la conception en place. Finalement, les données expérimentales obtenues dans le laboratoire sur le mélange bentonite/sable ont été interprétées dans le cadre du modèle de Barcelone (BExM). Après comparaison des résultats expérimentaux avec le modèle, les performances et les limitations du modèle ont été analysées / This study deals with the hydro-mechanical behaviour of compacted bentonite-based materials used as sealing materials in high-level radioactive waste repositories. The pure MX80 bentontie, mixtures of MX80/crushed claystone and MX80/sand were used in the investigation. An experimental study on the swelling pressure of the bentonite-based materials was first performed. The results evidenced the effects of water chemistry, hydration procedure and duration, pre-existing technological void and experimental methods. Emphasis was put on the relationship between the swelling pressure and the final dry density of bentonite. Afterwards, the water retention test, hydration test and suction controlled oedometer test were conducted on samples with different voids including the technological void and the void inside the soil. By introducing the parameters as bentonite void ratio and water volume ratio, an overall analysis of the effects of voids on the hydro-mechanical response of the compacted material was performed. To get better insight into the seal evolution in case of technological void, the effects of final dry density and hydration time on the microstructure features were also characterized. Then, the hydraulic properties under unsaturated state were investigated by carrying out water retention test and infiltration test as well as the microstructure observation. The results obtained allowed relating the variation of hydraulic conductivity to the microstructure changes. A small scale (1/10) mock up test of the SEALEX in situ experiment was also performed to study the recovery capacity of bentonite-based material with consideration of a technological void. The results were used for interpreting the in-situ observations. With a reduced time scale, it provides useful information for estimating the saturation duration and sealing effectiveness of the field design. Finally, the experimental data obtained in the laboratory on bentonite/sand mixture were interpreted in the framework of the Barcelona Expansive Model (BExM). By comparing the model with the experimental results, the performance and limitation of the model were analyzed