La thèse qui fait l'objet de ce mémoire s'est déroulée dans le cadre de la collaboration entre le laboratoire et un groupe industriel. Elle traite de deux thèmes reliés par la problématique de l'utilisation de matéiaux cellulaires métalliques dans la construction. Les matériaux alvéolaires sont très appréciés pour leur propriété d'absorption d'énergie, qui est principalement caractérisée par leur domaine de résistance. Nous proposons un modèle analytique rigoureux, basé sur des techniques d'homogénéisation, permettant de prédire ce domaine de résistance pour une géométrie quelconque de structures cellulaires périodiques. Après validation, nous utilisons ce modèle pour étudier l'influence de défauts d'uniformité et de symétrie de distribution de la matière le long des parois des cellules. Ces travaux menés sur des cellules bidimensionnelles et tridimensionnelles conduisent à conclure que la non-uniformité modifie considérablement la taille et la forme du domaine de résistance, mais que la non-symétrie a une incidence plus faible. La fissuration réflective est une dégradation caractéristique des chaussées semi-rigides. Elle est due à la propagation jusqu'à la surface des fissures de retrait des assises traitées aux liants hydrauliques. Parmi les différents procédés existants pour retarder cet endommagement, nous nous intéressons aux solutions de type interfaces, souples ou rigides, insérées entre les assises et la couche de roulement. Lorsqu'elles sont rigides, elles se présentent sous forme de grilles et permettent de renforcer la couche supérieure puis de ponter les fissures. Nous avons mis en évidence qu'il était nécessaire de développer un essai à une échelle intermédiaire par rapport aux tests existants. Nous avons conçu cet essai en se basant sur la reproduction dans l'éprouvette, de variations de fonctions particulières calculées dans une chaussée.

Pour les panneaux de grande hauteur soumis à un fort gradient thermique associé à l’incendie, ils subissent des déplacements hors plan importants qui, du fait de l’excentrement du poids propre qui en résulte, vont engendrer des efforts de flexion venant s’ajouter aux efforts de compression déjà existants. Un tel changement de géométrie, d’autant plus prononcé que le panneau est de grande hauteur, combiné à une dégradation simultanée des propriétés de résistance des matériaux sous l’effet de l’élévation de température, peut conduire à un effondrement de la structure sous poids propre. L’évaluation de la résistance au feu d’éléments de structures de grandes dimensions, repose sur la théorie du calcul à la rupture, appliquée d’une part à la détermination d’un diagramme d’interaction au feu caractérisant la résistance du panneau en chacune de ses sections, d’autre part à l’analyse de la ruine globale du panneau dans sa configuration déformée. Le programme comporte deux volets complémentaires. Le premier volet concerne l’approche expérimentale. Un mur de 9 mètre a été testé sur le grand équipement Vulcain afin de valider le modèle de calcul d’une part, qui est en cours du développement, et à identifier des phénomènes locaux éventuels non accessibles par la modélisation d’autre part. Le deuxième volet concerne le développement d’outils de modélisation et de calcul performants. Basées sur une approche cinématique, des procédures itératives qui se reposent sur la méthode de perturbation ont été construit pour chercher une solution analytique pour prédire la configuration déformée d’une plaque soumis à un fort gradient thermique. Ensuite, des méthodes numériques fondées sur la discrétisation en éléments finis du panneau déformé, traité comme une coque à faible courbure, et l’utilisation de techniques d’optimisation non-linéaires, qui ont connu récemment des progrès importants, devront pouvoir être développées et appliquées à ce problème / High rise reinforced concrete walls under fire exhibit important out-of-plane displacements, which in turn lead to an eccentricity of the self-weight with respect to the initial undeformed configuration, resulting in supplementary bending moments. This geometrical change, combined with the degradation of the stiffness and strength properties of reinforced concrete due to severe temperature increase, may lead to the failure of walls under fire.Investigation on fire resistance of reinforced concrete walls will be based on the yield design approach in order to analyze the global stability of high rise walls, taking into account the geometry changes induced by the thermal loading.The program consists of two parts.Firstly, a 9-meter high reinforced concrete wall has already been tested under fire with the equipment Vulcan. This full size experiment aims at validating the modeling of plates under large out-of-plan displacement and identifying potential local phenomenon which has not been considered in the model.Secondly, a yield design approach will carried out to analyze the stability of reinforced concrete walls. By using the perturbation method, a recursive analytical procedure based on a kinematic approach is proposed to find the deformed configuration of reinforced concrete walls under fire. The deformed configuration will be later modeled as a shallow shell, on which a yield design procedure will be performed by a non-linear optimization

Ce travail s'inscrit dans le contexte des techniques de renforcement des sols, permettant d'améliorer les performances mécaniques de terrains de qualité médiocre. Parmi ces techniques, l'utilisation d'inclusions souples prenant la forme de colonnes ou de tranchées croisées connaît une diffusion croissante. Même si les aspects relatifs à leur procédé de construction sont aujourd'hui bien maîtrisés, les méthodes de dimensionnement de ces ouvrages en sols renforcés restent à améliorer. Dans cette thèse, nous proposons d'utiliser la méthode d'homogénéisation afin d'analyser le comportement global des ouvrages en sols renforcés, dans le cadre de la théorie de l'élasticité (propriétés de rigidité) aussi bien que dans celle du calcul à la rupture (propriétés de résistance). Tenant compte de la périodicité géométrique des différentes configurations de renforcement, nous déterminons le comportement des sols renforcés tout d'abord au niveau local puis à l'échelle de l'ouvrage. Pour évaluer les capacités de résistance des ouvrages en sols renforcés, les approches statique et cinématique du calcul à la rupture sont mises en œuvre analytiquement ou numériquement selon la nature du matériau de renforcement utilisé. Par des formulations numériques innovantes adaptées à cette théorie, nous parvenons notamment à évaluer les domaines de résistance macroscopiques des sols renforcés par colonnes ou tranchées croisées, qui peuvent ensuite être pris en compte dans le comportement à la rupture des ouvrages en sols renforcés. Deux exemples d'application de cette procédure, relatifs au problème de capacité portante d'une semelle de fondation reposant sur un sol renforcé d'une part et à l'analyse de la stabilité d'un remblai d'autre part, sont effectués / This work takes place in the context of soil reinforcement techniques, aimed at improving the mechanical performances of poor quality grounds. Among these techniques, the use of soft inclusions taking the form of columns or cross trenches has known important developments. Even if the aspects relative to their construction process are presently well mastered, the design methods of such reinforced soil structures still remain to be greatly improved. The present work advocates the use of the homogenization method for assessing the global behavior of reinforced soil structures, both in the context of linear elasticity (stiffness properties) and in the framework of yield design (strength properties). Taking into account the geometrical periodicity of the various reinforcement configurations, we thus determine the behavior of the reinforced soils first locally and then at the global scale. To assess the strength capacities of reinforced soil structures, the static and kinematic approaches of the yield design theory are performed analytically or numerically depending on the kind of reinforcing material which is used. Adopting innovative numerical formulations dedicated to this theory, we can notably evaluate the macroscopic strength domains of column as well as cross trench reinforced soils which can then be introduced in the yield design of reinforced soil structures. Two illustrative applications of this procedure are performed relating to the bearing capacity problem of a reinforced soil shallow foundation on the one hand, the stability analysis of an embankment on the other hand

Les capacités de résistance de l'argilite Callovo-Oxfordian (COx), qui est une roche hôte potentielle pour le dépôt souterrain profond de déchets radioactifs de haute activité en France, sont étudiées. À une échelle microscopique, des micros pores peuvent être observés dans la matrice. Une première étape d'homogénéisation a été réalisée afin d'évaluer le critère de résistance de la matrice. L'analyse microstructurale de ce matériau à quelques centaines d'échelle, référencée échelle échelle mésoscopique, montre une matrice argileuse et une distribution aléatoire d'inclusions minérales (quartz et calcite).Dans le but de déterminer le domaine de résistance à l'argilite COx, un premier outil numérique a été développé dans le contexte du comportement élastoplastique de la matrice. Plusieurs modèles morphologiques du volume élémentaire représentatif ont été considérés, et soumis à un chargement incrémental dans des conditions périodiques jusqu'à la charge limite. A la suite de ce calcul élastoplastique, un point de la frontière du domaine de résistance est obtenu. Ce dernier est alors obtenu par des calculs élastoplastiques successifs.Une alternative aux simulations élastoplastique directes, des approches cinématiques et statiques du calcul à la rupture sont réalisées. Une méthode du type éléments finis basée sur la construction d'un champ de contrainte (dans l'approche statique) et d'un champ de vitesse (dans l'approche cinématique) est développé dans un outil numérique permettant de calculer une limite inférieure et une limite supérieure de domaine de résistance / The strength capacities of Callovo-Oxfordian (COx) argillite which is a potential host rock for the deep underground repository of high-level radioactive waste in France are investigated. At a micro-scale, micro-pores can be observed in the matrix. A first strength homogenization step has been performed in order to evaluate the matrix strength criteria. The microstructure analysis of this material at some hundreds of micromet scale, referred at meso-scale, shows a clay matrix and a random distribution of mineral inclusions (quartz and calcite).Aiming to the determination of COx argillite strength domain, an FEM numerical tool has been developed in the context of the elastoplastic behavior of the matrix. Several morphological patterns of the representative elementary volume have been considered and subjected to an incremental loading in periodic conditions until collapse occurs. As a result of such elastoplastic calculation, one point of the boundary of the strength domain is obtained. The latter then could be reached by successive elastoplastic calculations.As an alternative to direct elastoplastic simulations, kinematic and static approaches of limit analysis are performed. The stress-based (static approach) and the velocity-based (kinematic approach) finite element method are used to develop a numerical tool able to derive a lower bound and upper bound of strength domain, respectively

Ce travail s'inscrit dans le contexte des techniques de renforcement des sols, permettant d'améliorer les performances mécaniques de terrains de qualité médiocre. Parmi ces techniques, l'utilisation d'inclusions souples prenant la forme de colonnes ou de tranchées croisées connaît une diffusion croissante. Même si les aspects relatifs à leur procédé de construction sont aujourd'hui bien maîtrisés, les méthodes de dimensionnement de ces ouvrages en sols renforcés restent à améliorer. Dans cette thèse, nous proposons d'utiliser la méthode d'homogénéisation afin d'analyser le comportement global des ouvrages en sols renforcés, dans le cadre de la théorie de l'élasticité (propriétés de rigidité) aussi bien que dans celle du calcul à la rupture (propriétés de résistance). Tenant compte de la périodicité géométrique des différentes configurations de renforcement, nous déterminons le comportement des sols renforcés tout d'abord au niveau local puis à l'échelle de l'ouvrage. Pour évaluer les capacités de résistance des ouvrages en sols renforcés, les approches statique et cinématique du calcul à la rupture sont mises en oeuvre analytiquement ou numériquement selon la nature du matériau de renforcement utilisé. Par des formulations numériques innovantes adaptées à cette théorie, nous parvenons notamment à évaluer les domaines de résistance macroscopiques des sols renforcés par colonnes ou tranchées croisées, qui peuvent ensuite être pris en compte dans le comportement à la rupture des ouvrages en sols renforcés. Deux exemples d'application de cette procédure, relatifs au problème de capacité portante d'une semelle de fondation reposant sur un sol renforcé d'une part et à l'analyse de la stabilité d'un remblai d'autre part, sont effectués.