Au cours de leur durée de vie, les bâtiments importants sont susceptibles d’être soumis à des charges accidentelles, telles que des explosions ou des impacts. Evaluer leur stabilité vis-à-vis de charges traditionnelles statiques et sismiques ne suffit pas. Leurs performances structurelles liées à des scénarios d’effondrement progressif doivent également être examinées.L’étude de l’effondrement progressif est un problème dynamique. Malheureusement, les expériences sur le comportement des structures de génie civil dans des conditions dynamiques sont rares car difficiles à réaliser. Dans cette étude, des sous-assemblages poteaux-poutres en béton armé ont été testés sous chargement dynamique. Le chargement a consisté à placer une masse importante jouant le rôle de « charge morte » sur la colonne centrale d’un sous-assemblage simulant la liaison de 3 poteaux avec 2 poutres. Une pièce fusible jouant le rôle de support sous la colonne centrale est brutalement déverrouillée pour simuler la perte de portance soudaine de cette colonne. Le comportement dynamique et les dommages locaux causés à la structure ont été mesurés et étudiés. Le bâti de chargement et les dispositifs de support ont été conçus spécialement pour cet essai. La charge morte supérieure peut être modifiée et appliquées à différents spécimens. Les supports des colonnes latérales ont une rigidité horizontale contrôlée et sont conçus pour limiter la rotation de ces mêmes colonnes. Ainsi, les conditions aux limites des essais réalisés sont supposées être représentatives de situations réalistes. Au cours des essais, un laser a été installé sous la colonne centrale pour mesurer la vitesse de chute. Une caméra numérique rapide a été utilisée pour visualiser l'ensemble du processus de ruine du sous-assemblage. Les images obtenues de la caméra ont été traitées par une technique de DIC (Digital Image Correlation) afin d’obtenir le champs de déplacement et les déformations correspondantes. Grâce à ces mesures dynamiques, des données importantes ont été produites et enregistrées, notamment la période de vibration, la fréquence, la vitesse et le déplacement des différents échantillons testés. Sur la base de ces données expérimentales, l’effet de la section et de la portée des poutres sur la réponse dynamique et sur le mode d’endommagement des sous-assemblages a été discuté. Cette étude montre que les résultats expérimentaux obtenus, en termes de mécanismes structurels, de schéma de fissuration, de mode d'endommagement, peuvent être utilisés pour analyser le comportement de sous-assemblages de structures réelles.De plus, une modélisation numérique des essais a été réalisée pour simuler le processus de ruine de la structure. Une technique appelée «connecteur» a été proposée dans le modèle aux éléments finis du sous-assemblage poteaux-poutres. Cette technique consiste à ajouter une série de ressorts pour étudier le rôle de l’interaction entre les armatures en acier et le béton. Un modèle d'endommagement anisotrope, appelé modèle DFH-KST, a été utilisé pour caractériser l'évolution de la fissuration et l’endommagement du béton.La polyvalence de la méthodologie adoptée permet d’évaluer l’influence du comportement non-linéaire du matériau et celle de la géométrie de la structure testée. Les études numériques de calibration et de validation montrent que le modèle proposé peut reproduire le comportement et la résistance de la structure avec succès. / Important buildings may be subjected to accidental loads, such as explosions or impacts, during their service life. It is, therefore, necessary not only to evaluate their safety under traditional loads and seismic action. The structural performances related to progressive collapse scenarios need to be investigated.The study of progressive collapse involves a dynamic problem, but unfortunately dynamic experiments on the behavior of the civil engineering structures under dynamic conditions are rare. In this research, beam-column sub-assemblage specimens were tested under dynamic load. The loading program consists in placing a large mass, as a dead load, on the top of the middle column of a beam-column sub-assemblage. The support under the middle column is suddenly removed for simulating the sudden loss of a column and the damage that will result in the structure. The loading system and supporting devices were designed specially for this test. The upper dead load can be changed by increasing or decreasing the applied masse to different specimens. The supports for the side column have a controlled rigidity in the horizontal direction and are designed to restrain rotation of the side-column. Thus, the boundary conditions are supposed to be similar to real situations. During the test, a laser was installed under the middle pillar to collect the falling velocity and a high-speed camera was used to visualize the whole process of the component failure process. The images obtained from the camera were processed by Digital Image Correlation (DIC) technology to get the corresponding displacements and strain fields. By these means, all the information of the structure under dynamic loading was captured and recorded, such as the period of vibration, frequency, velocity and displacement. Based on these experimental data, the effect of section and span of the specimen on dynamic response and damage mode was discussed. Time history of resistance force curves was produced. Compared with previous published quasi-static experiments in terms of structural mechanisms, crack patterns, damage mode, it shows the experimental results from beam-column assemblage with the designed support device can be used to analyze the behavior of the local structure in the entire frame.In addition, numerical simulations were developed for simulating the failing process of the structure. A technique named “connector” was proposed into beam-column finite element model by adding a series of springs to investigate the interaction between steel rebars and concrete. A concrete damage model, named DFH-KST model, was used to characterize the development of concrete crack and damage. The versatility of the adopted methodology allows assessing the influence of the material nonlinear behavior and the geometry of the tested structure. Calibration and validation studies show that the proposed model can successfully represent the resistance of structure and behavior. Furthermore, the transverse component effect on the resistance to progressive collapse was discussed.

Les notions de robustesse structurale sont intégrées dans les codes de conception européens suite à l'effondrement partiel et progressif de la tour Ronan Point de Canning Town à Londres (Angleterre, 16.05.1968). Le cadre réglementaire des Eurocodes définit la robustesse comme l'aptitude d'une structure à résister à des événements accidentels dits identifiés (incendies, explosions, chocs) ou non identifiés (conséquences d'une erreur humaine, attentats) sans présenter de dégâts disproportionnés par rapport à la cause d'origine. Cette définition incite les ingénieurs à inclure dans les procédures de conception les notions de dommage initial (défaillance locale) et de dommage disproportionné (défaillance globale). L'objectif de ces travaux de thèse est de développer un outil de simulation de la robustesse de structures lorsque des incertitudes de sollicitations (évènement accidentel) et / ou une faute de dimensionnement (conception ou de réalisation) interfèrent avec les dimensionnements réglementaires. La robustesse est évaluée à travers un indice compris entre 0 (structure peu robuste) et 1 (structure très robuste) et calculé à partir des probabilités de défaillance initiale et globale. Cette thèse propose une méthodologie reposant sur la recherche d’arbres complets d'évènements illustrant l'ensemble des cheminements potentiels d'une défaillance initiale localisée jusqu'à la ruine globale. L'approche développée s'applique aux structures hyperstatiques, dans lesquelles la rupture d'un ou plusieurs éléments n'entraine pas systématiquement la ruine de l'ensemble de la structure. En effet, les éléments non endommagés restants peuvent être en mesure de supporter les chargements externes par une redistribution des efforts internes.La procédure est illustrée dans les cas de structures unidimensionnelles hyperstatiques de poutres bi-encastrées et d'un portique référencé dans les normes et classiquement étudié dans la littérature. Le mode local de défaillance de nos simulations est la formation d'une rotule (fragile ou plastique) lorsque le moment sollicitant appliqué atteint la valeur du moment résistant d'une section droite. Deux types de lois probabilistes, Gaussiennes et Log-normales, sont testées par l'approche développée et par des simulations Monte-Carlo. Les variables aléatoires choisies peuvent être indépendantes ou corrélées. Nous présentons les résultats sous forme d’arbres d'évènements comportant l'ensemble des branches exclusives, sans intersection entre branches issues d’un même nœud. Cette spécificité permet de calculer des indices caractérisant la robustesse de la structure selon chaque scénario.L'analyse de l’arbre des évènements et des indices de robustesse permet de mettre en évidence les fragilités potentielles pouvant engendrer une défaillance généralisée d'une structure vis-à-vis d’accidents ou d’actes de malveillance. La méthode développée fournit un outil de simulation et de diagnostic efficace, tant en phase de conception qu'en phase de réhabilitation, permettant d'envisager le renforcement de bâtis existants ou futurs et d'assurer la sécurité des personnes et des ouvrages environnants. / Localized initial failures in constructions can sometimes be followed by disproportionate damage (collapse) spreading to the whole or the major part of a building. Since the partial and progressive collapse of the Ronnan Point tower (London, $1968$) caused by a gas explosion, the concept of robustness has been introduced in standards. Structural robustness is defined as the ability of a structure to withstand unforeseen events causing local damage like fire, explosion or impact, without suffering disproportionate collapse. This definition encourages engineers to include the concepts of initial damage (local failure) and disproportionate damage (global failure) in design procedures. The main objective of this PhD work is to develop a simulation tool in order to highlight the potential weakness in a structure when uncertain sollicitations (accidental events) and/or dimensional fault (design or realization) interfere with the standard predictions. The robustness is evaluated by an index varying from 0 (non-robust structure) to 1 (very robust structure) and is calculated from the initial and global failure probabilities. The proposed methodology is based on an event tree analysis summurizing all the distinct potential scenarios, from the initial damage to the collapse of the structure. The developed approach is applied to statically indeterminate unidimensional structures like beams and frame. The redundancy's consequence is that the break of one or several cross sections will not necessarily lead to the collapse of the whole system: the redistribution of the internal efforts allows the remaining undamaged parts of the structure to support the external (applied) loading. The methodology is illustrated by some examples of clamped-clamped beam and frame, loaded with punctual forces. The cross sections are supposed to have an elastic behaviour until the formation of plastic hinges (local failure). Two types of probabilistic laws, Gaussian and Log-normal, are tested by the developed approach and by Monte-Carlo simulations. The chosen random variables can be either independent or correlated. The resulting complete event tree contains all the exclusive paths from an localised damage to the global failure, without intersection between branches stemming from the same node. This specific property allows to evaluate the robustness indexes of the structure with the ratio between the local and global probabilities, according to each scenario. The analysis of the event tree and of the robustness indexes allows to highlight the potential brittleness which could cause a generalized collapse of the structure with respect to accidents or malicious acts. The developed methodology provides an effective tool of simulation and diagnostic, both in the design phase and in the rehabilitation one, useful to the reinforcement of existing or future buildings and to ensure the safety of people and surrounding structures.