De nos jours, le béton est le matériau de construction le plus utilisé dans le monde en raison de ses performances mécaniques, sa facilité de mise en oeuvre, son coût compétitif et sa « recyclabilité ». Toutefois, compte tenu de son caractère fragile en terme mécanique et de sa faible résistance à la traction, il est souvent renforcé par des armatures métalliques qui lui confèrent une bonne ténacité et une meilleure aptitude à supporter les efforts de traction. Ce composite béton-armature ne peut cependant assurer efficacement son rôle que si les deux composants sont étroitement liés l’un à l’autre. C’est donc dans la qualité de l’adhérence que réside l’efficacité du transfert des efforts entre les deux matériaux. Or, dès la mise en place des ouvrages en béton armé et pendant toute la durée de leur exploitation, différentes actions et agents agresseurs peuvent modifier la qualité de cette adhérence. Il peut s’agir de phénomènes naturels comme le gel/dégel et l’action du dioxyde de carbone atmosphérique, ou des sollicitations accidentelles comme l’incendie ou encore l’action de certains agents spécifiques comme les chlorures et les sulfates. Notre objectif dans cette thèse est de qualifier les modifications d’adhérence qui résultent de quatre types de sollicitations couramment rencontrées dans la vie des ouvrages en béton armé: l’effet des températures élevées, l’effet de la carbonatation, l’effet des cycles gel/dégel, l’effet de la corrosion. Nous évaluons la qualité de l’adhérence par la mesure de la résistance à l’arrachement et par l’analyse du comportement résiduel sous sollicitation mécanique. La technique d’émission acoustique est utilisée pour localiser en temps réel, l’endommagement du matériau sous sollicitation. Les applications de notre étude concernent non seulement les armatures et inserts classiques du béton armé mais aussi les nombreux dispositifs constructifs des structures mixtes acier – béton qui utilisent les liaisons par goujons pour relier les deux matériaux. / Nowadays, concrete is the most used construction material in the world because of its mechanical performances, its ability to be molded or cast, its competitive cost and its recyclability. However, concrete has a low ductility and a relatively low tensile strength compared to other construction materials. Therefore, concrete is often reinforced by steel rebars to improve the ductility and tensile strength. Nevertheless, to make reinforced concrete being highly efficient material, the two components need to be correctly bonded each to other. The bond quality the efficiency of the force transfer between rebar and concrete surrounding ensures. In fact, since the casting of concrete and during the service life of reinforced concrete structure, various actions such corrosion action, freeze/thaw attack and chemical attack etc. may affect the bond quality. The objective of this PhD research work is to qualify the changes of adhesion property causing by four types of action which frequently takes place in the service life of reinforced concrete structures: the effect of high temperatures, the effect of carbonation, the effect of cycles freeze/thaw, the effect of corrosion. The concrete-rebar bond quality is evaluated by doing pull-out tests under static mechanical action and measuring the bond strength and analyzing residual behaviour. Moreover, the acoustic emission technique is used to locate the cracks and evaluate the cracking evolution in real time. The founding of this study can be also extended to apply to other concrete-steel structures like composite structures in which headed studs are used to connect steel profiles to concrete.

Ces dernières années, les matériaux composites à matrices minérales ont suscité un grand intérêt dans le domaine du génie civil, en raison de leurs multiples avantages tels que la grande résistance en traction, le comportement pseudo-ductile, la facilité de mise en oeuvre, la nontoxicité et la compatibilité aux substrats. Toutefois, l’efficacité de ces composites est souvent limitée du fait de la faible adhérence du renfort avec la matrice. Cela est du à la faible pénétration des particules de la matrice entre les filaments internes du fil, ce qui entraine une rupture prématurée du matériau. Ce travail a pour but d’améliorer l’adhérence fil-matrice par pré-imprégnation du renfort, afin d’optimiser le comportement mécanique des composites. Deux méthodes de pré-imprégnation ont été utilisées : pré-imprégnation classique par voie humide et pré-imprégnation par voie sèche. Cette dernière se base sur l’application d’un champ électrostatique alternatif permettant la pénétration de la poudre au sein du renfort. La première méthode a déjà été utilisée dans la littérature et a permis d’améliorer les propriétés mécaniques du composite. Cependant, son utilisation reste limitée aux éléments préfabriqués simples contrairement à la deuxième méthode qui peut être appliquée pour réaliser des éléments de construction de grande taille, ou bien pour le renforcement et la réparation des structures in situ. La présente étude s’appuie sur une analyse multi-échelles permettant d’aborder le problème d’adhérence à l’échelle d’interface (fil-matrice) et à l’échelle du composite (fil-matrice et textile-matrice). Tout d’abord, des essais d’arrachement ont été conduits sur des fils de verre enrobés dans une matrice ettringitique. Huit configurations ont été étudiées afin d’évaluer l’effet du processus de pré-imprégnation et le type des matériaux de pré-imprégnation à sec. Il en sort que le comportement d’arrachement est amélioré par pré-imprégnation du fil par voie humide et sèche mais, précisons que par voie sèche, l’amélioration est significative seulement dans le cas d’utilisation de poudre de particules très fines. Une modélisation numérique de l’essai d’arrachement a été également réalisée afin d’identifier les propriétés d’interface fil-matrice. En se basant sur ces résultats, une étude expérimentale et numérique du comportement en traction des composites fil-matrice a été ensuite réalisée. Cinq configurations ont été retenues, après avoir écarté les prétraitements de fil ayant eu un effet néfaste sur l’adhérence fil-matrice. Il s’est avéré que les deux procédés contribuent à une augmentation significative des propriétés mécaniques du composite. De plus, un modèle numérique 3D a été développé pour simuler l’essai de traction d’un composite sec et pré-imprégné. Il a permis d’une part de prédire le comportement global du matériau et d’autre part d’apporter une meilleure compréhension de ce comportement grâce à l’analyse des états de déformation et de contrainte au niveau du fil, de la matrice et de l’interface. Enfin, une comparaison de l’effet des deux procédés de pré-imprégnation a été établie à l’échelle du composite textile-matrice au moyen d’essais de traction et d’analyse de corrélation d’image. Cinq différents types de tissu de verre unidirectionnel ont été utilisés. La pré-imprégnation par voie sèche a démontré la plus forte amélioration des performances du composite quel que soit le grammage du tissu, contrairement à la pré-imprégnation par voie humide qui trouve sa limite quand le textile devient dense / In recent years, mineral matrix composites have gained great interest in the field of civil engineering, thanks to their multiple advantages such as high tensile strength, pseudo-ductile behavior, ease of implementation, non-toxicity and substrate compatibility. However, the efficiency of these composites is often limited because of the low adhesion of the reinforcement to the matrix. This is due to the low penetrability of matrix particles into the space between the inner filaments of the yarn, which leads to premature failure of the material. The purpose of this work is to improve the yarn-matrix adhesion by pre-impregnating the reinforcement in order to optimize the mechanical behavior of composites. Two pre-impregnation methods were used : conventional pre-impregnation in a wet manner and pre-impregnation in a dry manner. This last is based on an alternating electrostatic field used to impregnate yarns with powder. The first method has already been used in the literature and has improved the mechanical properties of the composite. However, it is suited only for the manufacturing of simple prefabricated elements, unlike the second method, which can be applied for the construction of large elements, or for strengthening or repairing structures in site. This study is based on a multi-scale analysis to investigate the bond problem at the interface scale (yarn-matrix) and at the composite scale (yarn-matrix and textile-matrix). First, pull-out tests were conducted on glass yarns embedded in an ettringitic matrix. Eight configurations were studied to evaluate the effect of the pre-impregnation process and the type of dry pre-impregnation powders. It results that the pull-out behavior is improved by pre-impregnating the yarn in wet and dry manner but, it should be noted that in dry process, the improvement is significant only when using very fine particle powders. A numerical modeling of the pull-out test was also carried out in order to identify the yarn-matrix interface properties. Based on these results, an experimental and numerical study of the tensile behavior of yarn-matrix composites was then carried out. Five configurations were selected, after excluding the yarn pre-treatments that had a negative effect on the yarn-matrix bond. It was found that both processes contribute to a significant increase in the mechanical properties of the composite. In addition, a 3D numerical model has been developed to simulate the tensile test of a dry and pre-impregnated composite. It allowed on the one hand to predict the global behavior of the material and on the other hand to provide a better understanding of this behavior by analyzing the deformation and stress states at the level of the yarn, the matrix and the interface. Finally, a comparison of the effect of the two pre-impregnation processes was established at the textile-matrix composite scale by means of tensile tests and image correlation analysis. Five different types of unidirectional glass fabric were used. The dry pre-impregnation has shown the best improvement in composite performance regardless of fabric density, unlike the wet pre-impregnation, which has its limits when the textile becomes dense

L’état de l’art réalisé dans le cadre de ce travail a permis d’identifier une grande variété de techniques de réalisation de micropieux avec des comportements effort-déformation difficiles à prédire. Quant aux méthodes de contrôle, du point de vue de l’intégrité il existe deux méthodes développées pour les pieux lesquelles ne sont pas toujours applicables aux cas de micropieux ; et du point de vue du contrôle du comportement mécanique, il existe un essai assez utilisé pour le contrôle de micropieux : l’essai d’arrachement. Cet essai est facile à réaliser et à interpréter, cependant il est onéreux (long temps d’essai) et difficile à mettre en place. Un autre type d’essai, utilisé dans le contrôle de fondations profondes, est l’essai de chargement dynamique. La recherche bibliographique a permis d’identifier les avantages et inconvénients de ce type d’essai adaptés et déjà validés dans le contrôle de pieux. Nous avons donc proposé une nouvelle méthodologie basée sur des essais de chargement dynamique à faible contrainte nécessitant des énergies de battage beaucoup moins importantes que dans les essais de chargement dynamique classiques. Le protocole et dispositif d’essai de la méthodologie ont été calibrés et validés à partir de simulations numériques afin notamment de justifier les choix de l’énergie d’impact, de la masse du marteau et de l’amortisseur à utiliser. Les observations numériques sont ensuite vérifiées expérimentalement sur des micropieux à échelle réelle mis en place dans un site expérimental développé dans le cadre de ce projet. La méthodologie de contrôle en place de la résistance en service de micropieux développée, c’est une méthode originale simple à réaliser, facile à mettre en oeuvre et d’interprétation immédiate. Elle a été validée aussi dans le cas de micropieux à échelle réelle en conditions maitrisées dans le site expérimental et non maitrisées dans trois chantiers réels de micropieux. Finalement, le progrès dans les recherches, a permis le développement d’une méthodologie de contrôle de la résistance limite de micropieux. Pour cela nous proposons d’utiliser un modèle analytique de prédiction du comportement effort-déformation alimenté par les résultats de l’essai de chargement dynamique à faible déformation et d’un essai complémentaire de reconnaissance des paramètres à la rupture du sol. L´objectif de ce développement est de proposer une prédiction de la résistance limite du micropieux testé sans compromettre son intégrité. L’application de la méthodologie a montré qu’elle donne des résultats très proches de ceux observés dans les essais statiques. / The review of the state-of-the-art of micropiles produced as part of this work allows to identify a wide variety of construction methodologies which have a stress-strain behavior difficult to predict. As for the testing methods, there are methods for assessing the condition of piles or shafts but they are not always applicable to the micropiles; and in terms of the control of mechanical behavior, the most used load testing micropile is the uplift static load test. The static load test is easy to perform and interpret, however the reaction system is cumbersome and slow to erect, therefore this test is time and cost consuming. Another type of test that can be used in the control of deep foundations is the dynamic load testing. The literature review helped to identify the advantages and disadvantages of this type of test that has been adapted and validated in control of pile behavior. The new methodology proposed in this work is based on low-strain dynamic test requiring a smaller impact energy than a high-strain dynamic test. The testing protocol and loading device of the methodology have been calibrated and validated by numerical simulations in order to justify the choice of the impact energy, the weight of hammer and the cushion that will be used. The numerical observations are then verified by experiences in full-scale micropiles installed in an experimental site developed as part of this project. The developed in situ control methodology of the resistance in service of micropiles is an original method, easy to carry out, simple to execute and with an immediate interpretation. This methodology has been validated on full-scale micropiles in contained conditions and also in uncontained conditions in three real projects of micropiles. Finally, the advances in the investigations have led to develop a methodology for control the micropile’s ultimate resistance. We propose to use an analytical model for predicting the stress-strain behavior, which must be supplied with the results of the low-strain dynamic micropile test and of a complementary geotechnical test in order to examine the parameter of soil failure. The goal of this development is to provide a method for predict the micropile’s ultimate resistance without compromising its integrity. The results of the application of the new method to the experimental micropiles are in close agreement with the results observed in the static load test. / La revisión del estado del arte en relación a micropilotes, realizada en este trabajo, ha permitido identificar una gran variedad de técnicas de construcción, donde la predicción de sus comportamientos mecánicos, es una tarea difícil de realizar. Con respecto a los métodos de control, desde el punto de vista de la integridad, existen actualmente métodos no siempre aplicables a los micropilotes, y desde el punto de vista del control del comportamiento mecánico, el ensayo más utilizado es el ensayo de arrancamiento. El ensayo de arrancamiento es de fácil realización e interpretación, sin embargo es oneroso, por su larga duración y la necesidad de disponer de equipos muy pesados.Otro tipo de ensayo, que es utilizado para el control de fundaciones profundas en general, es el ensayo de carga dinámica, cuyas ventajas y desventajas han sido identificadas en la investigación bibliográfica.La nueva metodología propuesta, motivo de este trabajo, está basada en los ensayos de carga dinámica a baja deformación, donde se necesita una energía de impacto mucho menos importante que en el caso de los ensayos clásicos de carga dinámica.El protocolo de la metodología y su dispositivo de ensayo han sido calibrados y validados a partir de simulaciones numéricas con el fin de, principalmente, justificar la elección de la energía de impacto, de la masa del martillo y del amortiguador a utilizar. Las observaciones numéricas han sido, luego, verificadas experimentalmente sobre micropilotes a escala real, instalados en un sitio experimental desarrollado en el marco de este proyecto.La metodología de control in situ, de la resistencia en servicio de micropilotes, desarrollada en este trabajo, es un método original, simple de realizar, con un sistema fácil de instalar y de interpretación inmediata. Ella ha sido validada, en el caso de micropilotes a escala real en condiciones controladas en el sitio experimental, y no controladas en el caso de tres proyectos reales.Además, el avance en las investigaciones, dio lugar al desarrollo de una metodología de control de la resistencia límite de micropilotes. Para ello proponemos utilizar un modelo analítico de predicción del comportamiento esfuerzo-deformación alimentado por resultados del ensayo de carga dinámica a baja deformación y de un ensayo complementario de reconocimiento de los parámetros de ruptura del suelo. El objetivo de este desarrollo es de proponer un método de predicción de la resistencia límite de micropilotes sin comprometer su integridad. La aplicación de la metodología ha mostrado que los resultados son muy cercanos a los observados en los ensayos de carga estática.