Le comportement géotechnique des massifs rocheux est principalement régi par leurs discontinuités. Celles-ci ont pour cause les déviateurs de contrainte et de déformation appliqués au massif tout au long de son histoire géologique. On en conclut que les caractéristiques mécaniques et hydrauliques actuelles d'un massif dépendent à la fois de ses particularités structurales acquises et éventuellement de contraintes s'exerçant de nos jours, notamment par suite du mouvement des plaques lithosphériques. L'appréciation de la qualité d'un site doit s'efforcer de combiner l'analyse structurale, les mesures in situ et, si possible, les données acquises par la sismologie. Une telle démarche permet de généraliser les résultats de reconnaissances par nature ponctuelles et de mieux comprendre certaines anisotropies mécaniques et hydrauliques. Des études de sites de fondation de barrages, en terrains cristallins et cristallophylliens, effectuées en Arabie Séoudite et dans les Pyrénées-Orientales illustrent la démarche méthodologique qui vient d'être proposée.

L’installation et la maintenance des ancrages passifs scellés au rocher représentent un coût important dans le budget de fonctionnement des infrastructures de transport sujettes à l’aléa rocheux. Dans ce contexte, clarifier et optimiser les méthodes de dimensionnement actuellement employées représente un enjeu fort. Or le comportement d’un ancrage passif scellé au rocher est très complexe : il fait intervenir non seulement la rupture des matériaux constituants mais également la rupture des interfaces. Par ailleurs, la résistance de l’interface barre-scellement lors de l’arrachement d’un ancrage dépend du caractère dilatant de cette interface, liée à la géométrie de la barre (verrous) et à la plastification du matériau de scellement. Le travail de cette thèse porte sur une meilleure compréhension du comportement en traction d’un ancrage passif scellé au rocher, l’objectif étant d’améliorer la conception et le dimensionnement des ancrages sollicités axialement. Premièrement, le travail a consisté à définir le comportement de l’interface barre-scellement, Pour cela, un modèle numérique a été développé afin de reproduire des essais d’arrachement, sous différentes contraintes de confinement radial, de barres d’acier de haute adhérence (HA) scellées sur une longueur de 15 cm dans un cylindre de coulis de ciment (Moosavi et al. 2005). La géométrie réelle de l’interface acier–scellement a été considérée dans le modèle. Le comportement du coulis de scellement a été représenté par un modèle de type «concrete damage plasticity» (CDP), modèle de Lubliner (1986), implémenté dans Abaqus (2012). La représentation dans une approche continue de la plastification locale et de la fissuration, a nécessité un calage pour tenir compte des effets d’échelle. Le comportement de l’interface barre-scellement a ainsi été identifié comme cohésif dommageable avec frottement, dans une bande de cisaillement de largeur entre 2 et 3 fois la hauteur des verrous. Dans l’objectif de simuler un ancrage sur le terrain, des éléments d’interface représentant le contact acierscellement (sans les verrous) ont été développés.. La performance des éléments a été testée par la modélisation d’essais réalisés par Benmokrane et al. (1995) pour des barres de HA scellées en forage dans un bloc de béton, c’est-à-dire avec des conditions-limites radiales à rigidité constante. En parallèle, afin de tester l’influence de différents paramètres (géométrie, propriétés de matériau, accessoires de mise en oeuvre) sur le comportement de l’ancrage, une campagne insitu de 36 essais d’arrachement de barres d’acier HA scellées dans un massif calcaire résistant a été réalisée. Certaines barres équipées de fibre optique ont permis d’étudier finement la mobilisation de l’interface entre la barre d’acier et le matériau de scellement lors de la sollicitation axiale. Ces observations expérimentales, comparées aux résultats de la simulation numérique des essais, ont permis de valider le modèle numérique développé et en particulier les éléments d’interface. Par ailleurs, dans nos conditions d’essais, il n’est pas noté d’effet de la longueur de scellement ou de la résistance du coulis de scellement sur la résistance de l’ancrage : la résistance est limitée par la résistance en traction de la barre d’acier. Quant à la rigidité de l’ancrage, c’est le rapport diamètre de la barre/diamètre du forage ou un coulis plus résistant qui tend à rigidifier le comportement de l’ancrage. Pour un rocher résistant et homogène, la longueur de scellement efficace est au maximum de 65cm pour les diamètres usuels de barre. Elle tend à augmenter quand le système est plus déformable : coulis de scellement moins résistant ou, pour un diamètre de barre donné, diamètre de forage plus grand. La présence de la canule d’injection ne semble pas perturber le comportement de l’ancrage. Par contre, une attention particulière doit être portée à la mise en oeuvre de la chaussette géotextile. / Fully grouted rockbolts have been used for decades for transport infrastructure exposed to rockfall hazards. However their installation and maintenance are usually costly. Therefore, understanding and optimizing of the current design method for this type of anchorage is a major challenge. This study is not simple because of the complexity of fully grouted rockbolt behavior: its failure involves not only the failure of constituent materials (rockbolt, grout, rock), but also the failure of bolt-grout and grout-rock interfaces. Moreover, the strength of bolt-grout interface depends on the interface dilatancy, which is likely linked to the geometry of ribs and to the plastification of grout material. This thesis which includes two different parts, a numerical modeling and an experimental work, contributes hence to a better understanding of fully grouted rockbolt behavior under an axial tensile load, in order to improve the current design method. Firstly the bolt-grout interface behavior in particular the force transmission between the bolt and the grout, was studied. For this purpose, a numerical model was proposed to simulate the pull-out test of a short length of 15cm of bolt grouted in a cylinder of cement hardened paste, under constant confinement pressure (Moosavi et al., 2005). In this model, the bolt-grout interface was modeled with its real geometry, including ribs. To consider the different types of behavior and failure (tension, compression and shear) of the grout, this one was modeled by the concrete damage plasticity model (CDP model), which was developed by Lubliner et al. (1986) and implemented in Abaqus (2012). Moreover, the localization of plastic strain and the fracture of grout imply different size effects, which were also taken into consideration within the calibration of the parameters of the CDP model. The bolt-grout interface behavior was also identified to be a cohesive-damage friction interface within a 2 or 3 times the height of the ribs wide shear band. From these numerical modeling results, a constitutive model for the bolt-grout interface was developed to replace the real geometry of bolt-grout contact, in order to model in-situ anchors, whose length is much longer than that of anchors in laboratory tests. The interface model was then validated by performing the numerical simulation of the pullout tests of grouted bolt in borehole drilled in concrete block, carried out by Benmokranne et al. (1995), under constant rigidity of confinement instead of constant pressure of confinement. For the second part of this study, a series of 36 pull-out field tests of fully grouted rockbolt in a rigid limestone rock wall was conducted in order to study the influence of different parameters on the behavior of rock anchors (geometry, material characteristics, accessories). Certain of the bolts equipped with optical fiber allowed bolt strains to be measured along their length, and hence, the stress mobilization along the bolt-grout interface to be studied. The comparison between experimental and numerical results permitted us to validate the numerical simulation, in particular the proposed interface model. With our field test conditions, no influence of grouting length or grout resistance on the strength of anchor was noticed and the bolt strength was limited by the tensile strength of the steel rebar. It is the ratio of bolt diameter/borehole diameter or a stronger grout that tends to stiffen anchor. In a resistant and homogeneous rock and for usual rebar diameters, the efficient grouting length is lower than 65cm. This length increases when the system is more deformable, by using a less resistant grout or a higher grout thickness. The instalation of the cannula seem not to affect the anchor’s strength. However, a particular attention must be paid to the use of the geotextile sock.

Cette thèse a pour objectif la compréhension fine du rôle de la microstructure sur les propriétés mécaniques de composites à matrice céramique oxydes, en vue de l’introduction de ce type de matériau dans les futurs moteurs d’aviation civile. L’influence des hétérogénéités induites par la mise en forme de ce matériau est particulièrement investiguée. Ces hétérogénéités semblent favoriser l’apparition et la propagation de mécanismes d’endommagement conduisant à la ruine du matériau. L’étude est réalisée sur trois nuances de composites oxydes à tissage bidimensionnel générées à partir de trois procédés de fabrication différents. Ces procédés conduisent à la mise en place de trois types de microstructures. Des caractérisations morphologiques par porosimétrie et par μ-tomographie sont réalisées afin d’estimer la répartition des hétérogénéités et ainsi d’établir les microstructures représentatives de chaque nuance. En se basant sur ces analyses, une étude du comportement mécanique des nuances d’étude est réalisée à plusieurs échelles. Dans un premier temps, une étude des propriétés mécaniques à l’échelle macroscopique, représentative du matériau est effectuée à l’aide d’essais de traction dans le plan de tissage. En parallèle, des essais in-situ sont mis en place afin d’observer l’évolution de l’endommagement des microstructures. Ces observations permettent d’améliorer la compréhension du rôle des hétérogénéités sur l’activation des mécanismes d’endommagement. Le suivi de l’EA (Emission Acoustique) des essais est utilisé pour analyser la cinétique d’endommagement des nuances de composites oxydes. En plus de l’analyse globale de l’activité acoustique, des classifications des signaux d’EA sont réalisées. Ces classifications se basent sur la détection de signaux d’EA à l’aide de deux types de capteurs présentant des caractéristiques différentes. Une labellisation des classes est proposée en confrontant les activités de ces classes aux mécanismes d’endommagement observés lors des essais in-situ. Le couplage de l’ensemble de ces informations permet de constituer le scénario d’endommagement de chaque nuance. Il est ainsi possible d’établir le rôle de chaque type d’hétérogénéités sur le comportement mécanique des composites oxydes. / The aim of this thesis is the fine understanding on the influence of the microstructure on oxide-based ceramic matrix composites mechanical properties. These materials are good candidate for new generation of civil aircraft engines. The aim of this work is to establish a relationship between the microstructural defects generated by the manufacturing process and the mechanical behavior of the composite. These heterogeneities seem to influence the appearance and the propagation of damage mechanisms. This study is realized on three kinds of bi-dimensional oxide composites generated from three different manufacturing processes. These processes create three kinds of microstructure. Porosimetric and μ-tomographic analyses allow estimating the distribution of microstructural defects and establish typical microstructure of each oxide composite. Based on these preliminary analyses, mechanical behavior of each kind of oxide composites is studied through several representative scales. On the one hand, mechanical tensile tests are carried out in order to estimate the mechanical properties of the studied materials in the weaving plane. On the other hand, the implementation of in-situ mechanical tests allows the visualization of damage mechanisms appearance and propagation. These observations improve the understanding of the role of microstructural defects on the activation of damage mechanisms. Damage kinetics of each mechanical test are inspected through AE (Acoustic emission) analysis. This monitoring helps to link mechanical behavior with microstructural damage. In parallel with global AE analysis, AE clustering is achieved. These classifications are based on two kinds of AE sensor with different properties. Data fusion from the two sensors is accomplished. This technique allows more robust AE clustering. Cluster labelling is proposed thanks to damage mechanisms observed during in-situ mechanical tests. Damage scenarios are set up owing to macroscopic mechanical test, in-situ analysis and AE labelling. Thus, it is possible to establish the influence of each kind of microstructural defect on oxide-based CMCs mechanical behavior.

Les terrains quaternaires en Iran ont une vaste étendue et ils ont des caractéristiques communes au point de vue sédimentation, géologie et morphologie. Ce sont des caractéristiques dues à une série de développement de l'érosion et de l'accumulation dans les régions montagneuses avec des conditions climatiques particulières. Par conséquent, ces sédiments devraient avoir aussi des caractéristiques physico-mécaniques en commun dont nous parlerons dans les chapitres suivants. On a étudié premièrement la genèse de ces alluvions et les facteurs et les conditions qui ont donné lieu à la naissance de ces alluvions. Puis on a étudié les condItions géomorphologiques et lithologiques, et enfin les propriétés mécano-physiques de ces alluvions. En profitant des résultats obtenus par les essais in situ et au laboratoire qui ont été faits sur les, alluvions de la région d'Ispahan, j'ai essayé de trouver des relations entre les propriétés physico-mécaniques, lithologiques et morphologiques de ces alluvions. C'est la première fois que ces alluvions font l'objet d'une étude géotechnique approfondie, et considérant leur étendue, cette étude pourra être une base pour d'autres plus ponctuelles. Ces problèmes ont été étudiés en trois parties

L’introduction des composites dans des pièces structurelles critiques pour les aéronefs représente une réelle rupture technologique et nécessite des études spécifiques afin de maîtriser leur comportement et leur durabilité. Ce travail a pour objectifs de caractériser et de comprendre les mécanismes de vieillissement de composites interlock 3D à fibres de carbone et à matrice polymère lorsqu’ils sont soumis à des cycles thermiques.Dans ce but, un essai de cyclage thermique (-55°C/120°C), dont l’environnement thermique et gazeux est totalement maitrisé, a été mis en place pour le vieillissement d’échantillons composites représentatifs du motif interlock élémentaire. L’analyse des mécanismes de dégradation induits a été réalisée grâce i/ à la mise au point d’une méthode de caractérisation quantitative 3D de l’évolution des microfissures au cours du cyclage, basée sur des observations par microtomographie RX et sur le développement d’une procédure de traitement d’images spécifique, ii/ au développement d’un essai de cyclage thermique in situ synchrotron couplé à une technique de corrélation d’images volumiques 3D, et iii/ à des simulations par éléments finis prenant en compte l’architecture réelle des échantillons à l’échelle mésoscopique et le comportement thermo-viscoélastique de la matrice.Les résultats obtenus mettent en évidence des couplages thermo-chimio-mécaniques complexes,qui s’expriment à travers quatre paramètres influents : le temps (et le nombre de cycles),l’architecture de l’interlock, la ténacité de la matrice et sa sensibilité à la thermo-oxydation. / The introduction of composite materials in critical structural parts for aircrafts represents a real technological breakthrough and requires specific studies to understand their behavior and durability. This work aims to characterize and understand the ageing mechanisms incarbon/epoxy 3D interlock composites when they are submitted to thermal cycling.For this purpose, a thermal cycle test (-55°C/120°C), whose heat and gaseous environment istotally mastered, was set up for the ageing of composite samples of elemental interlock pattern dimensions. Analysis of induced degradation mechanisms was achieved by i/ the development ofa 3D quantitative characterization method of the evolution of microcracks during cycling, basedon observations by microtomography RX and the development of a specific image processing procedure, ii/ the development of an in situ thermal cycle test under synchrotron light, coupled to a digital volume correlation technique, and iii/finite elements simulations taking into account the actual mesoscopic architecture of the samples and the thermo-viscoelastic behavior of thematrix.The results reveal complex thermo-chemo-mechanical couplings that are linked to four important parameters: time (and the number of cycles), the interlock architecture, the matrix toughness andits sensitivity to thermo-oxidation.

Ce travail de thèse vise à étudier l'emdommagement induit par la fatigue thermique d'un acier inoxydable austénitique AISI 316L(N), qui est un matériau candidat pour construire les structures internes des réacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis au sodium (RNR-Na). Des réseaux de fissures, aussi appelés "faeïençage thermique", ont été observés en surface des certains composants. L'origine de ce type d'endommagement provient de sollicitations themiques hétérogènes et répétées des parois des composants dans une zone où se mélange du sodium chaud et froid.L'étude de la fatigue thermique à grand nombre de cycles pose des difficultés expérimentales, notamment le maintien tout au long des cycles d'un chargement thermique d'amplitude constante ou encore, la mesure continue de ce chargement thermique et de ses effets en termes de déformation mécanique et d'endommagement dans la zone la plus fortement sollicitée. Une campagne d'essais est réalisée avec un dispositif expérimental original, la machine FLASH. Une procédure spéciale de corrélation multivue hybride qui combine une caméra infrarouge et deux caméras visibles est développée pour réaliser des mesures de champs thermomécaniques et aussi assurer le suivi in-situ de l'endommagement causé par les chocs thermiques produits par un laser de puissance.Les mesures expérimentales sont comparées avec des résultats de simulation thermomécanique. Le bon accord entre ces deux approches permet d'estimer la variation de déformation mécanique équivalente dans la zone la plus forte sollicitée. Une courbe de fatigue reliant le chargement équivalent au nombre de cycles à l'amorçage d'une fissure de 200um est alors construite à partir des résultats d'essais. La comparaison sur cette courbe entre les résultats de fatigue thermique FLASH et des essais de fatigue isothermes uniaxiaux standardisés est jugée satisfaisante (légèrement conservative). De plus, les analyses expérimentles des réseaux de fissures fournissent des informations utiles pour comprendre le mécanisme de multi-fissuration. Les paramètres morphologiques des fissures sont comparés avec les prédictions d'un modèle probabiliste. / This PhD work is devoted to the study of thermal fatigue damage of AISI 316L(N) austenitic stainless steel, a candidate material to make the primary cooling system of Sodium-cooled Fast Reators (SFRs). Initiation and propagation of crack networks can be induced by locally constrained thermal expansions or contractions of the component surface subjected to repeated thermal shocks of turbulent coolants.A campaign of high cycle thermal fatigue tests on AISI 316L(N) austenitic stainless steel has been carried out with the FLASH facility. Full field measurements have been performed to capture thermomechanical fields of monitored surfaces in thermal fatigue tests. An original procedure based on hybrid multiview correlation (HMC) uses images acquired by two visible light cameras and one infrared camera. With such a system, Lagrangian temperature fields can be measured and experimental strain or displacement fields can be used to calibrate Finite Element analyses to reproduce the thermomechanical cyclic response of the material in the region of interest. One additional benefit of the spatiotemporal synchronization of the HMC system is that the entire fatigued region has been monitored in-situ during the whole test, without interruptions, which enables crack initiation and propagation to be tracked thanks to the different modalities of the three cameras.

Cette thèse CIFRE a été réalisée dans le cadre d'un partenariat entre l'ENTPE Université de Lyon, AREA et EIFFAGE Travaux Publics. Les méthodes actuelles de détermination et de prévision de l'endommagement des structures de chaussées autoroutières sont peu fiables et nécessitent d'être améliorées. L'objectif de la thèse est de mettre en place une procédure d'analyse inverse donnant accès aux paramètres de comportement des matériaux de chacune des couches de chaussées à partir des mesures de déflexion. Une première étape vise à définir plus précisément les états de contraintes et de déformations existants dans les différentes couches de chaussées. Pour cela, une instrumentation de chaussée autoroutière située proche d'Aix les Bains a été réalisée. 47 capteurs de déformation et de température ont été implantés dans la structure à trois niveaux différents lors de travaux d'entretien effectués en août 2012. En parallèle, des matériaux de chaussée ont été prélevés sur autoroutes pour caractériser leur comportement en laboratoire. Des essais de module complexe ont permis de déterminer les propriétés thermo-visco-élastiques des matériaux. Ces résultats ont permis de modéliser la déformation de la chaussée et de la comparer avec les mesures. Des mesures de déflexion ont également été réalisées sur la chaussée instrumentée à l'aide d'un curviamètre. Les résultats ont pu être comparés à la modélisation. Les différences observées ont permis de proposer une analyse critique des mesures de déflexion. / This thesis was conducted into a parnership between ENTPE university of Lyon, AREA and Eiffage Travaux Publics. Current methods of determination and prediction of damage to highway pavement structures are unreliable and need to be improved. The aim of the thesis is to establish an back analysis procedure from the deflection measurements fiving access to material behavior parameters of each pavement layers. A first step is to define more precisely the states of stress and deformation existing in the different layers of pavement. For this reason, a motorway pavement instrumentation was performed near Aix les Bains in France. 47 strain sensors and temperature were implanted into the structure in three layers during maintenance works in August 2012.In parallel, pavement materials were collected on motorways to characterize their behavior. Complex modulus tests were used to determine the thermo-viscoelalstic properties of materials. These results were used to modeling the deformation of the pavement and compared with measurements. Deflection measurements were also performed on the instrumented pavement with a curviameter device. The reseults were compared to modeling. The observed differences have helped to provide a critical analysis of deflection measurements.

La réduction de la consommation énergétique dans le secteur de bâtiments présente aujourd’hui une priorité primordiale dans les politiques des pays industrialisés. En France, le secteur du bâtiment consomme environ 43 % de l’énergie finale et contribue pour près d’un quart aux émissions nationales de gaz à effet de serre [ADEME]. Il se positionne comme un acteur clé pour parvenir à résoudre les inquiétants défis environnementaux auxquels nous devons faire face. Face à ces véritables défis, l’augmentation des niveaux d’exigence des réglementations thermiques s’est poursuivie et intensifiée pendant les 40 dernières années, jusqu’à la naissance de la réglementation thermique 2012, qui a permis de construire des bâtiments basse consommation (BBC) qui équivaut à 50 kWh/m².an. Cette nouvelle réglementation plus exigeante constitue une incitation forte à l'innovation des matériaux, produits et systèmes d'enveloppe. Dans ces conditions, l’amélioration des performances hygrothermiques des matériaux de construction aura des retombées économiques et environnementales conséquentes. C’est dans ce contexte que ce travail a été mené. Il vise à étudier et à améliorer les performances des produits de l’entreprise Briqueteries du Nord (BdN). Il est réparti sur deux axes principaux : le premier consiste à l’étude de l’inertie thermique et du pouvoir hygroscopique des briques en terre crue. Le second axe vise à élaborer des solutions possibles concernant l’amélioration de la résistance thermique des briques en terre cuite. Ce travail de recherche a été réalisé au laboratoire de l’Ecole Centrale de Lille avec une étroite collaboration avec l’université d’Artois et l’entreprise (BdN) / Nowadays, the reduction of energy consumption in buildings industry represents a major issue in industrialized countries’ policies. In France, the building sector consumes about 43% of final energy and accounts for nearly a quarter of the national emissions of greenhouse gas emissions [ADEME]. It is considered as a key factor to overcome the environmental challenges we have to face.In front of these significant challenges, the thermal regulations requirements were seriously intensified during the last 40 years until the notification of the thermal regulation 2012. This latter enable the construction of low energy buildings (BBC) whose consumption is equivalent to 50 kWh/m² per year on average. This new regulation provides a strong incentive for innovation of materials, products and envelope systems. Under these conditions, improving hygrothermal performance of building materials will allow a substantial economic and environmental benefits. This work was conducted in this context. It aims to study and improve the performance of the company Briqueteries du Nord (BdN) products. It is divided in two main axis: the first consists on studying the thermal inertia and hygroscopic capacity of unfired clay bricks. However, the second axis aims to develop possible solutions for improving the thermal resistance of fired clay bricks. This research was conducted in the laboratory of the Ecole Centrale de Lille with close collaboration with the University of Artois and the BdN company