No description available.

Dans le cadre du projet Cigéo, initié par l'Andra, pour le stockage des déchets radioactifs à Moyenne Activité et à Vie Longue (MA-VL) en couche profonde, l'étude expérimentale du comportement de Bétons à Hautes Performances (BHP) sous sollicitations Thermo-Hydro-Mécaniques (THM) variables dans le temps (température inférieure à 70°C) est nécessaire pour être en mesure de prédire la réponse mécanique des ouvrages à long terme. L'étude est scindée en trois phases qui ciblent les effets des différents couplages Thermo-Hydro-Mécaniques. Tout d'abord, les déformations thermiques libres, couplées ou non avec de la dessiccation, des constituants du béton (agrégats et pâte de ciment hydratée) et du béton lui-même ont été mesurées et analysées pour différents degrés de saturation, afin notamment de comprendre l'origine de l'endommagement thermique. Dans un second temps, une étude des comportements différés, retrait et fluage, d'un BHP à 20°C et à Humidité Relative variable (entre 100% et 50% HR) a été menée afin d'estimer les évolutions des déformations à long terme de ces bétons lorsqu'ils sont soumis à des cycles de séchage et de reprises d'eau sous charge. La dernière phase de ce travail de recherche concerne l'étude du BHP soumis à des variations Thermo-Hydro-Mécaniques plus complexes, tel que le fluage thermique transitoire, afin d'analyser les divers autres couplages pour des températures modérées (jusqu'à 70°C). Les données expérimentales originales acquises ont permis de mieux comprendre les phénomènes et les couplages qui régissent le retrait et le fluage des BHP, et de les intégrer dans un modèle THM de fluage. / Within the framework of the Cigéo project, introduced by Andra, for the future storage of the Intermediate-Level (ILW) radioactive waste underground, the experimental study of High Performance Concretes (HPC) under non-standard Thermo-Hydro-Mechanical (THM) solicitations is really important to be able to predict the long-term mechanical behaviour of structures. The study is divided in three parts and its purpose focus on THM couplings effects. First of all, the free thermal deformation coupled or not with desiccation of the constituents of concrete (aggregates and cement paste) and concrete were measured and analyzed for various degrees of saturation in order to understand the origin of the possible thermal damage. Secondly, the study of delayed deformations, shrinkage and creep, of a HPC at 20°C and under variable Relative Humidity (between 100% and 50% RH) was led to estimate the evolutions of the long-term deformations of these concretes when they are subjected to drying and rehumidification cycles under load. The last phase of this research concerns the study of the HPC subjected to more complex THM solicitations, such as transient thermal deformation, to analyze the other coupling effects at moderate temperatures (until 70°C). The experimental results allowed to improve the understanding of the phenomena and the couplings which govern shrinkage and creep of HPC and to integrate them into a THM model.

Les superalliages base nickel monocristallins répondent parfaitement aux exigences requises pour les aubes mobiles de turbine dans les moteurs d'avion car ils possèdent une excellente tenue au fluage, à la fatigue thermique et une bonne résistance à la corrosion jusqu'à des températures très élevées. A haute température, ces matériaux sollicités en fluage voient leur microstructure, initialement consituée de précipités cuboïdaux de phase gamma prime dans une matrice gamma, évoluer au cours du temps et constituer des radeaux. Selon le type de sollicitation (tension ou compression) et l'axe cristallographique selon lequel la contrainte est appliquée, une ou plusieurs familles de plaquettes apparaissent et confèrent à l'alliage une résistance accrue au fluage en organisant l'espace explorable par les dislocations et en limitant leur libre parcours moyen. Cependant, une prédéformation en compression n'améliore pas le comportement du matériau en fluage tension (ou vice versa) car l'accumulation des dislocations conduit à une instabilité et provoque rapidement la ruine du matériau. Il n'est donc pas possible de dissocier morphologie de coalescence et structures de dislocations induites par la déformation plastique. Enfin la loi macroscopique de Schmide prévoyant les systèmes de glissement actives au cours du fluage doit être utilisée avec prudence car ces alliages possèdent une très forte fraction volumique de gamma prime dont la présence modifie profondément la répartition des contraintes à l'échelle microscopique.

Le fluage asismique des failles dans la croûte supérieure est un mécanisme de déformation crucial le long des limites des plaques tectoniques. Il contribue au bilan énergétique du cycle sismique, retardant ou déclenchant le développement des grands tremblements de terre. Un enjeu majeur est de comprendre quels sont les paramètres qui contrôlent la partition entre déformations sismiques et asismiques dans les failles actives tels que la lithologie ou les transformations sous contrainte à toutes échelles et comment cette partition évolue dans le temps. Des observations géologiques réalisées dans ce travail le long de la Faille Nord Anatolienne en Turquie, combinées à des analyses de laboratoire et des traitements d’images, permettent de donner un éclairage nouveau sur ces mécanismes de fluage. En plus, les relations entre déformation finie et transfert de matière ont été utilisées en parallèle avec des données géodésiques pour comprendre l’évolution de ces mécanismes de fluage depuis le début du déplacement de cette faille.Une corrélation claire est observée entre fluage superficiel et composition des gouges de la faille : les segments sismiques sont composés de calcaires massifs sans gouge de faille argileuse alors que les segments asismiques qui fluent comprennent des gouges argileuses résultant de la transformation progressive de roches volcaniques. Dans ces zones de fluage une schistosité espacée se développe durant le premier stade de la déformation conduisant à un litage tectonique de type foliation, au début oblique puis subparallèle à la faille, qui accommode une part de la déformation asismique par dissolution cristallisation sous contrainte. En conséquence, les minéraux solubles comme le quartz et les feldspaths sont dissous conduisant à la concentration passive des phyllosilicates dans les gouges de failles qui sont ensuite altérés par des circulations de fluides produisant des minéraux argileux à faible friction. Dans le même temps les zones endommagées autour de la gouge sont fracturées et les fractures scellées par des carbonates. Ces transformations minérales et structurales amollissent les gouges de failles et durcissent les zones endommagées conduisant à une évolution de la déformation sismique – asismique de diffuse à localisée.Des modèles qui intègrent déformation finie et transfert de matière révèlent deux échelles d’espace de la déformation qui correspondent à une alternance de deux types de bandes de cisaillement avec une schistosité soit oblique soit subparallèle à la faille. Diverses valeurs de la déformation finie ont été estimées pour calculer la proportion de déplacement asismique par rapport au déplacement total sismique et asismique de la faille (80 km). Cette proportion qui dépend de la lithologie de la zone de faille varie de 0.002% dans les zones sismiques calcaires et évolue dans le temps dans les zones asismiques des roches volcaniques de 59% pour les stades précoces à 18% pour les stages récents. / Aseismic fault creep in the upper crust is a key deformation process along tectonic plate boundaries. It contributes to the energy budget during the seismic cycle, delaying or triggering the occurrence of large earthquakes. One of the greatest challenges is to understand which parameters control the partition between seismic and aseismic deformation in active faults, such as lithology or stress-driven transformations at all scales and how this partition evolves with time. Geological observations along the North Anatolian Fault in Turkey combined with laboratory analyses and imaging techniques performed in the present study shed new light on these mechanisms of fault creep. Moreover, the relationship between finite strain and mass change was compared with geodesy data in order to understand the evolution of these creep mechanisms since the beginning of this fault displacement.A clear correlation is shown between shallow creep and near-surface fault gouge composition: seismic segments of the fault are mostly composed of massive limestone without clay gouges, whereas aseismic creeping segments comprising clay gouges result from a progressive change of volcanic rocks. Within these creeping zones, anastomosing cleavage develops during the first stage of deformation, leading to tectonic layering that forms a foliation, oblique at first and then sub-parallel to the fault. This foliation accommodates part of the aseismic creep by pressure solution. Consequently, the soluble minerals such as quartz and feldspars are dissolved, leading to the passive concentration of phyllosilicates in the gouges where alteration transformations by fluid flow produce low friction clay minerals. At the same time damage zones are fractured and fractures are sealed by carbonates. As a result, these mineralogical and structural transformations weaken the gouge and strengthen the damage zone leading to the change from diffuse to localized seismic-aseismic zones.Models integrating finite strain and mass change reveal two spatial scales of strain that correspond to the alternation of two types of shear bands, with cleavages oriented either oblique or sub-parallel to the fault zone. Various total strain values were estimated in order to calculate the aseismic part of the total 80 km displacement along the locked and creeping sections. The aseismic strain fraction of the total tectonic strain in the fault depends on the fault lithology and varies from 0.002% in seismic zones made of limestone and evolves with time in the creeping zones made of volcanic rocks from 59% in the early stages of fault development to 18% in the recent times.

Thèse doctorat : Génie Civil : INSA LYON : 2003. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 163-171.

Thèse 3 cycle--Sc. des matériaux--Paris VI, 1974. / Bibliogr. p. 63-64. Résumés en français et en anglais.

La connaissance du comportement différé du béton soumis aux charges élevées est nécessaire pour prévoir la durée de vie des structures à long terme. En particulier dans le cas des ouvrages d’art, cette connaissance est primordiale pour prédire les flèches, l’ouverture de fissure, la redistribution des contraintes dans les structures hyperstatiques et les pertes de précontrainte dans des structures en béton précontraint. Par ailleurs, la prédiction de l’évolution de la fissuration dans le temps, dans le but d’estimer la durée de vie des structures, est une perspective avantageuse et prometteuse que seuls les modèles numériques pertinents au regard des mécanismes de fissuration du béton peuvent offrir. L'objectif de ce travail, pour premier temps, s’intéresse aux mécanismes de fluage non linéaire dans le béton, puis développer un modèle numérique permettant de simuler le fluage tertiaire qui est supposé être à l’origine de l’interaction entre humidité relative et la microfissuration afin de prédire la flèche et l’ouverture de fissure et, a fortiori, la durée de vie. Ce modèle a été développé dans le code aux éléments finis OOFEM, se basant sur le modèle de réseau (lattice model). Pour ce faire, trois programmes ont été mis en route. Le premier consiste à valider le problème de couplage hydro-mécanique en étudiant l’évolution de la perméabilité du béton lors de la traction d’une barre d’armature. La deuxième vise à développer et implémenter les équations non linéaires de transfert de l’humidité relative couplées avec l’endommagement pour prévoir l’ouverture de fissure des poutres préfissurées en flexion quatre points soumis à une charge maintenue élevée. Finalement, le programme expérimental a été réalisé sur des poutres entaillées en flexion quatre points pour valider le modèle proposé, en utilisant la technique de corrélation d’images. Les effets de l’hétérogénéité et le rapport Eau / Ciment (E/C) ont été considérés lors de l’évolution de l’ouverture de fissure. Les résultats montrent que le modèle proposé est capable de simuler l’ouverture de fissure dans le temps des bétons renforcés de fibres (BRF) sous des charges maintenues élevées. / Knowledge of the delayed behaviour of concrete subjected to a high load is necessary for predicting the serviceability of concrete structures. In particular, in the case of civil engineering structures, this knowledge is an influential aspect for predicting deflection, development of microcracking in concrete structures, stress redistribution in hyperstatic structures and prestressing losses in pre-stressed concrete structures. Moreover, the prediction of the evolution of cracking with time in order to estimate the lifetime of structures is an advantageous and promising prospect that only numerical models relevant to the mechanisms of cracking of concretes can offer. The objective of this work is first to investigate the mechanisms of tertiary creep in concrete and then to develop a numerical model to simulate the nonlinear creep behaviour which is supposed to cause the interaction between relative humidity and microcracking in order to predict the deflection and the crack opening as well as the lifetime. This model was developed in the OOFEM finite element code, based on the lattice method. To perform this, three programs were launched. The first one was to validate the hydromechanical coupling problem by examining the evolution of the permeability of reinforced concrete under tensile loading. The second program aimed at developing and implementing the non-linear equations of the relative humidity transfer coupled with damage mechanics to predict the crack opening of the four points bending test on pre-cracked beam subjected to a high sustained load. Lastly, the experimental program was carried out on beams notched to validate the proposed model, using the digital image correlation technique. The effects of heterogeneity and the water-to-cement ratios (E/C) were considered to estimate the effect of those parameters during the evolution of the crack opening. The results show that the proposed numerical model is capable of simulating the deflection and crack opening with time of fiber reinforced concrete (FRC) under high sustained loads.

L'objectif de cette étude est le développement d'une base de connaissances pour la conversion d'un déchet problématique en matériau de construction pour des projets de génie civil. Le phénomène de mécanisation des sociétés, la croissance rapide de la population, ainsi que le développement du réseau de transport terrestre par la construction des nouvelles routes et autoroutes ont entraîné une croissance sans cesse de l'industrie automobile à travers le monde et par conséquent l'accumulation de gros volumes de pneus usés. Chaque année, les Américains et les Canadiens éliminent en moyenne environ 300 millions de pneus (respectivement 250 et 30 millions de pneus), ce qui a accru les préoccupations environnementales liées à l'élimination de ces déchets non biodégradables et polluants. Par conséquent, la gestion des déchets de pneus nécessite des méthodes innovantes et efficaces d'élimination et de réutilisation des pneus. Un pneu est généralement composé de trois composants principaux, notamment le caoutchouc, le métal et le tissu. Le cycle de vie des pneus est généralement composé de cinq étapes principales : extraction, production, consommation, collecte des pneus usagés et enfin la gestion des déchets qui comprend les sites enfouissement et la récupération. Grâce à l'un des processus de récupération, les pneus usagés sont découpés en différentes formes et tailles appelées agrégats dérivés de pneus (ADP). Actuellement, des efforts considérables sont en cours au niveau mondial pour recycler les pneus usagés sous forme d'agrégats dérivés de pneus (ADP) à des fins d'ingénierie civile et géotechnique différentes. En tant que géo-matériau, les formes déchiquetées et granulées des pneus usés sont généralement mélangées avec du sable et / ou du limon pour former ce que l'on appelle communément des mélanges sol-ADP. En raison de leur faible poids, de leur bon drainage, de leurs propriétés d'isolation thermique satisfaisantes, de leur atténuation des vibrations, etc., les géo-matériaux d'ingénierie contenant du ADP sont devenus intéressants pour les ingénieurs concepteurs. Cependant, en raison de leur faible module d'élasticité, les mélanges ADP-sol présentent une compressibilité significative par rapport à celle des sols conventionnels. Spécifiquement, la compressibilité excessive des mélanges sol-ADP, qui est composé à la fois de la partie immédiate et celle dépendante du temps est extrêmement difficile à cerner dans les applications où de lourdes charges sus-jacentes sont appliquées. Afin de maximiser leur fiabilité et de minimiser la possibilité de ruptures, il est nécessaire d'avoir une compréhension précise du comportement mécanique (par exemple, élastique, plastique et fluage) des mélanges sol-ADP lorsqu'ils sont soumis à une charge. La présente étude comprend deux phases. Les phases consistent en un programme expérimental qui a été mené pour déterminer les paramètres essentiels d'élasticité, de plasticité et de fluage des mélanges granulés ADP-sable. Des simulations MEF ont ensuite été réalisées aux fins de la validation des résultats des essais. Les valeurs des paramètres obtenus grâce aux observations expérimentales ont été utilisées dans le développement de modèles de comportement qui sont proposés pour les comportements de fluage et de déformation plastique des mélanges sable-ADP. En ce qui concerne le fluage, les résultats indiquent une phase de fluage primaire qui est rapidement passée à une phase de fluage stationnaire secondaire, n'atteignant jamais la phase tertiaire. Il a également été observé que l'ampleur de la déformation de fluage est fortement affectée par la teneur en fraction volumique de l’ADP et la charge appliquée. Cette observation a conduit à l'adoption de la loi Norton-Bailey comme modèle constitutif possible du fluage des mélanges ADP-sable. En outre, un modèle complet de comportement sol-ADP doit également englober la plasticité. Ceci a été réalisé grâce au développement d'un modèle d'état critique, basé sur les paramètres de plasticité obtenus expérimentalement des tests triaxiaux. Les courbes de contrainte déviatorique en fonction de la déformation axiale obtenues avec le modèle d'état critique ont capturé la réponse élastoplastique non linéaire obtenue dans les essais. Les résultats ont indiqué que le niveau de résistance au cisaillement dépend fortement de l'angle de frottement à l'état critique qui à son tour dépend de la teneur en ADP. Pour les mélanges ADP-sable utilisés dans cette étude, l'effet de la teneur en ADP démontre un renforcement de la matrice de sable. Cependant, ce renforcement diminue à mesure que la teneur en ADP augmente. / The aim of this study is the development of a knowledge base for the conversion of a problematic waste product into a construction material for civil engineering projects. The phenomenon of mechanization of the societies, rapidly growing population, and also the development of the land transportation network through the construction of the new roads and highways have resulted in an unceasingly growing of auto industry across the world and consequently accumulation of large volumes of scrap automobile tires. Every year Americans and Canadians together average disposal of approximately 300 million tires (respectively 250 and 30 million tires) which consequently has increased environmental concerns over the disposal of such non-biodegradable and pollutant waste materials. Hence, scrap tire management requires innovative and efficient methods of tire disposal and reuse. A tire is generally made from three main components including rubber, metal, and fabric. The tire life cycle is generally composed of five main stages including extraction, production, consumption, collection of used tires and finally waste management which is comprised of landfilling and recovery. Through one of the recovery processes, scrap tires are cut into different shapes and sizes called tire-derived aggregate (TDA). Presently, global extensive efforts are underway in order to recycle the waste tires in the form of tire-derived aggregate (TDA) for different civil and geotechnical engineering purposes. As a geomaterial, usually the shredded and granulated forms of scrap tires are mixed with sand and/or silt to form what is commonly referred to as soil-TDA mixtures. Due to their lightweight, good drainage, satisfactory thermal insulation properties, vibration mitigation, etc., engineered geomaterials containing TDA have become of interest to design engineers. However, due to their low elastic modulus, TDA-soil mixtures exhibit significant compressibility compared to that of conventional soils. Specifically, the excessive compressibility of soil-TDA mixtures which is composed of both immediate and time-dependent portions is extremely challenging in such applications wherein heavy overlying loads are applied. In order to maximize their reliability and to minimize the possibility of failures, it is necessary to have an accurate understanding on the mechanical behavior (e.g., elastic, plastic and creep) of the soil-TDA mixtures when subjected to loading. The present study consists of two phases. These phases consist of an experimental program that was conducted to determine the elastic, plastic, and creep parameters of TDA-sand granulated mixtures. FEM simulations were subsequently conducted for the purposes of test result validation. Values of the parameters obtained through the experimental observations were used in the development of constitutive models which are proposed for the creep and plastic deformation behaviors of the sand-TDA mixtures. In regard to creep, the results indicate a primary creep phase that rapidly transitioned into a secondary stationary creep phase, never attaining the tertiary phase. It has been also observed that the magnitude of the creep strain is strongly affected by the TDA volume fraction content and the applied load. This observation conducted the adoption of the Norton-Bailey law as a possible constitutive model for creep of TDA-sand mixtures. Furthermore, a complete model of soil-TDA behavior must also encompass plasticity. This was achieved through the development of a critical state model, based on the experimentally obtained plasticity parameters of triaxial tests. The calculated deviatoric stress versus axial strain curves obtained with the critical state model captured the non-linear elastoplastic response obtained in the tests. Results indicated that the level of the shear strength is highly dependent on the critical state friction angle which in turn depends on the TDA content. For the loose TDA-sand mixtures used in this study, the effect of the TDA content demonstrates a reinforcement of the sand matrix. However, this reinforcement diminishes as the TDA content increases.

Les problèmes spécifiques qui se posent lors de la modélisation de l'interaction glace-structure sont relatifs à la prise en compte du matériau endommagé. Une étape préliminaire est la validation d'une loi de comportement du fluage transitoire de la glace polycristalline non-endommagée. Pour cela, et en première approche, une série d'essais de fluage en compression uniaxiale a été menée. Les résultats expérimentaux obtenus permettent de caractériser la déformation transitoire. Celle-ci se décompose en une partie recouvrable et une partie non recouvrable. Les essais quasi-cycliques montrent que la partie irréversible de la déformation est acquise essentiellement au cours du premier cycle, puis augmente faiblement par la suite tandis que la partie recouvrable reste à peu près constante. De plus, il semble que la déformation recouvrée suive une loi quadratique en fonction du décrément de contrainte appliqué. Les modèles existants, soit formulés en termes de fonctions de fluage, soit basés sur une description de l'écrouissage par le biais de variables internes, ont été testés sur les courbes expérimentales obtenues. Les calculs montrent que ces modèles ne peuvent reproduire des essais de charge/décharge et de perturbation de charge autour de la contrainte nominale. Deux nouveaux modèles de comportement sont proposés. Ils peuvent être parfaitement ajustés sur les courbes expérimentales, cependant, le nombre de paramètres à ajuster étant très élevé, se pose le problème de leur identification.

Le couplage entre transformation de phase et comportement mécanique d'un alliage Zr-1 %NbO a été étudié à l'aide d'un dispositif expérimental original utilisé précédemment lors de l'étude consacrée à l'alliage Zy-4. Cette étude avait été menée par Stéphane Frechinet. L'alliage Zr-1 %NbO présente une transformation de phase α (hc) ↔ β (cc) typiquement entre 750 et 1000 °C. Les températures de transformation ont été mesurées in situ par la technique de résistivité et de dilatométrie.<br />Le comportement en fluage isotherme des gaines a été étudié, tout d'abord au chauffage, en phase α entre 650 et 760 °C, en phase β entre 960 et 1100 °C, ainsi que dans le domaine biphasé (α + β) entre 800 et 900 °C. Les résultats obtenus sont rassemblés sous la forme d'une carte de déformation du type Ashby qui présente les variations de la vitesse de déformation avec la contrainte appliquée et la température. On confirme ainsi que la phase β flue beaucoup plus vite que la phase α. L'effet de la microstructure après passage complet ou partiel par la phase β, sur le comportement en fluage isotherme du matériau en phase α, et au refroidissement en biphasé (α + β) ensuite a été étudié. Le comportement en conditions anisothermes a enfin été étudié au chauffage et au refroidissement à 10 et 200 °C/min. Dans les deux cas, nous avons montré qu'il n'y a pas de plasticité de transformation pour le domaine des contraintes explorées (≤ 5 MPa). Un modèle éléments finis utilisant les polyèdres de Voronoï et un maillage aux joints de grains a été élaboré pour décrire le comportement du matériau dans le domaine biphasé (α + β) au chauffage et au refroidissement. Le modèle est en bon accord avec l'expérience au refroidissement et sous-estime les déformations de fluage au chauffage. Cette différence est vraisemblablement liée au fait que, dans le modèle, le glissement aux interfaces n'est pas pris en compte