En France, EDF gère un important parc d’ouvrages hydrauliques en terre dédié à la production hydroélectrique, avec des enjeux économiques et sécuritaires conséquents. D’autres ouvrages à charge permanente sont présents sur le territoire, par exemple le grand linéaire de voies navigables (transport, tourisme). Du côté des digues "sèches" (digues de protection contre les inondations), 7500 km de digues protégeant plus de 15000 km2 de zones inondables où vivent 2 millions d’habitants sont recensés. Pour ces ouvrages particuliers, il n’y a pratiquement pas d’année sans rupture et plus de 70 incidents ont été recensés en 25 ans par le Comité Français des Grands Barrages. L’érosion interne et la surverse sont les principales causes de ruptures et d’incidents de levées, digues et barrages en France et dans le Monde. L’Imagerie de Résistivité Électrique (IRE) est une méthode d’imagerie très sensible aux paramètres d’état d’un sol : la nature du sol et son contenu argileux, sa teneur en eau et la salinité de l’eau, son état de compacité et sa température. Elle fait donc partie des méthodes pertinentes pour la reconnaissance et la surveillance des ouvrages hydrauliques en terre. Ainsi, elle est complémentaire de méthodes de reconnaissance à grand rendement (ex : Profilage par méthodes électromagnétique à basses fréquences) en offrant localement des images du corps de digue et de sa fondation. En surveillance, alors que les méthodes basées sur les Potentiels Spontanés ou les mesures de température par Fibre Optique sont particulièrement sensibles aux écoulements d’eau (donc aux fuites à travers le corps de digue), l’IRE peut contribuer à imager les variations des propriétés d’état dans le temps de la structure interne de l’ouvrage (phénomène évolutif d’infiltration combiné ou non à de l’érosion interne). Cependant, dans l’utilisation conventionnelle de l’IRE, le manque d’information provenant des mesures, ainsi que la mauvaise prise en charge de ces mesures et de l’information a priori, entraînent la formation d’artéfacts dans les résultats d’imagerie. Dans ce sens, de nouvelles démarches d’acquisition et d’inversion sont développées, intermédiaires entre les techniques plus classiques 2D et 3D. Ces nouvelles approches, dont le but est de tirer le meilleur compromis entre coût d’acquisition et robustesse (fiabilité) du modèle final sont le fruit du développement d’un problème direct par éléments finis et d’un algorithme d’inversion 3D de type Gauss-Newton. Enfin, des campagnes d’auscultations sur ouvrage semi-contrôlé et sur ouvrage réel ont été réalisées afin de confronter ces développements à la complexité de cas réelles. Ces études révèlent que la qualité de la reconstruction et la capacité d’interprétation peuvent être considérablement améliorées par l’utilisation des approches développées.

Les principales thématiques que j’ai abordées depuis ma nomination en tant que maitre de conférences en 1995, sont très diversifiées. Ce mémoire s’articule autour de 3 chapitres. Le premier " Mécanique-Matériaux " expose dans une première partie, les travaux que nous avons menés sur un mode de dégradation des bétons, l’alcali-réaction et notre proposition de réparation par matériaux composites des ouvrages atteints. La seconde partie expose nos travaux sur des lois d’interfaces substitutives à des couches minces souples et rigides par une modélisation asymptotique. Le deuxième chapitre " Matériaux souples – Structures pressurisées " développe une méthode d’identification des termes en cisaillement de la matrice d’élasticité de matériaux composites souples. D’un point de vue structural, nous avons étudié le comportement mécanique d’éléments pressurisés cylindriques en considérant l’orthotropie du matériau. Nous avons orienté nos travaux vers des poutres de Timoshenko dans l’espace en tenant compte de l’aspect orthotrope du matériau, des non-linéarités géométriques et des forces suiveuses induites par la pression interne. Le dernier chapitre " Mécanique appliquée à la biomécanique " expose 3 projets transversaux liés à la biomécanique. Le premier projet porte sur le développement d’attelles orthopédiques de maintien d’enfants atteints d’Invalidité Motrice et Cérébrale. Le deuxième projet traite d’un dispositif interne destiné à corriger la scoliose chez l’enfant tout en s’auto-adaptant à sa croissance. Le dernier projet concerne la conception et la réalisation d’un mannequin de jambe destiné à des crashtests pour l’amélioration de la sécurité des piétons. L’ensemble de ces travaux couvrent des approches très variées où les aspects théoriques, expérimentaux et numériques sont abordés.

La thèse comprend 8 chapitres, 3 annexes, 191 figures, 43 tableaux, 13 photos et 181 références bibliographiques. Le corps du texte totalise 135 pages et les annexes 120 pages. Le chapitre 1 constitue lintroduction dans laquelle le contexte et les objectifs de la recherche sont définis. Le chapitre 2 présente létat de la question concernant les colonnes faites de tubes en acier remplis de béton (CFSHS columns - concrete filled steel hollow section columns). Leur comportement à température ordinaire et sous conditions dincendie est analysé ainsi que les paramètres significatifs qui guident leur comportement. Les propriétés du béton auto-plaçant sont aussi examinées dans ce chapitre. Le chapitre 3 est consacré à la présentation du code de calcul SAFIR développé à lUniversité de Liège pour la simulation du comportement structural à température ordinaire et sous conditions dincendie. Le logiciel a été utilisé pour simuler des résultats dessais expérimentaux présentés dans la littérature, et quelques calibrations sont proposées. En utilisant le modèle décrit au chapitre 3, la charge ultime à température ordinaire des colonnes CFSHS est calculée en considérant différents paramètres. On considère essentiellement des tubes de petites dimensions avec un pourcentage élevé darmatures ou contenant un autre profilé métallique. Ce type délément nest pas couvert par les Eurocodes. Des simulations ont été réalisées en vue dexaminer si les méthodes classiques de lEurocode 4 (EN1994-1-1) sont applicables à ce type de section et de voir quelle courbe de flambement est la plus appropriée. Le chapitre 5 décrit la recherche expérimentale réalisée à lUniversité de Liège relative au comportement au feu des colonnes CFSHS. Les essais expérimentaux ont été simulés par SAFIR, tant en ce qui concerne la répartition de la température à lintérieur des éléments que le comportement structural. Un des objectifs de ces calculs était de vérifier si les propriétés thermiques et mécaniques du béton auto-plaçant sont proches de celles du béton ordinaire. En vue de fournir aux bureaux détudes des outils pratiques de dimensionnement, une formule permettant dévaluer la résistance au feu des colonnes CFSHS est proposée dans le chapitre 6. Le domaine dapplicabilité a été étendu par rapport aux études précédentes. Une formule pour colonnes courtes de section carrée a dabord été établie sur base de simulations effectuées à laide de SAFIR en considérant linfluence des paramètres principaux. On examine ensuite si cette formule est aussi applicable à dautres types de profilés. La formule a été étendue en cas des colonnes élancées et à celui des colonnes chargées excentriquement. Létude expérimentale du chapitre 5 est limitée à des sections dassez petites dimensions (< 300 mm), essentiellement pour des problèmes de capacité de mise en charge des laboratoires. En vue de recueillir des informations pratiques pour des profilés de plus grandes dimensions pour lesquels on peut atteindre des résistances au feu de 2 heures et plus, des simulations numériques additionnelles sont présentées dans le chapitre 7, avec des résultats utilisables en bureau détudes. Le chapitre 8 donne les conclusions de létude et présente des suggestions pour des recherches futures.

La méthode des mobilités énergétiques a été développée dans le domaine des moyennes fréquences, afin de prévoir le comportement vibratoire des structures par bandes de fréquence. Dans ce travail, on étend l'approche du cas du couplage vibroacoustique entre un fluide et une structure. Les mobilités acoustiques et structurales sont étudiées pour le milieu fluide et la structure respectivement. La surface du couplage est maillée en pavés, afin de réduire le problème en mobilités énergétiques ponctuelles. Une simulation numérique a été réalisée dans le cas d'une plaque couplée à une cavité parallélépipédique, où les influences du nombre de pavés et de l'amortissement des sous-systèmes sont étudiées. L'énergie cinétique de la plaque, la puissance transmise au milieu acoustique et le facteur de rayonnement de la structure sont calculés et comparés avec un calcul de référence (méthode modale) et avec des résultats expérimentaux. Les critères de maillage (taille de pavé par rapport aux longueurs d'ondes de la structure et du milieu fluide) sont déterminés avant et après la fréquence critique, pour assurer une modélisation correcte du couplage dans une bande de fréquence donnée. Afin de tenir compte d'une structure compliquée à modéliser, un calcul mixte (utilisation des mobilités mécaniques mesurées et des mobilités acoustiques calculées) est également présenté.

On développe une méthode d'identification des efforts qui produisent les vibrations d'une structure, à partir de la connaissance de son champ de déplacement mesuré en un nombre fini de points et de la connaissance à priori de son équation du mouvement. L'identification des efforts est basée sur le calcul du second membre de l'équation du mouvement discrétisée par un schéma aux différences finies. Comme dans la plupart des problèmes inverses, des difficultés se posent et sont dues à une sensibilité extrème aux incertitudes de mesure, introduisant un niveau de bruit élevé sur le résultat. Pour pallier ce problème, une méthode de régularisation originale, nommée R.I.F.F. (Résolution Inverse Filtrée Fenêtrée), a été mise au point. Elle utilise un fenêtrage spatial et un filtrage dans le domaine des nombres d'onde, où les paramètres de réglage sont étudiés en fonction des caractéristiques physiques de la structure. Plusieurs exemples issus de simulations numériques et d'expérimentations montrent les différentes applications que l'on peut obtenir : identification de forces mécaniques ponctuelles, d'efforts de couplage, de pressions acoustiques pariétales. La méthode a été aussi étendue à l'identification des conditions aux limites en termes d'impédances de translation et de rotation. Enfin, une ébauche de la construction d'opérateur de structure par voie expérimentale est proposée. A partir des déplacements mesurés, on identifie l'opérateur différentiel qui leur correspond et on montre ensuite que cet opérateur peut être utilisé pour l'identification des forces qui excitent la structure.