Ces travaux portent sur la réparation et le renforcement de structures béton armé par matériaux composite. Dans ce domaine, la solution de type carbone-époxy appliqué sur les faces extérieures des structures occupe une place prépondérante, mais reste perfectible. L'objectif principal de cette thèse est de proposer des solutions alternatives à ces matériaux, tels que les composites de type textile-mortier (Textile Reinforced Concrete, « TRC ») et d'en juger la faisabilité, les performances et le comportement. Une approche expérimentale et analytique, aux échelles micro, méso et macroscopiques, est menée en s'appuyant notamment sur la technique de mesure de champs de déplacements par corrélation d'images. À l'égard de l'étude du matériau, une procédure d’essai de caractérisation en traction directe des TRC a été conçue et validée. La conduite de 98 essais par cette procédure, a permis de mieux appréhender le comportement de ces composites, notamment l’articulation entre les mécanismes locaux et leur traduction à l’échelle macroscopique. Les principaux leviers permettant l'optimisation des TRC ont ainsi été déterminés. À l'échelle structurelle, l'étude de 11 poutres réparées vis-à-vis de l'effort tranchant, par collage de plats préfabriqués ou moulage à même la poutre, a été conduite. Il en ressort que les solutions TRC se comparent favorablement à celles de type carbone-époxy. Aussi, le comportement local a été finement évalué, notamment, l'évolution des efforts repris par le renfort TRC ainsi que la validité du modèle analytique du treillis. Un comportement de type multifissurant ou pull-out du TRC sensible à son procédé de mise en oeuvre a également été mis en avant / This research focuses on repairing and strengthening concrete structures with composite materials. In this particular domain, carbon-epoxy composites are of considerable interest, but still room for improvement. The main objective of this thesis is to show alternatives to these composites, such as Textile Reinforced Concrete (TRC). Feasibility, performances and behavior of this alternative composite are examined. An experimental and analytical approach, at the micro-, meso- and macroscopic scale are conducted, notably thanks to the technique of digital image correlation for in-plane displacement measurement. Regarding the study of the material, a rather handy, reliable and efficient procedure of a direct tensile test was designed and validated. To enable a better understanding of the TRC behavior, 98 different TRC configurations were tested thanks to this procedure. The links between local mechanisms and macroscopic scale behavior were notably studied. Finally, key levers for optimizing the TRC were determined. On the structural level, a study was conducted on 11 beams shear strengthened by bonding of prefabricated plates or by contact molding. It shows that TRC solutions compare favorably with carbon-epoxy composites. Also, the local behavior was thoroughly assessed, notably the change of forces carried by the composite material and the truss model validity. A multi-cracking or pull-out behavior of the TRC was put forward depending on its application process

La datation directe de l’édification de maçonneries est l’objectif archéologique majeur de cette thèse qui s'inscrit dans un contexte interdisciplinaire. Il s’agit de mettre au point une méthode de datation des mortiers, matériaux de choix beaucoup plus représentatifs de la chronologie de l’édification que les briques ou les bois de charpentes qui peuvent être remployés. Les mortiers de chaux, constitués d'un mélange de chaux et de sable, peuvent être datés par luminescence optiquement stimulée : il s’agit en effet de remonter à la fin de la dernière exposition à la lumière des grains de sable qui ont été ajoutés à la chaux par les anciens bâtisseurs, ce qui correspond précisément à la fabrication du mortier au moment de l’édification. Les monuments datés dans ce travail forment un ensemble d’édifices de référence s'étendant de l'Antiquité gallo-romaine jusqu'à la fin du Moyen Âge, bien calés chronologiquement par les approches chronologiques indépendantes. L’objectif est de comparer la chronologie obtenue par OSL à celle connue et démontrer ainsi la validité de la méthode. La procédure de datation des mortiers par OSL est compliquée par plusieurs facteurs. D’abord, le blanchiment optique des grains de quartz du mortier n’est pas uniforme en raison de l’éventuelle faible durée d’exposition à la lumière. En plus, une faible ancienneté des objets à dater (2000 ans au maximum) implique des signaux de faible amplitude et la nécessité d’adapter le protocole de mesure. Enfin, particulièrement les mortiers grossiers peuvent être affectés par les effets microdosimétriques. Ces facteurs sont pris en compte dans le choix de méthodologie de datation qui comprend ainsi les étapes suivantes : la caractérisation du mortier par microscopie optique, par EDX-MEB et par imagerie beta, la mesure des doses archéologiques individuelles par la technique de monograin, la détermination de la dose annuelle et le calcul de la dose archéologique ou bien de l’âge. Cette dernière est une étape délicate car il s’agit de sélectionner dans les distributions des doses archéologiques individuelles les grains bien blanchis qui portent une information chronologique recherchée. Pour cela, les différentes approches statistiques habituellement utilisées en datation par luminescence sont testées. Cette thèse apporte une démonstration de la méthode et montre que dans de nombreux cas, elle peut produire des dates fiables. L’analyse individuelle de chaque grain est ici un seul moyen permettant d’obtenir des informations exactes sur la vraie nature du matériau étudié. / The heart of the proposed research lies in the possibilities of direct dating of historical constructions, the interdisciplinary issues of a high significance. The aim of this research is to put into practice a dating method dealing with mortars, the category of materials more convenient and much more representative for the chronology of buildings in comparison with bricks or wood constructions that may be reused. Lime mortars composed of the mixture of sand and lime can be dated by optically stimulated luminescence: the objective is to determine the last moment when the grains of sand have been exposed to light which corresponds exactly with the fabrication of the mortar at the moment of building. The monuments dated within this PhD. thesis constitute a group of reference structures from the Gallo-Roman antiquity to the Middle Ages well-dated by other independent chronological approaches. The objective is to compare the chronology obtained by OSL with the known one and thereby to proof the validity of the method. The OSL dating procedure of mortars is complicated by numerous factors. First of all, due to the short exposure to light the optical bleaching of quartz grains in mortar is not homogeneous. In addition, the young age of dated material (maximally 2000 years old) implies signals of a weak intensity and the necessity to adapt conveniently the measurement protocol. Finally, especially the coarse-grained mortars can be affected by the microdosimetric effects. All these factors are taken into account when selecting a convenient dating methodology comprising the following stages: characterization of mortar by optical microscopy, by SEM-EDX and by beta autoradiography, the measurement of individual archaeological doses by the single grain technique, the determination of the annual dose and the calculation of the archaeological dose and of the age. The latter stage is a tricky one; it is necessary to select from the measured distribution of archaeological doses the well-bleached grains that contain the right chronological information. In this context, different statistical approaches usually used in luminescence dating are tested. This thesis brings a demonstration of the OSL dating method and shows that in many cases we can get reliable dates. The individual analysis of each grain is here the only way how to get the precise information about the nature of the studied material.

Cette recherche propose des méthodes d’amélioration de résistance et d’évaluation du comportement de murs en maçonnerie confinée construits en briques solides d’argile cuite. Ces éléments sont largement utilisés dans la construction des bâtiments à l’État du Guerrero (Mexique) lesquels doivent résister charges séismiques importantes. Ainsi, un programme expérimental a été développé pour évaluer les propriétés mécaniques des briques et de la maçonnerie, qui sont nécessaires dans la conception et analyse des constructions. Pour augmenter la résistance de la maçonnerie et compenser la variabilité de la résistance à la compression des briques, un mortier à haute résistance et un renfort métallique dans les joints ont été utilisés. Certaines propriétés mécaniques sont égales à celles communément citées, cependant, les autres ont des valeurs deux fois plus grandes. Dans cette région du pays, les trois premiers tests de murs à échelle réelle construits en briques solides d’argile cuite ont été réalisés sous charge latérale alternée afin d'évaluer son comportement. Un renfort métallique et une couche du mortier ont été placés dans les surfaces de deux murs. Ceux-ci ont présenté un bon comportement et le renfort a eu un comportement structural adéquat. Avec les données expérimentales, plusieurs modèles numériques de panneaux et de murs ont été mis au point afin de reproduire l'enveloppe de résistance et le mode de défaillance. Ces modèles ont également évalué l'influence des propriétés mécaniques des briques et des joints sur le comportement global des spécimens. Aussi, un renfort métallique a été placé à l’intérieure des joints dans deux modèles. D'un autre côté, à partir de résultats expérimentaux obtenus et cités, une loi de comportement de la maçonnerie a été définie pour construire un modèle simple qui donne des résultats concordants à la fois avec les résultats expérimentaux et ceux obtenus par la méthode des éléments finis. Finalement, deux modèles simplifiés ont été proposés afin d’évaluer la résistance de murs en maçonnerie en supposant que le plan de rupture est suivant la diagonale du mur. L'un suppose la rupture de la maçonnerie par effet de cisaillement tandis que l'autre suppose la rupture par effet de tension induite. Le ratio entre résistance théorique et résistance expérimentale a été acceptable pour 27 murs faits de matériaux différents et testés sous différents types de chargement où le ratio hauteur sur longueur varie entre 0,7 et 1,26 / This research work proposes methods to rises the resistance and to evaluate the behavior of confined masonry walls built from clay solid bricks. These elements are widely used in Guerrero State (México) to build masonry structures, which should resist high lateral loads because of the serious seismic hazard. Therefore, a large experimental program to evaluate the mechanical properties of bricks and masonry currently required in the design process and masonry analysis was developed. To rises the masonry resistance and to counteract the influence of the compressive strength of the pieces on the masonry behavior, a high compressive strength mortar and a metallic reinforcement inside the joints were used. With respect to referenced values of the mechanical properties, some were similar and others were twice bigger. In this country zone, the first three tests under lateral load on full-scale confined masonry walls built from clay solid bricks were carried out in order to evaluate its behavior. A reinforcement composed by metallic hexagonal mesh-mortar coat was placed on the faces of two walls to rise or to restore the resistance. The walls showed good behavior and the reinforcement had adequate structural efficiency. Numerical models of panels and walls built by using the experimental data evaluated the envelope resistance, the failure mode and showed the influence of the mechanical properties of the pieces and joints on the global behavior. Two models had metallic reinforcement inside the joints. In addition, a constitutive law of the masonry defined from experimental results allowed to elaborate a simple model, which results were concordant with respect to the experimental results and similar to those calculated by complex models. Finally, two simplified models to evaluate the resistance of confined masonry walls by considering the failure plane on the wall diagonal were developed. One supposes the masonry failure by shear effect and the other supposes the masonry failure by induced tension. The ratio theoretical resistance vs. experimental resistance was adequate for walls built from different materials and tested under different loads, which had ratio Height/Length ranging from 0.74 to 1.26

La valorisation des réservoirs gaziers compacts, dits Tight Gas Reservoirs (TGR), dont les découvertes sont importantes, permettrait d’augmenter significativement les ressources mondiales d’hydrocarbures. Dans l’objectif d’améliorer la production de ces types de réservoirs, nous avons mené une étude ayant pour but de parvenir à une meilleure compréhension de la relation entre l’endommagement et les propriétés de transport des géomatériaux. L’évolution de la microstructure d’éprouvettes qui ont été soumises préalablement à des chargements dynamiques est étudiée. Une estimation de leurs perméabilités avec l’endommagement est tout d’abord présentée à l’aide d’un modèle de pores parallèles couplant un écoulement de Poiseuille avec la diffusion de Knudsen. Nous avons ensuite mené des travaux expérimentaux afin d’estimer l’évolution de la perméabilité avec l’endommagement en relation avec l’évolution de la distribution de tailles de pores. Les mesures de perméabilité sont effectuées sur des cylindres en mortier similaire aux roches tight gas, soumis à une compression uniaxiale. La caractérisation des microstructures des mortiers endommagés est réalisée par porosimétrie par intrusion de mercure. Afin d’estimer l’évolution de la perméabilité, un nouveau modèle hiérarchique aléatoire est présenté. Les comparaisons avec les données expérimentales montrent la capacité de ce modèle à estimer non seulement les perméabilités apparentes et intrinsèques mais aussi leurs évolutions sous l’effet d’un chargement introduisant une évolution de la distribution de taille de pores. Ce modèle, ainsi que le dispositif expérimental employé, ont été étendus afin d’estimer à l’avenir les perméabilités relatives de mélanges gazeux. Le dernier chapitre présente une étude de l’adsorption de méthane dans différents milieux fracturés par chocs électriques. Les résultats, utiles pour l’estimation des ressources en place, ont montré que la fracturation permet de favoriser l’extraction du gaz initialement adsorbé. / The valorization of compact gas reservoirs, called tight gas reservoirs (TGR), whose discoveries are important, would significantly increase the global hydrocarbon resources. With the aim of improving the production of these types of gas, we have conducted a study to achieve a better understanding of the relationship between damage and the transport properties of geomaterials. The microstructure evolution of specimens, which were submitted beforehand to dynamic loading, has been investigated. An estimation of their permeability upon damage is first presented with the help of a bundle model of parallel capillaries coupling Poiseuille flow with Knudsen diffusion. Then, we have carried out an experimental work to estimate the permeability evolution upon damage in relation to the evolution of the pore size distribution in uniaxial compression. The measurements of permeability have been performed on mortar cylinders, designed to mimic typical tight rocks that can be found in tight gas reservoirs. Microstructural characterization of damaged mortars has been performed with the help of mercury intrusion porosimetry (MIP). To estimate the permeability evolution, a new random hierarchical model has been devised. The comparisons with the experimental data show the ability of this model to estimate not only the apparent and intrinsic permeabilities but also their evolutions under loading due to a change in the pore size distribution. This model and the experimental set up have been extended to estimate the relative permeabilities of gas mixtures in the future. The final chapter presents a study of the adsorption of methane on different porous media fractured by electrical shocks. The results, concerning the estimation of the in-place resources, have shown that fracturing can enhance the extraction of the initial amount of adsorbed gas.

Dans cette étude, les structures en maçonnerie armée des produits creux ont été étudiées. Les armatures sont noyées dans les joints horizontaux. Une campagne expérimentale est mise au point dans le but d'identifier le comportement des composants de la maçonnerie armée. Un essai original a été effectué sur un ensemble de blocs creux inclinés par rapport à la sollicitation pour déterminer les caractéristiques de cisaillement. Le comportement des joints de mortier est identifié en compression et en cisaillement. Un critère de frottement non linéaire est proposé pour l'interface bloc-joint, qui rend compte correctement des informations expérimentales La troisième partie est consacrée à la modélisation. Nous considérons la maçonnerie armée comme un matériau à deux composants : les joints de mortier (armés ou non armés) d'une part , et les éléments creux considérés comme homogènes d'autre part. Un élément de contact spécifique a été développé, il possède une rigidité élastique dans le plan du joint. Les éléments de maçonnerie ont été modélisés comme un matériau orthotrope équivalent. Des équations mathématiques décrivant le comportement de chaque matériau ont été développées. La non linéarité apparente du comportement des éléments de maçonnerie est traitée dans le cadre du formalisme de l'élastoplasticité. Enfin, une validation du modèle est menée en confrontant les résultats expérimentaux avec ceux du calcul numérique. Les résultats obtenus concordent qualitativement et quantitativement de manière satisfaisante avec l'expérimentation, le modèle peut donc être utilisé comme un outil de prédiction et d'estimation des charges ultimes supportées par les structures.

Dans le domaine du renforcement et/ou de la réparation des structures en béton armé par des matériaux composites à l'aide de la méthode du collage extérieur au moyen d'un adhésif époxy, une des préoccupations de la communauté scientifique est l'intégrité structurelle de ce système dans le cas d'incendie dans lequel la haute température est une caractéristique essentielle et peut atteindre jusqu'à 1200°C. Ce travail de recherche est axé sur le comportement thermomécanique à très haute température des matériaux composites [un composite à base de polymère carbone/ époxy (Carbon Fiber Reinforced Polymer- CFRP), un composite textile/ mortier cimentaire (Textile Reinforced Concrete- TRC) et un adhésif à base d'époxy]. L'évolution des propriétés mécaniques et d'autres aspects mécaniques de ces matériaux composites avec la température a été caractérisée. Une nouvelle procédure expérimentale concernant la mesure de la déformation de l'éprouvette à l'aide du capteur laser est développée et validée. Une étude numérique et expérimentale a été réalisée dans le but de déterminer principalement la température à la rupture des joints « composite/ adhésif/ composite » sous les sollicitations mécaniques et thermiques. L'efficacité de la protection thermique de deux isolants [PROMASPRAY®T (produit commercial de la société PROMAT] et Isolant A (produit développé par le LGCIE site Tusset) a aussi été étudiée dans cette thèse. Enfin, une approche numérique, à l'aide du logiciel ANSYS, est utilisée afin de déterminer, de façon préliminaire et approximative, à l'échelle matériau, les propriétés thermiques des matériaux (composite textile/ mortier cimentaire -TRC et Isolant A) / In the area of the strengthening and/or the reparation of reinforced concrete structures with composites by means of the external bonding method using an epoxy adhesive, one of the preoccupation of the scientific community is the structural integrity of this system in the event of fire in which the high temperature is the essential feature et can reach up to 1200°C. This research focuses on the thermo-mechanical behavior of composite materials [carbon/epoxy adhesive composite (or carbon fiber reinforced polymer (CFRP), textile/cementitious mortar composite (or textile reinforced concrete (TRC)] and an epoxy-based adhesive. The evolution of mechanical properties and other mechanical aspects of these materials with the temperature has been characterized. A new experimental procedure concerning the measurement of sample strain by the laser sensor is developed and validated. An experimental and numerical study has been realized in order to mainly determine the temperature at the failure of "composite/adhesive/composite" joints under thermal and mechanical loadings. The effectiveness of the thermal protection of two insulators [PROMASPRAY®T (a commercial product of the PROMAT company and the insulator A (product developed by the LGCIE site Tuset)] has also been investigated in this PhD thesis. Finally, a numerical approach, using ANSYS software, is used to determine, in the preliminary and approximate way, at material scale, thermal properties of the materials [the textile reinforced concrete (TRC) and the insulator A]

Le ciment Portland est de loin le liant hydraulique le plus connu et utilisé depuis de très nombreuses années tant dans le secteur de la construction civile qu’au niveau du stockage des déchets (barrières ouvragées ou matériau de confinement). Le processus industriel qui donne naissance au clinker, constituant de base du ciment Portland, n’a pas subi de modifications depuis des décennies. <p>Par ailleurs, au cours de ces dernières années, certaines considérations telles que le réchauffement climatique et le développement durable ont mis à mal les industries qui émettent des gaz à effets de serre et qui sont grosses consommatrices d’énergie. <p>Or, la production de ciment Portland n’est pas uniquement consommatrice de calcaires, d’argiles, de marnes et de combustibles fossiles, elle produit et libère ces gaz à effets de serre tels que le dioxyde de carbone (CO2) et l’hémioxyde nitreux (N2O). Le dioxyde de soufre (SO2), l’acide chlorhydrique (HCl) ainsi que d’autres oxydes d’azote (NOx) sont également émis lors du processus de fabrication du clinker. Le secteur des matériaux de construction contribue de façon importante aux émissions de CO2, le principal responsable du réchauffement climatique.<p>La problématique majeure de l’industrie cimentière provient d’un simple processus chimique de transformation :la décarbonatation du calcaire ou de la craie, débutant vers 550°C, qui forme de la chaux (CaO) et qui libère du dioxyde de carbone selon la réaction suivante :<p><p>CaCO3 =\ / Doctorat en sciences, Spécialisation géologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished