Ces travaux portent sur la déformation des aciers au cours de leur solidification, au moyen d'une expérience instrumentée et de sa simulation numérique. L'étude est focalisée sur deux phénomènes induits par la déformation : la fissuration à chaud et la macroségrégation. L'expérience consiste à poinçonner latéralement un lingot de 450 kg, alors que son cœur est encore partiellement liquide.L'expérience est instrumentée thermiquement et mécaniquement. Les lingots sont analysés, visuellement en termes de lieu et de fréquence d'apparition de fissures, et par microsonde pour les ségrégations chimiques.Pour la fissuration à chaud, une simulation numérique 3D par éléments finis est mise en œuvre avec le logiciel Thercast®, dans lequel a été implanté un critère d'amorçage de fissure basé sur la déformation plastique cumulée en fin de solidification, entre deux valeurs critiques de fraction de liquide. La comparaison entre simulations et observations montre le caractère prédictif du critère.La simulation numérique de la macroségré-gation est réalisée avec le logiciel R2sol qui résout simultanément la déformation du solide et l'écoulement du liquide. La simulation montre la redistribution des solutés dans le cœur du lingot sous l'effet de la compression du squelette solide et de l'écoulement du liquide, induits par le poinçonnement. Elle reproduit qualitativement les mesures expéri-mentales mais sous-estime l'amplitude des hétérogénéités de composition chimique. Une discussion des résultats permet de dégager des pistes permettant d'espérer une prédiction quantitative dans le futur.Les deux thématiques étudiées ont mis en relief la nécessité d'une bonne modélisation des phénomènes de microségrégation des alliages multiconstitués. Un modèle a été spécifiquement développé à cet effet. / Experimental and numerical studies of hot tearing and macrosegregation formation during steel solidification are reported. On one hand, an ingot punching test is considered. It consists of the application of a deformation at the surface of a solidifying 450 kg steel ingot. On the other hand, finite element thermo-mechanical modelling of the test is used.For hot tearing analysis, 3D finite element modeling is applied by use of Thercast® software. The time evolution of the strain tensor serves to evaluate the possibility for hot tear formation with a Hot Tearing Criterion (HTC). The HTC compares the local accumulation of strain over a certain solidification interval with the expression of a critical value proposed in the literature. Detailed comparisons reveal an excellent capability of the HTC to predict the formation of hot tears.For macrosegregation analysis, a two-phase formulation has been implemented (R2sol software), in which the velocities of the liquid and solid phases are concurrently solved for. The simulation shows how solutes are redistributed through the central mushy zone of the ingot under the effect of the com-pression of the solid phase resulting from the punching of the solid shell. The simulation proves its capability to reproduce the main experimental trends. However the predicted intensity of macrosegregation is lower than measured. Through discussion and analysis of different numerical sensitivity tests, critical material parameters and model improvements are identified in view of achieving better quantitative predictions in the future.The two topics studied have clearly shown the need for a good modelling of microsegregation phenomena in multicomponent alloys. A numerical model has especially been developed and implemented in the two software packages.

Pour les poutres et les dalles ne comportant pas d'armatures de cisaillement, la résistance à l'effort tranchant ou au poinçonnement est souvent un critère important de dimensionnement. Ce type de rupture est caractérisé par un comportement fragile pouvant conduire à l'effondrement partiel voir total de la structure. Malgré de nombreuse recherche dans ce domaine, la résistance à l'effort tranchant et au poinçonnement des structure en béton armé ou précontraint demeure un phénomène complexe et dont l'approche normative est souvent empirique est simplifiée. La capacité des bétons renforcés de fibres métalliques à réduire voir à remplacer totalement les armatures de cisaillement des structures en béton armé et précontraint a été mis en évidence par plusieurs études expérimentales. Cependant, et malgré ses nombreux atouts, l'application à l'échelle industrielle des bétons de fibres est restée marginal, principalement due au manques d'un cadre normatif cohérent et reconnu. Les processus fixes d'une usine de préfabrication d'éléments en béton offre des possibilités optimales pour utiliser des matériaux cimentaires à hautes performances tel que les bétons autoplaçant, les bétons à hautes résistances, etc. Du point de vue de l'auteur, l'utilisation de bétons à hautes performances renforcés de fibres métalliques est le pas de développement et d'optimisation pour cette industrie. Les Bétons Fibrés à Hautes Performances (BFHP) reprennent une matrice similaire aux Bétons à Hautes Performances (BHP) auxquels est ajouté une certaine quantité de fibres métalliques conférant au matériau un comportement au niveau de la structure exploitable dans le dimensionnement. Les BFHP présentent un ratio résistances/coûts intéressant ainsi qu'une alternative au Béton Fibré Ultra-Performants (BFUP). L'objectif principal de ce travail est d'analyser le comportement au cisaillement et au poinçonnement d'éléments de structures en BFHP et en BFUP sans armatures de cisaillement et proposé des recommandations et des règles de dimensionnement adaptées aux ingénieurs de la pratique (…) / For members and flat slabs without shear reinforcement, the shear and punching shear strength are often the determining design criteria. These failure modes are characterized by a fragile behaviour implying possible partial or total collapse of the structure. Despite extensive research in this field, shear and punching shear in reinforced and prestressed concrete structures, remain complex phenomena so much that the current approach is often empirical or simplified. The ability of Steel Fibre Reinforced Concrete (SFRC) to reduce shear reinforcement in reinforced and prestressed concrete members and slabs,or even eliminate it, is supported by several experimental studies. However its practical application remains marginal mainly due to the lack of standard, procedures and rules adapted to its performance. The stationary processes in precast industry offer optimal possibilities for using high performance cementitious materials such as Self Compacting Concrete (SCC) and High Strength Concrete (HSC). For the author, the combination of High Performance Concrete and steel fibres is the following step in the development and the optimization of this industry. The High Performance Fibre Reinforced Concrete (HPFRC) stands between conventional SFRC and Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete (UHPFRC). The HPFRC exhibiting a good strength/cost ratio is, thus, an alternative of UHPFRC for precast elements. The principal aim of this work was to analyse the shear and punching shear behaviour of HPFRC and UHPFRC structures without transversal reinforcement and to propose recommendations and design models adapted for practitioners. Several experimental studies on structural elements, i.e. beams and slabs, were undertaken for this purpose. Firstly, an original experimental campaign was performed on pre-tensioned members in HPFRC. A total number of six shear-critical beams of a 3.6 m span each, and two full scale beams of a 12 m span each, were tested in order to evaluate the shear and flexural strength. The principal parameter between the specimens was the fibres (…)

La modélisation analogique effectuée consiste à déformer une couverture stratifiée (représentée par des feuillets de paraffine calibrés : niveaux compétents, séparés par un enduit degraisse aux silicones = niveaux incompétents) qui peut glisser sur son socle rigide, par un poinçon simulant une écaille (représentée par un bloc indéformable) et agissant soit par son déplacement dans le plan des couches, soit par son poids, perpendiculairement à celles-ci. Par nécessité de schématisation le rôle tangentiel du poinçon est séparé de son rôle gravitaire en deux expériences distinctes. Des règles de répartition des structures obtenues sont déduites de ces modèles contrôlés. Les résultats de la modélisation sont ensuite testés sur deux exemples de terrain. L'arc du front pennique valaisan, qui parait, cartographiquement, dû à un ecoulement entre les deux poinçons passifs du Mont Blanc et de l'Aar, ne peut pas en fait être interprété en termes de poinçonnement horizontal. C'est la surrection tardive des massifs bordiers qui provoque la forme arquée du front des nappes. L'arc du Jura correspond mieux aux résultats expérimentaux. Les structures analysées dans cette région semblent tout à fait compatibles avec un glissement et une déformation contrastée en zones concentriques, de la couverture sédimentaire sur son socle. La mise en mouvement serait due à la poussée vers le NW du Bassin molassique suisse, lui-même indéformé et déplacé sous l'influence des schevauchement crustaux alpins plus méridionaux. La confrontation des données expérimentales et de terrain permet de donner les règles utilisables pour déterminer si un ensemble de structures est bien le résultat du déplacement d'une écaille chevauchante agissant par poinçonnement de son avant pays. Les deux tests effectués sur le terrain montrent que ces règles sont réellement pratiques et discriminantes. Il en ressort qu'il est surtout important de distinguer entre les déformations situées au front du poinçon (forte amplitude des plis, déversements et chevauchements, structures imbriquées, extension perpendiculaire aux directions structurales axiales) et celles qui sont situées à son flanc (moindre amplitude des plis, extension parallèle aux axes, décrochement...) .

Soft soil reinforcement by inclusion is a growing technique caracterized by a pile grid and a granular embankment introduced between the reinforced soil and the structure. Unlike traditionnal methods, the load is partially transferred to the pile heads by arching in the embankment. The application area of this research focuses on the shallow foundations case, in which the thickness of the embankment is small. The litterature review shows that only a few studies were dedicated to that case, and that fundamental questions remains concerning the load transfer in the embankment. Chosen method for this research consists in two-dimensionnal physical modelling, analysis of the conducted simulations, and development of an analytical model in order to predict the load transfer to the piles by arching in the embankment. The results of this PhD thesis provide original elements of evidence of the load transfer in the studied system, proposes an analytical model based on block division of the granular embankment by shear bands - which is in good agreement with experimental data - and lead to a better understanding of arching in soils.

Soft soil reinforcement by inclusion is a growing technique caracterized by a pile grid and a granular embankment introduced between the reinforced soil and the structure. Unlike traditionnal methods, the load is partially transferred to the pile heads by arching in the embankment. The application area of this research focuses on the shallow foundations case, in which the thickness of the embankment is small. The litterature review shows that only a few studies were dedicated to that case, and that fundamental questions remains concerning the load transfer in the embankment. Chosen method for this research consists in two-dimensionnal physical modelling, analysis of the conducted simulations, and development of an analytical model in order to predict the load transfer to the piles by arching in the embankment. The results of this PhD thesis provide original elements of evidence of the load transfer in the studied system, proposes an analytical model based on block division of the granular embankment by shear bands - which is in good agreement with experimental data - and lead to a better understanding of arching in soils. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished