Le polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP) est l'une des solutions courantes pour réparer/renforcer/ fortifier/ rétrofiter les structures en génie civil en raison de ses avantages dans les propriétésmécaniques, la durabilité et la maniabilité. Cependant, des problèmes d'incendie récents ont soulevédes inquiétudes quant à la performance au feu du CFRP et des structures renforcées par CFRP. Dansla littérature, il existe plusieurs études sur l'évolution de la performance mécanique de CFRP et desstructures renforcées par CFRP pendant ou après l'exposition à différents niveaux de température quisont proches des températures obtenus durant un feu. Cependant, les résultats sont dispersés en raisonde la diversité des matériaux utilisés, de la différence dans les protocoles d'essai et de la limitation del'installation d'essai pour une utilisation à température élevée. Des études analytiques et numériquessont également menées avec une étude paramétrique pour observer, améliorer et proposer desrecommandations pour les directives de conception. Cependant, le manque de données expérimentalesa une influence significative sur applicabilité des résultats disponibles.Cette recherche caractérise les comportements des CFRP et de la structure renforcée avec du matériauCFRP dans trois conditions distinctes concernant la température élevée et la charge mécanique quisont proches des différents cas d'application au feu. Les méthodes expérimentales et numériques sontutilisées pour mener cette recherche afin d'étudier plus en détail l'état de chaque matériau au cours desétudes de cas. En particulier, l'essai résiduel est utilisé pour étudier la performance mécanique desspécimens refroidis après exposition à température élevée en respectant l'évaluation du comportementrésiduel des structures renforcées en CFRP en situation post-incendie à des fins de réparation /renforcement. Deux essais thermomécaniques sont utilisés pour étudier la performance mécanique deséchantillons à différentes températures élevées et leur performance thermique à différents étatsmécaniques en respectant la situation d'incendie pour la prédiction et la conception. Les deux dernierscas portent sur l'influence de l'ordre de chargement sur les résultats pour confirmer la validité desdonnées mécaniques expérimentales obtenues à différentes températures lors de l'évaluation de laperformance au feu de la structure renforcée par CFRP où les effets mécaniques et puis les effetsthermiques sont combinés.Dans la première partie expérimentale, 86 essais sur deux types de CFRP (un préfabriqué en usine etun fabriqué manuellement en laboratoire) ont été étudiés dans la plage de température de 20°C à712°C. La performance du matériau CFRP est généralement réduite lorsque la température augmente.Les résistances thermomécaniques et résiduelles du P-CFRP diminuent graduellement de 20°C à700°C, tandis que le module de Young varie de moins de 10% de 20°C à 400°C et ensuite diminuesignificativement à 600°C. La performance thermomécanique identifiée de CFRP a été inférieure quesa performance résiduelle, en particulier à une température supérieure à 400°C. En outre, latempérature élevée et la charge mécanique sont expérimentalement pertinentes et l'ordre dechargement a donc un faible effet sur les performances du matériau dans des conditionsthermomécaniques. Un nouveau modèle analytique, proposé pour l'évolution de la résistance ultimethermomécanique en fonction de la température, a montré sa capacité à s'adapter à deux CFRP étudiéset à ceux testés dans des conditions thermomécaniques similaires dans la littérature [etc...] / Carbon fibre reinforced polymer (CFRP) is one of common solutions in repairing / reinforcing/strengthening/ retrofitting structures in civil engineering due to its advantages in mechanicalproperties, durability and workability. However, recent issues have raised concerns for fireperformance of CFRP and CFRP reinforced structures. Throughout the literature, there are severalinvestigations on the evolution of mechanical performance of CFRP and CFRP reinforced structuresduring or after exposing to different levels of temperature which are close to temperatures obtainedduring a fire. However, the results are scatter due to the diversity of materials used, the difference intest protocols, and limitation in test facility for elevated temperature use. Analytical and numericalstudies are also conducted with parametric investigation to observe, improve, and proposerecommendations for design guideline. Additionally, missing gap in experimental data has asignificant influence on the applicability of the available results.This research characterizes the behaviours of CFRPs and of concrete structure reinforced with CFRPmaterial under three separated conditions concerning elevated temperature and mechanical loadingthat are close to different cases of fire application. The experimental and numerical methods used inthis research are to further investigate the status of each material during the case studies. Particularly,residual test is used to study the mechanical performance of specimens cooled after exposing toelevated temperature respecting the evaluation of the remained behaviour of CFRP reinforcedstructures at post-fire situation for repairing/ retrofitting purpose. Two thermo-mechanical tests areused to study the mechanical performance of specimens at different elevated temperatures and theirthermal performance at different mechanical statuses respecting the fire situation for predicting anddesigning purpose. The two final cases focus on the influence of loading order on the results toconfirm the validity of experimental mechanical data obtained at different temperatures whenapplying for evaluating the fire performance of CFRP reinforced structure where mechanical effectsand then temperature effects are combined.In the first experimental part, 86 tests on two types of CFRP (one pre-fabricated in factory and onemanually fabricated in laboratory) were studied in the temperature range from 20°C to 712°C. Theperformance of CFRP material is generally reduced as the temperature increases. The thermomechanicaland residual ultimate strengths of P-CFRP gradually decrease from 20°C to 700°C, whileits Young’s modulus varies less than 10% from 20°C to 400°C and then significantly decreases at600°C. The identified thermo-mechanical performance of CFRP was lower than its residualperformance, especially at temperature beyond 400°C. Furthermore, the elevated temperature andmechanical load are experimentally shown to be relevant and thus the loading order has a small effecton the material performance under thermo-mechanical conditions. A new analytical model, proposedfor the evolution of thermo-mechanical ultimate strength in function of temperature, has shown theability to fit with two studied CFRPs and with those tested under similar thermo-mechanical conditionin the literature [etc...]

Deterioration of reinforced-concrete (RC) structures due to corrosion of steel limits the service-life and increases the rehabilitation costs. Concrete slabs in parking structures deteriorate faster than any other structural elements because of direct exposure to high concentrations of chlorides used for snow and ice removal-during winter seasons. The use of fiber-reinforced polymer (FRP) bars as an alternative to conventional steel has emerged as a realistic and cost-effective solution to overcome the corrosion problems, particularly for concrete structure exposed to harsh environmental conditions. Design of RC flat slabs is often compromised by their ability to resist shear stresses at the punching-shear surface area. The connections between slabs and supporting columns could be susceptible to high shear stresses and might cause brittle and sudden punching-shear failure. These connections may become the starting points leading to catastrophic punching-shear failure of a flat slab system when the steel reinforcement corrodes. Extensive research work has been conducted on the punching-shear behaviour of steel-reinforced flat slabs. The punching-shear strength of RC flat slabs reinforced with glass fiber-reinforced polymer (GFRP) bars, however, is yet to be fully investigated and understood. This is due to the limited research work on the subject and to the numerous parameters affecting punching-shear behaviour. In addition, the current FRP design codes and guidelines do not provide rational design models addressing the contribution of the FRP as shear reinforcement (stirrups) for FRP-RC flat slabs. Thus, this study aims at investigating the punching-shear behaviour of concrete two-way slabs reinforced in flexure with GFRP bars. The investigation included two-way test specimens without shear reinforcement and others with carbon or glass FRP stirrups to evaluate the performance of specimens without shear reinforcement and the effect of shear reinforcement on the punching-capacity and performance. To achieve this, experimental and analytical studies were conducted. The experimental program included twenty-six interior slab-column connections reinforced with GFRP bars and two specimens reinforced with steel bars for comparisons. The specimens were tested through two phases. Phase I, focused on the two-way slabs without shear reinforcement and the investigated parameters were: (i) flexural reinforcement ratio (ranged from 0.34% to 1.66%) and type (steel and GFRP); (ii) GFRP compression reinforcement; (iii) slab thickness (200 mm and 350 mm); (v) column dimensions (300 × 300 mm and 450 × 450 mm); (iv) concrete strength (normal and high-strength concretes). Phase II, focused on the use of FRP shear reinforcement (stirrups) and its effectiveness and contribution to the punching-shear capacity. The test variables considered in Phase II were: (i) the material of stirrups (carbon and glass FRP); (ii) shear reinforcement ratio; (iii) stirrup spacing; (iv) the effect of flexural reinforcement ratio on the effectiveness of the shear reinforcement. The effect of the different parameters considered in the two phases of the experimental work were presented and discussed in four journal papers. Moreover, the test results and the findings contributed to the first field implementation of GFRP bars in two flat slabs parking garages in Québec's city, which were Québec's city hall (Québec, Canada, 2010) and La Chancelière parking garage (the world's first flat-slab parking garage totally reinforced with GFRP bars) (Québec, Canada, 2011). On the other hand, the analytical study included assessing the accuracy of the current punching-shear design provisions through comparing the test results of the specimens tested herein and 35 specimens from literature. The provisions included CSA 8806-12 (2012), ACI 440 (2006), BS 8110 (1997), and JSCE (1997).

L'industrie automobile est confrontée à la problématique de dimensionnement en fatigue de pièces structurelles en polymères thermoplastiques. En effet, de nombreux facteurs liés à l'environnement ou aux conditions de service influencent la tenue en fatigue. Les campagnes d'essais en fatigue classiquement menées sont longues (1 mois pour une condition donnée). L'objectif de cette thèse est d'accélérer la caractérisation en fatigue de ce type de matériau en utilisant des essais d'auto-échauffement. Une première analyse empirique est démontrée possible et permet d'estimer l'endurance limitée à 106 cycles. L'analyse des indicateurs mécaniques et de l'évolution de la microstructure (MEB et Micro-tomographie rayon X) durant les paliers de chargements confirme l'existence d'un seuil correspondant à cette endurance limitée. Dans un second temps, une méthode est proposée en associant un critère énergétique à la courbe d'auto-échauffement complète afin de prédire en moins de 2 jours une courbe de Wöhler déterministe. Ce critère est confronté à l'étude de facteur influent telle la géométrie de l'échantillon ou la reprise en eau du matériau. Une courbe unifiée reliant l'énergie dissipée par cycle au nombre de cycles à la rupture est proposée. Enfin, la méthode est appliquée avec succès à l'étude de structures.

L’industrie automobile est confrontée à la problématique de dimensionnement en fatigue de pièces structurelles en polymères thermoplastiques. En effet, de nombreux facteurs liés à l’environnement ou aux conditions de service influencent la tenue en fatigue. Les campagnes d’essais en fatigue classiquement menées sont longues (1 mois pour une condition donnée). L’objectif de cette thèse est d’accélérer la caractérisation en fatigue de ce type de matériau en utilisant des essais d’auto-échauffement. Une première analyse empirique est démontrée possible et permet d’estimer l’endurance limitée à 106 cycles. L’analyse des indicateurs mécaniques et de l’évolution de la microstructure (MEB et Micro-tomographie rayon X) durant les paliers de chargements confirme l’existence d’un seuil correspondant à cette endurance limitée. Dans un second temps, une méthode est proposée en associant un critère énergétique à la courbe d’auto-échauffement complète afin de prédire en moins de 2 jours une courbe de Wöhler déterministe. Ce critère est confronté à l’étude de facteur influent telle la géométrie de l’échantillon ou la reprise en eau du matériau. Une courbe unifiée reliant l’énergie dissipée par cycle au nombre de cycles à la rupture est proposée. Enfin, la méthode est appliquée avec succès à l’étude de structures. / Designing short fibers reinforced thermoplastics (SFRP) components is now a major concern for the automotive industry. This task is difficult because of the numerous factors affecting the fatigue lifetime coupled to long fatigue campaigns (usually a month for a given experimental condition).The objective of this thesis is to apply a heat built-up protocol on a SFRP used for structural automotive applications (PA66GF50, a polyamide filled with 50% of glass fiber in mass) to predict quickly the fatigue properties from temperature measurements. A heat build-up protocol developed for metallic materials has been used to speed up the fatigue characterization of PA66GF50. The life time estimation given by a first rough analysis is compared successfully to the fatigue curve obtained from a classical campaign. To understand what is caught from the thermal measurements, the evolution of the microstructure throughout the heat build-up test was investigated by X-ray micro-tomography and SEM and compared to the evolution of the mechanical features. In order to provide a relation between the full heat build-up curve and the Wohler curve, the dissipated energy is then evaluated from the thermal measurements and the parameters of an energetic fatigue criterion are identified from the results obtained from one single sample. The fatigue curve predicted from the heat build-up curve and obtained in 2 days, is compared to the one obtained from a classical fatigue campaign and the agreement is very good. The energy based criterion as well as the identification of the dissipation sources from the temperature measurements are finally challenged by an experimental campaign achieved on a sample with a different geometry and different water content. Dissipated energy curve seems unified results. Finally, the method is applied to the study of the lifetime of structures.

Abstract: Recently, fiber-reinforced polymer (FRP) composite materials have been used in the field of civil engineering constructions especially in corrosive environments. They can be used as internal reinforcement for beams, slabs, and pavements, or as external reinforcement for rehabilitation and strengthening different structures. One of their innovative applications is the concrete-filled FRP tubes (CFFTs) which are becoming an alternative for different structural members such as piles, columns, bridge girders, and bridge piers due to their high performance and durability. In such integrated systems, the FRP tubes act as stay-in-place forms, protective jackets for the embedded concrete and steel, and as external reinforcement in the primary and secondary direction of the structural member. Extensive research was developed on CFFTs as columns, but comparatively limited research was carried out on CFFTs as beams especially those with rectangular sections. The circular sections exhibit magnificent confinement efficiency in case of columns. However, the rectangular sections have higher moment of inertia and flexural stiffness to resist the applied loads and deformations in case of beams. Moreover, the construction and architectural requirements prefer the rectangular section of beams, rather than the circular beams, due to its stability during installation and its workability during connecting to other structural members like slabs and columns. Also, CFFTs that are completely filled with concrete are not optimal for applications governed by pure bending, because the excess weight of the cracked concrete below the neutral axis may increase the transportation and installation cost. This dissertation presents experimental and theoretical investigations on the flexural behaviour of rectangular CFFT beams with steel rebar. These hybrid FRP-concrete-steel tubular rectangular beams contain outer rectangular filament-wound glass-FRP (GFRP) tubes to increase the sectional moment of inertia, to provide flexural and shear reinforcement, and to protect the inner structural elements (concrete and steel) against corrosion. The outer tubes were fully-or-partially filled with concrete and were reinforced with steel rebar at the tension side only. Inner hollow circular or square filament-wound GFRP tubes, shifted toward the tension zone, were provided inside the CFFT beam to eliminate the excess weight of the cracked concrete at the tension side, to confine actively the concrete at the compression side and to act as reinforcement at the tension side. The surfaces of tubes adjacent to concrete were roughened by sand coating to fulfill the full composite action of such hybrid section. Several test variables were chosen to investigate the effect of the outer and inner tubes thickness, fibers laminates, and shape on the flexural behaviour of such hybrid CFFT beams. To fulfil the objectives of the study, twenty-four full-scale beam specimens, 3200 mm long and 305×406 mm2 cross section, were tested under a four-point bending load. These specimens include eight fully-CFFT beams with wide range of tube thickness of 3.4 mm to 14.2 mm, fourteen partially-CFFT beams with different outer and inner tubes configurations, and two conventional steel-reinforced concrete (RC) beams as control specimens. The results indicate outstanding performance of the rectangular fully and partially-CFFT beams in terms of strength-to-weight ratio and ductility compared to the RC beams. The fully-CFFT beams with small tube thickness failed in tension by axial rupture of fibers at the tension side. While, the fully-CFFT beams with big tube thickness failed in compression by outward buckling of the outer tube compression flange with warning signs. The results indicate also that the flexural strength of the fully-CFFT beams was ascending nonlinearly with increasing the tubes thickness until a certain optimum limit. This limit was evaluated to define under-and-over-reinforced CFFT sections, and consequently to define the tension and compression failure of fully-CFFT beams, respectively. The inner hollow tubes act positively in reinforcing the partially-CFFT beams and confining the concrete core at the compression side. The strength-to-weight ratio of the partially-CFFT beams attained higher values than that of the corresponding fully-CFFT beams. Generally, the partially-CFFT beams failed gradually in compression due to outward buckling of the outer tube compression flange with signs of confining the concrete core at the compression side. The inner circular voids pronounced better performance than the square inner voids, however they have the same cross sectional area and fiber laminates. Theoretical section analysis based on strain compatibility/equilibrium has been developed to predict the moment-curvature response of the fully-CFFT section addressing the confinement and tension stiffening of concrete. The analytical results match well the experimental results in terms of moment, deflection, strains, and neutral axis responses. In addition, analytical investigation was conducted to examine the validity of the North American design codes provisions for predicting the deflection response of fully and partially-CFFT beams. Based on these investigations, a new power and assumptions were proposed to Branson’s equation to predict well the effective moment of inertia of the CFFT section. These assumptions consider the effect of the GFRP tube strength, thickness and configuration, in addition to the steel reinforcement ratio. The proposed equations predict well the deflection in the pre-yielding and post-yielding stages of the hybrid FRP-concrete-steel CFFT rectangular beams. / Résumé: Les matériaux composites en polymère renforcé de fibres (PRF) ont récemment été utilisés dans le domaine des constructions de génie civil, en particulier dans les environnements corrosifs. Elles peuvent être utilisées comme une armature interne pour des poutres, dalles et les trottoirs, ou comme une armature externe pour la réhabilitation et le renforcement de différentes structures. L'une de leurs applications novatrices est les tubes de polymères renforcés de fibres remplis de béton (TPFRB ) qui sont en train de devenir une alternative pour divers éléments structuraux tels que les pieux, les colonnes, les poutres et les piliers de ponts en raison de leur haute performance et durabilité. Dans de tels systèmes intégrés, les tubes PRF agissent comme un coffrage permanent, une chemise protectrice pour le béton et l'acier encastrés, et comme une armature externe dans les directions longitudinale et transversale de l'élément structural. La recherche a été concentrée sur les TPRFB comme des colonnes, mais très peu de recherche a été effectué les TPRFB comme des poutres particulièrement celles à section rectangulaire. La section circulaire présente une efficacité de confinement efficace en cas de colonnes. Toutefois, la section rectangulaire a un moment d'inertie plus élevé et une rigidité flexionnelle plus efficace pour résister les charges appliquées et les déformations dans le cas des poutres. Par ailleurs, les travaux de construction et les exigences architecturales préfèrent la section rectangulaire des poutres, plutôt que les poutres circulaires, en raison de sa stabilité pendant l'installation et sa maniabilité lors de la connexion à d'autres membres structuraux comme les dalles et les colonnes. En outre, les poutres TPRFB qui sont complètement remplis de béton ne sont pas optimales pour les applications contrôlées par la flexion pure, puisque le béton fissuré en dessous de l'axe neutre ne contribue pas à la résistance et augmente le poids propre et les coûts de transport et d'installation. Cette thèse présente des études théoriques et expérimentales sur le comportement en flexion de poutres rectangulaires (TPRFB) en béton armé. Ces poutres rectangulaires tubulaires hybrides en PRF-béton-acier sont composées de tubes rectangulaires externes fabriquées par enroulement filamentaire. Ces tubes fournissent un renforcement de flexion et de cisaillement; et protègent le béton armé contre la corrosion. Les poutres peuvent être soient entièrement ou partiellement remplies de béton. Des tubes intérieurs ( de section circulaires ou carrés) en polymères renforcés de fibres de verre (PRFV) sont positionnés dans la zone tendue de la poutre afin de réduire le poids et d’éliminer le béton fissuré en traction. Pour augmenter l'action composite de la section hybride, les surfaces des tubes adjacents au béton ont été rendues rugueuses par enrobage de sable. Plusieurs variables ont été choisis pour étudier l'effet de l’épaisseur des tubes extérieurs et intérieurs, les laminés de fibres, et la forme sur le comportement en flexion de ces poutres hybrides (TPRFB). Pour atteindre les objectifs de l’étude, vingt-quatre échantillons de poutre pleine grandeur, ayant une longueur de 3200 mm et une section transversale de 305×406 mm2, ont été testés sous une flexion à quatre points. Ces échantillons comprennent huit poutres de TPRFB entièrement remplis avec une large gamme d'épaisseur du tube externe de 3.4 mm à 14.2 mm, quatorze poutres de TPRFB partiellement remplis avec différentes configurations de tubes extérieurs et intérieurs, et deux poutres en béton armé conventionnel, comme échantillons de référence. Les résultats indiquent une performance exceptionnelle des poutres rectangulaires de TPRFB entièrement et partiellement remplies en termes du rapport de la résistance sur la masse et de la ductilité par rapport aux poutres en béton armé conventionnel. Les poutres de TPRFB entièrement remplies avec un tube de petite épaisseur ont rompu de façon moins ductile en tension par rupture axiale des fibres. Les poutres de TPRFB entièrement remplies et ayant une grande épaisseur ont rompu de façon ductile en compression par flambage local vers l’extérieur des parois en compression du tube externe. Les résultats indiquent également que la résistance à la flexion des poutres de TPRFB entièrement remplies augmente d’une façon non linéaire avec l'augmentation de l'épaisseur des tubes jusqu'à une certaine limite optimale. Cette limite a été évaluée pour définir les sections TPRFB sous-armées et surarmées et, par conséquent, pour définir la rupture en tension et en compression des poutres de TPRFB entièrement remplies, respectivement. Les tubes creux intérieurs agissent positivement dans le renforcement des poutres de TPRFB partiellement remplies et en confinant le noyau de béton du côté en compression. En général, les poutres de TPRFB partiellement remplies ont rompu en compression par flambage local vers l'extérieur des parois en compression du tube externe. Les vides circulaires intérieurs ont montré une meilleure performance que les vides carrés intérieurs, bien qu’ils aient la même superficie de la section transversale et le même taux de PRF. Une analyse théorique basée sur la compatibilité des déformations d’une section en flexion a été développée pour prédire la réponse moment-courbure de la poutre TPRFB en tenant compte des pourcentages de confinement externe et interne. Les résultats analytiques et les résultats expérimentaux s’accordent en termes de moment, flèche, déformations, et positions de l'axe neutre. En outre, une étude analytique a été menée afin d'examiner la validité des codes de conception nord-américains pour prédire la réponse en flexion des poutres TPRFB. En se basant sur les résultats de ces études, de nouvelles équations ont été proposées pour mieux prédire le moment effectif d'inertie de la section et une nouvelle procédure de conception pour prédire les capacités ultimes. Ces équations considèrent l'effet de la résistance des tubes en PRFV externe et interne que le taux d’armature en acier. En outre, ils prédisent bien la flèche dans les phases avant et après la limite élastique des poutres rectangulaires hybrides à haute performance.

Les techniques de renforcement de structures en béton armé (BA) par collage de polymères renforcés de fibres (PRF) trouvent un important champ d'applications dans le renforcement des poteaux en BA. Le chemisage par PRF confine le noyau du poteau et permet d'augmenter sa résistance et sa ductilité. Bien que de nombreux travaux expérimentaux aient été consacrés à l'étude de l'effet de confinement du PRF sur le comportement des poteaux en BA, la réalisation d'une simulation réaliste de la réponse structurelle de tels éléments présente de nombreuses difficultés liées aux modèles de comportement peu appropriés à reproduire précisément la réponse mécanique du béton confiné. Dans cette recherche, un modèle de comportement élasto-plastique endommageable est développé pour reproduire la réponse mécanique du béton sollicité suivant un chemin triaxial de contraintes. Ce modèle prend en compte différents mécanismes de comportement du béton tels que les déformations irréversibles, l'endommagement dû à la microfissuration, la sensibilité au confinement et les caractéristiques de dilatation. Un processus d'identification des paramètres du modèle est proposé sur la base d'essais classiques. La validation de ce modèle est ensuite démontrée en comparant des résultats de simulations à des données expérimentales de la littérature sur des bétons confinés activement puis des bétons confinés par des PRF présentant une large gamme de rigidité. Le modèle proposé est également comparé à différentes modélisations de la littérature. Les capacités du modèle sont illustrées et analysées sur des applications tridimensionnelles de poteaux en BA de taille réelle, non confinés et confinés par PRF. / For the past two decades, externally bonded Fiber Reinforced Polymers (FRP) has gained much popularity for seismic rehabilitation of reinforced concrete (RC) columns. In this technique, FRP wrap installed on the surface of a column acts as lateral confinement and enhance the strength and deformation capacity of the concrete element. Although many experimental works have been devoted to the study of confining effect of FRP on the behavior of RC columns, the numerical simulation of FRP-jacketed RC columns remains a challenging issue due to the lack of appropriate constitutive model for confined concrete. In this study, a damage plastic model is developed to predict the behavior of concrete under triaxial stress states. The proposed model takes into account different material behavior such as irreversible strain, damage due to microcracking, confinement sensitivity and dilation characteristic. A straightforward identification process of all model’s parameters is then presented. The identification process is applied to different normal strength concrete. The validity of the model is then demonstrated through confrontation of experimental data with simulations considering active confined concrete and FRP confined concrete with a wide range of confinement stiffness. The proposed constitutive model is also compared with other models from the literature and the distinguishing features of this new model are discussed. Furthermore, the capacity of the model in the three-dimensional finite element analysis of full-scale RC columns is demonstrate and discussed.

Afin de prolonger leur durée de vie et d'assurer la sécurité des usagers, les structures en béton peuvent nécessiter un renforcement au cours de leur durée de service. La technique de renforcement par collage externe, en surface, de composites renforcés de fibres de carbone, de verre ou d'aramide à l'aide de résines durcissant à température ambiante est largement employée pour son efficacité et sa facilité de mise oeuvre. Toutefois l'utilisation à la fois de fibres synthétiques et de matrices polymères produit un impact écologique non négligeable. L'objectif de ce travail de recherche est d'examiner la possibilité d'utiliser des fibres de lin pour le renforcement externe de structures en béton. Les propriétés mécaniques spécifiques et le bilan environnemental avantageux des fibres de lin en font une alternative intéressante aux fibres de verre. Cependant leur origine naturelle conduit à une plus grande variabilité des propriétés, à un comportement en traction non linéaire et une sensibilité accrue à l'humidité. Les principaux objectifs du travail de thèse portent ainsi sur la sélection des matériaux et la mise en oeuvre les plus adaptés, sur l'évaluation des performances du matériau et de son adhérence au support béton et sur une évaluation de la durabilité des propriétés du système. Dans une première partie expérimentale deux méthodes de mise en oeuvre du renfort à fibres de lin (stratification au contact et collage de lamelles rigides) sont développées et caractérisées. Des observations tomographies X confirment la bonne imprégnation des fibres et la cohésion des composites. Les essais de traction révèlent un comportement en traction bilinéaire comme décrit dans la littérature, avec des propriétés d'effort par largeur de bande comparables aux composites de renfort à fibres de verre. La caractérisation des interfaces composite/béton menée par tests de cisaillement à double recouvrement confirme une bonne adhérence qui se traduit par une rupture cohésive dans le substrat béton. La nature des fibres ne semble pas influencer le comportement de l'interface. Les systèmes de renforcement à fibres de lin sont donc capables de reprendre des efforts transmis par cisaillement de façon comparable aux matériaux de renfort à fibres de verre. Dans une deuxième partie des essais exploratoires de durabilité ont ensuite été menés pour vérifier la pérennité des propriétés de ces deux composites de renfort dans un environnement de service. Un vieillissement accéléré artificiel en enceinte climatique est mis en place tandis que des composites à fibres de lin stratifié au contact sont exposés pendant un an à l'environnement extérieur. Un second vieillissement hygrothermique à 70°C est mené pendant 4 semaines. Les dégradations des propriétés des composites à fibres de lin sont comparables à celles de certains composites de renfort à fibres de verre. Malgré la nature hydrophile des fibres de lin, les premiers essais ne montrent pas de dégradations des propriétés qui rendraient le composite impropre à une utilisation comme renfort extérieur de structures en béton / To extend their life and ensure the safety of users, concrete structures may need strengthening during their service life. The technique of strengthening by external bonding of composites carbon, glass or aramid composites using polymer that are cured at room temperature is widely used for its effectiveness and ease of implementation. Yet the uses of both synthetic fibers and polymer matrices have a significant environmental impact. The objective of this research is to examine the possibility of using flax fibers for the external strengthening of concrete structures. Their high specific mechanical properties and positive environmental balance make them an interesting alternative to the glass fibers. However, they also present a larger variability in properties, a non-linear tensile behavior and high sensitivity to humidity. The main objectives of this thesis involve the selection of the materials and the most suitable implementation, the evaluation of the materials’ performances and adherence to concrete support and a sustainability assessment of those properties. In a first experimental section, two methods of implementation of the flax fiber reinforcement are developed and characterized: by wet lay-up and by bonding of pre-hardened. Tomography observations confirm the good fiber impregnation and cohesion of the composites. The tensile tests show a bilinear tensile behavior as described in the literature, with stress per width at failure comparable to glass fibres strengthening systems. The characterization of composite/concrete interfaces is conducted by double overlap shear tests and confirms a good adhesion which results in concrete failure before the failure of the reinforcement system. The nature of the fibers does not appear to influence the shear behavior of the interface. For glass or flax wet lay-up systems, failure can occur with failure of the composite. Flax fiber reinforcement systems can take up the forces transmitted by shear in a manner comparable to glass composites. In the second part, sustainability tests were conducted to ensure the sustainability of the properties of these two composite reinforcements in a service environment. An artificial accelerated aging test in a climatic chamber is set up while wet lay-up flax fiber composites are exposed to the external environment during a year. A second hydrothermal aging test is conducted for 4 weeks at 70°C. The degradations of the properties of the flax composites are comparable to those of some glass reinforcement composites. Despite the hydrophilic nature of the flax fibers the first tests show no degradation of properties that would make the composite unsuitable for an external reinforcement of concrete structures

Dans le domaine de la construction, le béton armé est un matériau le plus couramment utilisé pour construire des bâtiments, des ponts…Avec sa grande histoire, il y a un très grand nombre d'ouvrages qui se retrouve dégradé pour de multiples raisons tels que les accidents routiers, l'évolution de trafic, les modifications de chargement dans les bâtiments ou les actions climatiques… Pour résoudre ces problèmes, deux possibilités principales s'offrent aux maitres d'ouvrage : la reconstruction ou la réparation. La reconstruction est une solution intéressante mais coûte très cher et ne peut pas être appliquée pour tous les ouvrages (ouvrages historiques …) La deuxième solution est donc souvent utilisée pour maintenir les ouvrages dans un bon état de service. Une des méthodes de réparation couramment utilisée consiste à l'application de matériaux composites pour renforcer les structures béton armé. Les coûts relativement acceptables et la mise en oeuvre rapide en font une solution technique de plus en plus appréciée. La technique de renforcement par matériaux composites se traduit par l'encollage de tissu ou de plats réalisés à partir de fibres de carbone ou de verre sur un support en béton. Ces types de matériaux ne sont pas d'origine naturelle, leur production provoque de forts impacts sur l'environnement et de plus, ces matériaux ne sont pas dégradables à leur fin de vie. Donc pour répondre à la question du développement durable qui demande que tous les domaines respectent l'environnement, un nouveau matériau écologique pouvant remplacer ces matériaux dans le renforcement de structure béton armé est toujours demandé. La fibre de Lin est un matériau d'origine naturelle qui présente de bonnes propriétés mécaniques. A l'heure actuelle, la fibre de Lin est appliquée dans plusieurs domaines : l'automobile, le sport, … Dans le domaine génie civil, avec ses bonnes propriétés mécaniques, la fibre de lin peut être utilisée dans le domaine du renforcement des structures béton armé en substitution des fibres courantes (fibre de carbone, fibre de verre…) Le but de cette thèse est l'évaluation de la capacité d'utilisation des fibres de Lin dans le renforcement de poutres béton armé. L'étude se focalisera au cas de renforcement au cisaillement qui n'est pas bien documenté dans la littérature, sui sera comparé avec le renfort par des fibres de carbone. Le programme expérimental est réalisé sur des tests de flexion 3 points avec la charge approche de l'appui pour avoir un fort effort tranchant dans la zone intéressée sur des poutres rectangulaires et des poutres en T. Les poutres sont renforcées par des tissus de lin bidirectionnels et unidirectionnels et par différentes configurations de renforcement. Les normes de calcul ACI, FIB, CSA, CNR-DT… recommandées pour calculer des structures avec des renforts de carbone et de verre dans le renforcement au cisaillement sont appliquées afin de vérifier leur efficacité dans le cas d'un renforcement par fibres de lin. Enfin un modèle numérique est étudié par la méthode des éléments finis pour reproduire le comportement des poutres renforcées par fibre naturelle afin d'étudier les paramètres qui jouent un rôle important dans le renforcement au cisaillement des poutres béton armé par fibre de lin. Les résultats montrent que le renfort par fibre de Lin présente des effets significatifs dans le renforcement au cisaillement de poutres béton armé (augmentation de la résistance de cisaillement de 10% à 33%). Le renfort par fibres de Lin présente une capacité mécanique équivalence à celle de fibre de carbone dans le renforcement au cisaillement de poutres béton armé et un potentiel dans le renforcement de structure béton armé. Les résultats du modèle numérique par la méthode des éléments finis traduisent un comportement similaire à ceux enregistrés lors des essais expérimentaux / In the field of construction, concrete is the most common material used to construct buildings, bridges... With its great history, there are a large number of structures that is found degraded for many reasons such as road accidents, changes in traffic, load changes in buildings or climate action ...To resolve these issues, two main options available to project owners: the reconstruction or repair. Reconstruction is an interesting solution but is very expensive and cannot be applied to all structures (historical works ...). The second solution is often used to keep the structures under service conditions. A repair methods commonly used is the application of composite materials to strengthen reinforced concrete structures. The relatively acceptable cost and rapid implementation make this technical solution increasingly appreciated. The Flax fiber is a natural material which has good mechanical properties. At present, the flax fiber is applied in several areas: automotive, sports ... In the civil engineering field, with its good mechanical properties, flax fiber can be used in the field of building Reinforced Concrete structures substitution of regular fibers (carbon fiber, fiberglass ...) The aim of this thesis is the evaluation of the ability to use flax fibers in strengthening reinforced concrete beams. The study will focus on a case of shear reinforcement that is not well documented in the literature; it will be compared with the reinforcement with carbon fibers. The experimental program was carried out on 3-point bending tests with the support of load approach for a strong shear in the area concerned on rectangular beams and T-beams. The beams are reinforced by bidirectional flax fabrics and unidirectional reinforcement and different configurations. The calculation standards ACI, FIB, CSA, CNR-DT ... recommended to calculate structures with carbon reinforcements and glass in building for shear strengthening are applied to ensure their effectiveness in the case of a reinforcement flax fibers. Finally, a numerical model is being studied by the finite element method to reproduce the behavior of beams reinforced with natural fiber to study the parameters that play an important role in shear strengthening of concrete beams reinforced with flax fiber. The results show that the reinforcing flax fiber has significant effects in the shear reinforcement of reinforced concrete beams (increase in shear resistance of 10% to 33%). The reinforcement by flax fiber has a mechanical capacity equivalent to that of carbon fiber in the shear reinforcement of reinforced concrete beams and potential in strengthening reinforced concrete structure. The results of the numerical model by the finite element method reflect a behavior similar to those obtained during the experimental tests. The model also valid flax fiber capacity comparable to that of carbon fiber in the shear strengthening of reinforced concrete beams

La consommation globale de plastique renforcé de fibres de carbone (PRFC) est en constante augmentation, ce qui induit la nécessité de créer un secteur de recyclage capable de traiter l’ensemble des fibres de carbone actuellement consommées et qui représente la quantité de déchets à traiter en devenir. Cette thèse porte sur le développement et l'application d’une méthodologie d’évaluation multicritère du développement durable pour la création d’une filière de recyclage des plastiques renforcés de fibres de carbone (PRFC) issus du secteur aéronautique, mais aussi des autres secteurs consommateurs de fibres de carbone tels que l’automobile et l’éolien. Cette méthodologie a pour but d’identifier les indicateurs les plus pertinents ainsi que les méthodes qui leurs sont associés, c'est-à-dire qu’elle vise à la création et l’adaptation d’indicateurs clé de performance du développement durable pour caractériser au mieux les impacts environnementaux et sociaux-économique de cette filière de recyclage. Le résultat final de ce travail est la création d’une méthodologie d’évaluation du développement durable dédiée à la filière de recyclage des fibres de carbone par la considération des différents aspects de celui-ci. Cette méthodologie, aidant à l’identification et la définition des indicateurs clé de performances du développement durable peut être aussi appliquée à d’autres secteurs souhaitant s’implanter en suivant les principes de ce développement. / The global consumption of carbon-fiber reinforced plastic (CFRP) is constantly growing since the last decade, leading to the need to create a recycling sector able to manage the amount of carbon fibers currently consumed and representing the amount of waste to be treated in the future. This thesis focus on the creation of a methodology for evaluating the sustainability potential for the implementation of a carbon fiber reinforced plastics recycling (CFRP) sector. CFRP coming from the aeronautics sector as well as other sectors such as the automobile and wind-energy industries. This methodology aims at identifying the most relevant indicators and associated methods, but also aims at the creation and adaptation of indicators to best assess the environmental and socioeconomic impacts of this recycling sector. The final result of this work, is the creation of a sustainability assessment methodology dedicated to the carbon fiber recycling sector, considering the different sustainability pillars. However this methodology also define more widely a tool that helps to identify sustainability performance indicators and that can be applied to other sectors if necessary.

Abstract : The present study addressed the feasibility of reinforced-concrete squat walls totally reinforced with GFRP bars to attain reasonable strength and drift requirements as specified in different codes. Nine large-scale squat walls with aspect ratio (height to length ratio) of 1.33—one reinforced with steel bars (as reference specimen) and eight totally reinforced with GFRP bars—were constructed and tested to failure under quasi-static reversed cyclic lateral loading. The key studied parameters were: (1) use of bidiagonal web reinforcement; (2) use of bidiagonal sliding reinforcement; and (3) web reinforcement configuration (horizontal and/or vertical) and ratio. The reported test results clearly revealed that GFRP-reinforced concrete (RC) squat walls have a satisfactory strength and stable cyclic behavior as well as self-centering ability that assisted in avoiding sliding shear that occurred in the companion steel-reinforced wall following steel yielding. The results are promising regarding using GFRP-reinforced squat walls in areas prone to seismic risk where environmental conditions are adverse to steel reinforcement. Bidiagonal web reinforcement was shown to be more effective than conventional web reinforcement in controlling shear-cracks width. Using bidiagonal sliding reinforcement was demonstrated to be not necessary to prevent sliding shear. The horizontal web reinforcement ratio was found to have a significant effect in enhancing the ultimate strength and deformation capacity as long as the failure is dominant by diagonal tension. Existence of both horizontal and vertical web reinforcement was shown to be essential for cracks recovery. Assessment of the ultimate strengths using the available FRP-reinforced elements code and guidelines (CSA S806-12 and ACI 440.1R-15) was conducted and some recommendations were proposed to attain a reasonable estimation of ultimate strengths. Given their importance in estimating the walls’ later displacement, the effective flexural and shear stiffness of the investigated walls were evaluated. It was found that the cracked shear stiffness could be estimated based on the truss model; while the flexural stiffness can be estimated based on the available expressions in FRP-reinforced elements codes and guidelines. Based on a regression analysis, a simple model that directly correlates the flexural and shear stiffness degradation of the test walls to their top lateral drift was also proposed. / Résumé : La présente étude traite de la faisabilité de voiles courts en béton armé totalement renforcés avec des barres de polymères renforcés de fibres de verre (PRFV), obtenant une résistance et un déplacement latéral raisonnable par rapport aux exigences spécifiées dans divers codes. Neuf voiles à grande échelle ont été construits: un renforcé avec des barres d'acier (comme spécimen de référence) et huit renforcés totalement avec des barres de PRFV. Les voiles ont été testés jusqu’à la rupture sous une charge quasi-statique latérale cyclique inversée. Les voiles ont une hauteur de 2000 mm, une largeur de 1500 mm (élancement 2000 mm/1500 mm = 1,33) et une épaisseur de 200 mm. Les paramètres testés sont : 1) armature bi-diagonale dans l’âme; 2) armature bi-diagonale dans l’encastrement du mur à la fondation (zone de glissement); 3) configuration d’armature verticale et horizontale réparties dans l’âme et taux d’armature. Les résultats des essais ont clairement montré que les voiles courts en béton armé de PRFV ont une résistance satisfaisante et un comportement cyclique stable ainsi qu'une capacité d'auto-centrage qui ont aidé à éviter la rupture par glissement à l’encastrement (sliding shear). Ce mode de rupture (sliding shear) s’est produit pour le voile de référence armé d’acier après la plastification de l’armature. Les résultats sont prometteurs concernant l'utilisation de voiles en béton armé de PRFV dans les régions sismiques dans lesquelles les conditions environnementales sont défavorables à l’armature d’acier (corrosion). L’armature bi-diagonale en PRFV dans l’âme s’est avérée plus efficace pour le contrôle des largeurs de fissures de cisaillement comparativement à l’armature répartie dans l’âme. L'utilisation d'un renforcement de cisaillement bi-diagonal a été démontrée comme n'étant pas nécessaire dans les voiles courts en béton armé de PRFV pour prévenir la rupture par glissement à l’encastrement (shear sliding). Par ailleurs, les résultats d’essais ont montré que le taux d’armature horizontale répartie dans l’âme a un effet significatif sur l’augmentation de la résistance et la capacité en déformation des voiles dont la rupture par effort tranchant se fait par des fissures diagonales (tension failure). L'existence d’armature verticale et horizontale répartie dans l’âme du voile en béton armé de PRFV s'est révélée essentielle pour l’ouverture et la fermeture des fissures au cours des chargements cycliques. Les normes calcul CSA S806-12 et ACI 440.1R-15 ont été utilisées pour évaluer la résistance au cisaillement des voiles courts en béton armé de PRFV. Certaines recommandations ont été proposées pour obtenir une estimation raisonnable des forces ultimes. Compte tenu de leur importance dans l'estimation du déplacement latérale des voiles, la rigidité effective en flexion et en cisaillement des voiles étudiés a été évaluée. On a constaté que la raideur de cisaillement du béton fissuré pourrait être estimée en utilisant le modèle de treillis. La rigidité à la flexion peut être, quant à elle, estimée en fonction des expressions disponibles dans les normes et les guides de conception de membrures en béton armé avec des barres en PRFV. Sur la base d'une analyse de régression, un modèle simple qui corrèle directement la dégradation de la rigidité en flexion et en cisaillement des voiles courts en béton armé de PRFV testés avec le déplacement latérale dans la partie supérieure des voiles a également été proposé.