Ce travail porte sur les phénomènes de dispersions du comportement de structures vibrantes et son but est de présenter une alternative aux approches classiques utilisées en analyse de sensibilité. Une méthode est proposée afin de fournir un outil qui permet de savoir quelle partie d' une structure vibrante produit les plus fortes dispersions. Cette approche pourrait permettre, lors d'une phase de projet, de modifier les formes induisant de fortes sensibilités, ou bien de s'assurer que lors du processus de fabrication une attention particulière sera portée sur ces zones. C'est dans cet esprit que le travail présenté ici propose dans un premier temps une mise en évidence du phénomène d'hypersensibilité sur des structures simples, qui sont d'abord des poutres et des plaques couplées semi-infinies puis finies. L' analyse et la caractérisation des phénomènes sont proposées avant l' établissement d' une méthode de localisation des principales sources d'incertitudes d'une structure donnée. Cette méthode est basée sur le concept de fonctionnelle d' écart utilisé en recalage calculs/essais, elle est purement numérique, et sera présentée sur un exemple analytique, avant d'être intégrée à un code de calculs par éléments finis. L'exploitation sur des structures industrielles conduit à la validation expérimentale des résultats.

Les structures en béton armé sont amenées à répondre à différentes exigences pouvant dépasser la simple résistance mécanique. Pendant le processus de fissuration, les contraintes dans le béton armé sont progressivement redistribuées entre l'acier et le béton via l'interface entre ces deux matériaux. Cette redistribution de contraintes a un impact direct sur l'état de fissuration final et doit donc être prise en compte dans la modélisation. Il existe différents modèles numériques capables de représenter les effets de la liaison acier-béton. Cependant, leur usage est, pour l'instant, incompatible avec les applications concernant les structures de grandes dimensions (difficultés de maillage, coût de calcul...). Dans ce cadre d'application, l'hypothèse de liaison parfaite entre l'acier et le béton (déplacement identique) est donc toujours utilisée. On se propose ici de développer un nouveau modèle éléments finis de liaison acier-béton qui soit à la fois représentatif des phénomènes physiques se produisant à l'interface entre les deux matériaux et compatible avec les contraintes de modélisation des structures de grandes dimensions. Ce travail de thèse se découpe en trois grandes parties : - le développement d'un modèle élément fini de liaison acier-béton adapté aux contraintes de modélisation des structures de grandes dimensions. Ce modèle numérique permet ainsi de tenir compte des interactions mécaniques entre le béton et les armatures d'acier représentées à l'aide d'éléments barres. - la caractérisation du comportement de la liaison acier-béton. Un modèle de loi d'adhérence (évolution de la contrainte d'adhérence en fonction du glissement) basé sur des observations expérimentales (campagne expérimentale de pull-out menée au cours de la thèse et données bibliographiques) est proposé. Il permet en particulier de différencier le cas d'une rupture par arrachement, d'une rupture par éclatement en tenant compte des caractéristiques matériaux et géométriques de la structure. - l'application du modèle proposé à un élément structurel (poutre). Un essai de poutre en flexion quatre points visant à caractériser l'évolution de la fissuration (évolution de l'ouverture de fissure mesurée à l'aide de la technique de corrélation d'images notamment) a ainsi été proposé. Ces résultats ont ensuite été comparés à ceux de simulations numériques tenant compte de la liaison acier-béton d'une part ou de l'hypothèse de liaison parfaite d'autre part. Les deux modélisations donnent une bonne approximation du comportement extérieur de la structure (comportement global et ouvertures de fissure des surfaces extérieures de la poutre). Le modèle de liaison acier-béton apporte cependant une meilleure caractérisation de la phase de fissuration active (apparition des fissures) et modifie plus particulièrement le comportement local de la structure à proximité directe des armatures (limitant le développement de l'endommagement du béton le long des renforts).

Les travaux présentés dans cette thèse sont consacrés à l'enrichissement de la méthode de modélisation par éléments finis de type poutre multifibre. La méthode a fait ses preuves pour le calcul dynamique d'éléments de structures élancés, lorsque les contraintes normales prédominent. Toutefois, lorsque les contraintes de cisaillement sont prépondérantes, l'approximation de la cinématique utilisée par les éléments poutre n'est plus assez précise pour obtenir des résultats satisfaisants. L'objet de ces travaux de thèse est d'améliorer la méthode en créant un nouvel élément permettant de tenir compte du gauchissement des sections transversales dû au cisaillement. Ce développement est réalisé en deux étapes. Les éléments sont enrichis dans un premier temps par les déformations de gauchissement sous sollicitation de torsion. Le modèle de gauchissement est validé dans le domaine linéaire par confrontation aux résultats d'une modélisation numérique 3D. Après implémentation du gauchissement de torsion dans l'élément multifibre, des simulations numériques de poutres en torsion pure sont comparées à des résultats d'essais, permettant de valider le comportement des éléments poutre dans les domaines linéaire et non linéaire. Un modèle d'endommagement est utilisé pour le béton, et le gauchissement est mis à jour au fur et à mesure du calcul en tenant compte de l'évolution des propriétés matériau. L'étape suivante d'enrichissement est alors réalisée, avec l'élaboration d'un modèle de gauchissement complet sous toutes sollicitations de cisaillement, couplé au modèle d'endommagement. Une validation locale du profil de gauchissement élastique sous effort tranchant est effectuée par comparaison à la solution analytique, puis le profil de gauchissement sous sollicitations couplées de torsion et d'effort tranchant est validé par confrontation aux résultats d'une modélisation 3D. Outre la prise en compte du cisaillement par effort tranchant, la principale différence de cet enrichissement avec le modèle précédent est le calcul implicite du profil de gauchissement de la poutre au cours du calcul de structure. Les deux modèles développés sont comparés sur le comportement de poutres en torsion monotone, afin de quantifier l'impact de la méthode de calcul sur la précision des résultats et sur l'efficacité du calcul. Finalement, le modèle complet avec gauchissement est appliqué à la simulation sismique d'une structure. L'ensemble de ces cas-tests montre que l'enrichissement de la méthode par éléments finis multifibres est fonctionnel, avec des perspectives d'amélioration en ce qui concerne l'efficacité numérique notamment, et des perspectives intéressantes d'application. / The present work is dedicated to the numerical modeling of structures using multifiber beam elements. This numerical method was proved to be efficient to simulate the behavior of slender structural elements subject to normal stresses. However, the response of the model for shear-dominating stresses lacks of accuracy. This problem is addressed by introducing warping in the kinematics of multibfiber beam elements. A new multifiber element is developed in two steps. Torsional warping is first introduced in the deformations of an arbitrary-shaped composite cross section. The resulting warping profiles are validated by comparison with the axial displacements obtained by three-dimensional modeling of beams in torsion. After implementation of the warping kinematics in a Timoshenko multifiber beam element, the formulation is validated against the experimental behavior of beams subject to pure torsion. The material is modeled by a 3D damage law, and warping is updated throughout the computations to account for damage evolution. A comparison of torque–twist curves predicted with enhanced and classical beam elements to experimental curves highlights the importance of including warping in the model. The second step consists in formulating an element with additional warping degrees of freedom, accounting for the warping deformations due to both transverse shear and torsion. This element is validated using an analytical model for a beam subject to transverse shear. Then the linear elastic behavior of a beam subject to both shear and torsion is successfully compared to the results of a 3D simulation. The complete formulation is coupled to damage through an implicit soulution procedure for the beam and the warping degrees of freedom. The enhanced method is eventually used to compute the behavior of a full structure subject to a seismic loading.

Ce travail de recherche est dédié à la simulation de la réponse transitoire des assemblages de poutres soumis à des chocs. De tels chargements entraînent la propagation d’ondes haute fréquence dans l’ensemble de la structure. L’énergie qu’elles transportent peut être dommageable pour son fonctionnement ou celui des équipements embarqués. Dans des études précédentes, il a été observé sur des structures expérimentales qu’un régime vibratoire diffusif tend à s’installer pour des temps longs. Le but de cette étude est donc de développer un modèle robuste de la réponse transitoire des assemblages de poutres soumis à des chocs permettant de simuler, entre autres, cet état diffusif. Les champs de déplacement étant très oscillants et la densité modale élevée, la simulation numérique de la réponse transitoire à des chocs peut difficilement être menée par une méthode d’éléments finis classique. Une approche utilisant un estimateur de la densité d’énergie de chaque mode de propagation a donc été mise en œuvre. Elle permet d’accéder à des informations locales sur les états vibratoires, et de contourner certaines limitations intrinsèques aux longueurs d’onde courtes. Après avoir comparé plusieurs modèles de réduction cinématique de poutre à un modèle de Lamb de propagation dans un guide d’ondes circulaire, la cinématique de Timoshenko a été retenue afin de modéliser le comportement mécanique haute fréquence des poutres. En utilisant ce modèle dans le cadre de l’approche énergétique évoquée plus haut, deux groupes de modes de propagation de la densité d’énergie vibratoire dans une poutre ont été isolés : des modes longitudinaux regroupant un mode de compression et des modes de flexion, et des modes transversaux regroupant des modes de cisaillement et un mode de torsion. Il peut être également montré que l’´evolution en temps des densités d’énergie associées obéit à des lois de transport. Pour des assemblages de poutres, les phénomènes de réflexion/transmission aux jonctions ont du être pris en compte. Les opérateurs permettant de les décrire en termes de flux d’´energie ont été obtenus grâce aux équations de continuité des déplacements et des efforts aux jonctions. Quelques caractéristiques typiques d’un régime haute fréquence ont été mises en évidence, tel que le découplage entre les modes de rotation et les modes de translation. En revanche, les champs de densité d’énergie sont quant à eux discontinus aux jonctions. Une méthode d’éléments finis discontinus a donc été développée afin de les simuler numériquement comme solutions d’´equations de transport. Si l’on souhaite atteindre le régime diffusif aux temps longs, le schéma numérique doit être peu dissipatif et peu dispersif. La discrétisation spatiale a été faite avec des fonctions d’approximation de type spectrales, et l’intégration temporelle avec des schémas de Runge-Kutta d’ordre élevé du type ”strong stability preserving”. Les simulations numériques ont donné des résultats concluants car elles permettent d’exhiber le régime de diffusion. Il a été remarqué qu’il existait en fait deux limites diffusives différentes : (i) la diffusion spatiale de l’´energie sur l’ensemble de la structure, et (ii) l’équirépartition des densités d’énergie entre les différents modes de propagation. Enfin, une technique de renversement temporel a été développée. Elle pourra être utile dans de futurs travaux sur le contrôle non destructif des assemblages complexes et de grandes tailles. / This research is dedicated to the simulation of the transient response of beam trusses under impulse loads. The latter lead to the propagation of high-frequency waves in such built up structures. In the aerospace industry, that phenomenon may penalize the functioning of the structures or the equipments attached to them on account of the vibrational energy carried by the waves. It is also observed experimentally that high-frequency wave propagation evolves into a diffusive vibrational state at late times. The goal of this study is then to develop a robust model of high-frequency wave propagation within three-dimensional beam trusses in order to be able to recover, for example, this diffusion regime. On account of the small wavelengths and the high modal density, the modelling of high-frequency wave propagation is hardly feasible by classical finite elements or other methods describing the displacement fields directly. Thus, an approach dealing with the evolution of an estimator of the energy density of each propagating mode in a Timoshenko beam has been used. It provides information on the local behavior of the structures while avoiding some limitations related to the small wavelengths of high-frequency waves. After a comparison between some reduced-order beam kinematics and the Lamb model of wave propagation in a circular waveguide, the Timoshenko kinematics has been selected for the mechanical modelling of the beams. It may be shown that the energy densities of the propagating modes in a Timoshenko beam obey transport equations. Two groups of energy modes have been isolated: the longitudinal group that gathers the compressional and the bending energetic modes, and the transverse group that gathers the shear and torsional energetic modes. The reflection/transmission phenomena taking place at the junctions between beams have also been investigated. For this purpose, the power flow reflection/transmission operators have been derived from the continuity of the displacements and efforts at the junctions. Some characteristic features of a high-frequency behavior at beam junctions have been highlighted such as the decoupling between the rotational and translational motions. It is also observed that the energy densities are discontinuous at the junctions on account of the power flow reflection/transmission phenomena. Thus a discontinuous finite element method has been implemented, in order to solve the transport equations they satisfy. The numerical scheme has to be weakly dissipative and dispersive in order to exhibit the aforementioned diffusive regime arising at late times. That is the reason why spectral-like approximation functions for spatial discretization, and strong-stability preserving Runge-Kutta schemes for time integration have been used. Numerical simulations give satisfactory results because they indeed highlight the outbreak of such a diffusion state. The latter is characterized by the following: (i) the spatial spread of the energy over the truss, and (ii) the equipartition of the energy between the different modes. The last part of the thesis has been devoted to the development of a time reversal processing, that could be useful for future works on structural health monitoring of complex, multi-bay trusses.

The inverted-T bridge system is a rapid bridge construction technique that consists of precast inverted-T girders placed adjacent to one another and covered with a cast-in-place deck. This system was first implemented in the U.S. by the Minnesota Department of Transportation (Mn/DOT). This research focuses on improving the constructability of the Mn/DOT system while maintaining the system's structural performance characteristics. To accomplish this goal, five sub-assemblage specimens were cast and tested in the structures laboratory at Virginia Tech. These tests focused on identifying an improved precast girder geometry and transverse sub-assemblage connection for this system. From this study it was found that all of the proposed specimens behaved adequately at service load and strength. From these results, it is recommended to further evaluate a specimen with a tapered profile and no physical connection between precast girders for use in a Virginia Department of Transportation bridge near Richmond, VA. / Master of Science

The inverted T-beam bridge system is a bridge construction technique that follows accelerated bridge construction processes. The system was discovered in France and first adopted in the U.S. by the Minnesota Department of Transportation. In 2012 the system was modified and adopted by Virginia, with research being carried out at Virginia Polytechnic Institute and State University (Virginia Tech). The research focused on multiple items involving the system, but the most relevant one is that regarding the transverse bending behavior of the system for different geometries, and joint types between adjacent precast beam members. The study found that using a joint system without any mechanical connection between adjacent beams was most efficient, and gave adequate performance under monotonic loading. The study recommended cyclic load testing be carried out on this joint type, as well as a welded joint similar to those found in decked bulb-T systems. The research contained herein presents the setup and results of this testing. From the work it was found that the no-connection joint behaves adequately under cyclic loading at service loads, however surface roughening between precast and cast-in-place concrete must be adequate. The welded connection behaves well, granted the surfaces to be welded are properly prepared. From these results it is recommended to evaluate different surface roughening techniques, and repeat the cyclic testing using the best. The surface roughening technique chosen should be used to provide guidance on this aspect of construction with inverted T-beams. / Master of Science

Dans la première partie de la thèse, les schémas d’intégration conservatifs sont appliqués aux poutres co-rotationnelles 2D. Les cinématiques d'Euler-Bernoulli et de Timoshenko sont abordées. Ces formulations produisent des expressions de l'énergie interne et l'énergie cinétique complexe et fortement non-linéaires. L’idée centrale de l’algorithme consiste à définir, par intégration, le champ des déformations en fin de pas à partir du champ de vitesses de déformations et non à partir du champ des déplacements au travers de la relation déplacement-déformation. La même technique est appliquée aux termes d’inerties. Ensuite, une poutre co-rotationnelle plane avec rotules généralisées élasto-(visco)-plastiques aux extrémités est développée et comparée au modèle fibre avec le même comportement pour des problèmes d'impact. Des exemples numériques montrent que les effets de la vitesse de déformation influencent sensiblement la réponse de la structure. Dans la seconde partie de cette thèse, une théorie de poutre spatiale d’Euler-Bernoulli géométriquement exacte est développée. Le principal défi dans la construction d’une telle théorie réside dans le fait qu’il n’existe aucun moyen naturel de définir un trièdre orthonormé dans la configuration déformée. Une nouvelle méthodologie permettant de définir ce trièdre et par conséquent de développer une théorie de poutre spatiale en incorporant l'hypothèse d'Euler- Bernoulli est fournie. Cette approche utilise le processus d'orthogonalisation de Gram-Schmidt couplé avec un paramètre rotation qui complète la description cinématique et décrit la rotation associée à la torsion. Ce processus permet de surmonter le caractère non-unique de la procédure de Gram-Schmidt. La formulation est étendue au cas dynamique et un schéma intégration temporelle conservant l'énergie est également développé. De nombreux exemples démontrent l’efficacité de cette formulation. / In the first part of the thesis, energymomentum conserving algorithms are designed for planar co-rotational beams. Both Euler-Bernoulli and Timoshenko kinematics are addressed. These formulations provide us with highly complex nonlinear expressions for the internal energy as well as for the kinetic energy which involve second derivatives of the displacement field. The main idea of the algorithm is to circumvent the complexities of the geometric non-linearities by resorting to strain velocities to provide, by means of integration, the expressions for the strain measures themselves. Similarly, the same strategy is applied to the highly nonlinear inertia terms. Next, 2D elasto-(visco)-plastic fiber co-rotational beams element and a planar co-rotational beam with generalized elasto-(visco)-plastic hinges at beam ends have been developed and compared against each other for impact problems. In the second part of this thesis, a geometrically exact 3D Euler-Bernoulli beam theory is developed.The main challenge in defining a three-dimensional Euler-Bernoulli beam theory lies in the fact that there is no natural way of defining a base system at the deformed configuration. A novel methodology to do so leading to the development of a spatial rod formulation which incorporates the Euler-Bernoulli assumption is provided. The approach makes use of Gram-Schmidt orthogonalisation process coupled to a one-parametric rotation to complete the description of the torsional cross sectional rotation and overcomes the non-uniqueness of the Gram-Schmidt procedure. Furthermore, the formulation is extended to the dynamical case and a stable, energy conserving time-stepping algorithm is developed as well. Many examples confirm the power of the formulation and the integration method presented.

L'objectif de ce travail est de mettre au point des méthodes pour détecter, localiser, quantifier et suivre l'évolution de l'endommagement dans les câbles courts, tels que les suspentes des ponts suspendus, à partir de leurs réponses vibratoires. Afin de modéliser ces câbles, un modèle linéaire 1D de poutre d'Euler Bernoulli avec tension est utilisé. Ce modèle permet de modéliser une large gamme de structures, allant de la corde vibrante à la poutre sans tension. Pour le câble, l'endommagement est introduit dans l'équation vibratoire par des modifications locales de la masse linéique et de la rigidité en flexion et par un changement global de la tension. De plus, pour introduire une "fissure" dans l'équation vibratoire d'une poutre, la modification de la rigidité peut être remplacée par un ressort de rotation au niveau de la fissure. Pour ces deux modèles d'introduction d'endommagements, une estimation analytique au premier ordre des variations des paramètres modaux en fonction des modifications est établie. Grâce aux estimations analytiques obtenues pour la variation relative des fréquences en fonctions des modifications physiques, nous développons des techniques de localisation pour deux cas d'étude : deux essais seuls correspondants à deux états (sain et endommagé) et une série d'essais (plusieurs essais de l'état sain à l'état endommagé). Pour ce second cas, une autre méthode de détection et de localisation utilisant cette fois la SVD est proposée. Les méthodes proposées sont testées sur des données numériques et sur des données expérimentales existant dans la littérature ou effectuées pendant la thèse / The objective of this work is to develop methods to detect, localize, quantify and follow the evolution of the damage in short cables, such as suspenders of the suspension bridges, using their vibratory responses. To simulate these cables, a 1D Euler Bernoulli beam linear model with tension is used. This model allows to study a wide range of structures from the vibrating string to the beam without tension. For cables, damage is introduced into the vibratory equation by local changes of the linear density and the bending stiffness and a global change in the tension. To introduce a crack in the vibrating beam equation, the change in the rigidity may be replaced by a pinned joint at the location ofthe crack. For both these models, a first order analytical estimation of the variation of modal parameters due to theses changes is established. Using these analytical estimations of the relative frequency variations in functions of the physical changes, we develop methods of localization for two cases : only two tests corresponding to two states (healthy and damaged) and a series of tests (several tests on the healthy state and several tests on the damaged state). For the second case, we propose another method of detection and localization which uses the SVD tool . These methods are tested on numerical data and experimental data from literature or from tests performed during the phD.

La réduction de la vulnérabilité sismique des structures existantes est un enjeu majeur. Le renforcement d'éléments par Tissus de Fibres de Carbone (TFC) offre une réponse intéressante à cette problématique. Ces travaux proposent une stratégie simplifiée de modélisation non linéaire permettant de prédire le comportement d'une structure en béton armé renforcée par TFC. Celle-ci est fondée sur l'utilisation d'éléments finis poutres multifibres ainsi que de modèles d'endommagement et de plasticité. Le confortement d'éléments en flexion et le confinement des poteaux sont étudiés. Plus spécifiquement une loi constitutive cyclique pour béton confiné est proposée. Cette loi est fondée sur deux modèles, le premier basé sur la théorie de l'endommagement et le second sur une série d'études expérimentales. Cette approche est validée à travers deux cas d'études : une pile de pont renforcée et une analyse de vulnérabilité d'un ouvrage sous sollicitations statiques (poussée progressive) et dynamiques.

Les structures de type gridshell élastique permettent de réaliser des enveloppes courbes par la déformation réversible d’une grille structurelle régulière initialement plane. Cette capacité à “former la forme” de façon efficiente prend tout son sens dans le contexte actuel où, d’une part la forme s’impose comme une composante prédominante de l’architecture moderne, et d’autre partl’enveloppe s’affirme comme le lieu névralgique de la performance des bâtiments. Fruit des recherches de l’architecte et ingénieur allemand Frei Otto dans les années 1960, elles ont été rendues populaires par la construction de la Multihalle de Mannheim en 1975. Cependant, en dépit de leur potentiel, très peu de projets de ce type ont vu le jour suite à cette réalisation emblématique qui en a pourtant démontré la faisabilité à grande échelle. Et pour cause, les moyens engagés à l’époque ne sauraient assurer la reproductibilité de cette expérience dans un contexte plus classique de projet, notamment sur le plan économique. Par ailleurs, les techniques et les méthodes développées alors sont pour la plus part tombées en désuétude ou reposent sur des disciplines scientifiques qui ont considérablement évoluées. Des matériaux nouveaux, composites, ont vu le jour. Ils repoussent les limitations intrinsèques des matériaux usuels tel que le bois et offrent des performances techniques bien plus intéressantes pour ce type d’application. Enfin, notons que le cadre réglementaire a lui aussi profondément muté, apportant une certaine rigidité vis-à-vis de la pénétration des innovations. Ainsi la conception des gridshells se pose-t-elle en des termes nouveaux aux architectes et ingénieurs actuels et se heurte à l’inadéquation des outils et méthodes existant. Dans cette thèse, qui marque une étape importante dans une aventure de recherche personnelle initiée en 2010, nous tentons d’embrasser la question de la conception des gridshells élastiques dans toute sa complexité, en abordant aussi bien les aspects théoriques que techniques et constructifs. Dans une première partie, nous livrons une revue approfondie de cette thématique et nous présentons de façon détaillée l’une de nos principales réalisation, la cathédrale éphémère de Créteil, construite en 2013 et toujours en service. Dans une seconde partie, nous développons un élément de poutre discret original avec un nombre minimal de degrés de liberté adapté à la modélisation de la flexion et de la torsion dans les gridshells constitués de poutres de section anisotrope. Enrichi d’un noeud fantôme, il permet de modéliser plus finement les phénomènes physiques au niveau des connexions et des appuis. Son implémentation numérique est présentée et validée sur quelques cas tests. Bien que cet élément ait été développé spécifiquement pour l’étude des gridshells élastiques, il pourra avantageusement être utilisé dans tout type de problème où la nécessité d’un calcul interactif avec des tiges élastiques prenant en compte les couplages flexion-torsion s’avère nécessaire / An elastic gridshell is a freeform structure, generally doubly curved, but formed out through the reversible deformation of a regular an initially flat structural grid. Building curved shapes that way seems to offer the best of both worlds : shell structures are amongst the most performant mechanically speaking while planar and orthogonal constructions are much more efficient and economic to produce than curved ones. This ability to “form a form” efficiently is of peculiar importance in the current context where morphology is a predominant component of modern architecture, and envelopes appear to be the neuralgic point for building performances. The concept was invented by Frei Otto, a German architect and structural engineer who devoted many years of research to gridshells. In 1975 he designed the Multihalle of Mannheim, a 7500 m2 wooden shell which demonstrated the feasibility of this technology and made it famous to a wide audience. However, despite their potential, very few projects of this kind were built after this major realization. And for good reason, the ressources committed at that time cannot guarantee the replicability of this experiment for more standard projects, especially on the economic level. Moreover, the technics and methods developed by Otto’s team in the 1960s have mostly fall into disuse or are based on disciplines that have considerably evolved. New materials, such as composite materials, have recently emerged. They go beyond the limitations of conventional materials such as timber and offer at all levels much better technical performances for this kind of application. Finally, it should be noted that the regulatory framework has also deeply changed, bringing a certain rigidity to the penetration of innovations in the building industry. Therefore, the design of gridshells arises in new terms for current architects and engineers and comes up against the inadequacy of existing tools and methods. In this thesis, which marks an important step in a personal research adventure initiated in 2010, we try to embrace the issue of the design of elastic gridshells in all its complexity, addressing both theoretical, technical and constructive aspects. In a first part, we deliver a thorough review of this topic and we present in detail one of our main achievements, the ephemeral cathedral of Créteil, built in 2013 and still in service. In a second part, we develop an original discrete beam element with a minimal number of degrees of freedom adapted to the modeling of bending and torsion inside gridshell members with anisotropic cross-section. Enriched with a ghost node, it allows to model more accurately physical phenomena that occur at connections or at supports. Its numerical implementation is presented and validated through several test cases. Although this element has been developed specifically for the study of elastic gridshells, it can advantageously be used in any type of problem where the need for an interactive computation with elastic rods taking into account flexion-torsion couplings is required