Le Sénégal, pays aride, connait un effet de sécheresse croissant. Le pays est confronté à un problème d’ensablement, de perte de fertilité et de compaction des sols. Des plants d’A. senegal et de P. juliflora en association ou non avec les microorganismes sont étudiés pour savoir en quoi ces espèces peuvent contribuer à la fixation des dunes mouvants et à l’amélioration de la productivité des terres. Des plants inoculés aux champignons mycorhiziens et au Rhizobium sont plantés à Sangalkam, Bandia et Bambey pour être récoltés un an après et analysés. Une autre expérience montée en serre a consisté à faire pousser les mêmes espèces sur le même type de sol à différents niveaux de compaction avec un tiers du lot occupé par les plants inoculés. Les résultats ont montré que le taux de mycorhisation atteint son pic sur sols pauvres en phosphore. L’inoculation a augmenté la production de biomasse tout en réduisant la taille des vaisseaux du bois racinaire. Elle augmente aussi le % de cellulose en fonction du diamètre racinaire et de l’âge. % qui augmente avec la résistance à la traction de la racine, source de meilleur ancrage et de résistance à l’arrachement. Une augmentation du niveau de compaction du sol diminue significativement le taux de mycorhisation et le nombre de nodule des racines. Elle favorise les racines fines au détriment des grosses racines. Ceci affecte positivement l’architecture racinaire au profit d’un meilleur ancrage. Le P. juliflora est mieux pour la lutte contre l’érosion éolienne l’ensablement et la perte de fertilité dans la zone des Niayes. L’A. senegal peut contribuer à l’amélioration de la fertilité tout en adaptant son système racinaire face à la compaction du sol. / An increasing drought effect is known in Senegal, arid country who is confronted to a silting problem, a decline in overall land fertility and soils compaction. Seedling of A. senegal and P. juliflora in association or no with microorganism are studied to know some what these species can contribute to the moving dune fixing and improvement land productivity. Seedling inoculated to mycorrhizas and Rhizobium are planted in Sangalkam, Bandia and Bambey and are harvested one year after for analyzed. Another experience in greenhouse consisted to grow up the same species on the same type of soil with different levels of compaction and a share occupied by inoculated seedlings. Results showed that the rate of mycorhisation reached his peak on soils poor in phosphorus. The inoculation increased the production of biomass while reducing the size of root wood vessels. She also increases it % of cellulose according to root diameter and age. % that increases with the root tensile strength, spring of better anchorage and resistance of extortion. An increase of soil compaction level decreases, meaningfully, the rate of mycorhisation and the number of root nodule. She favored the fine roots to detriment of thick roots. She affects positively root’s morphology in aid of better anchorage. P. juliflora is better for the struggle against the wind erosion the silting and loss of fertility in the Niayes area. A. senegal can contribute to the improvement of fertility while adapting its root system facing soil compaction.

Ce travail de thèse consiste à caractériser l’endommagement subi par une mèche de carbone au cours des procédés de transformation textile, et plus particulièrement au cours du tissage des préformes pour les matériaux composites. Un protocole de caractérisation mécanique sur mèche sèche, ainsi qu’une méthode non-destructive d’analyse d’images, ont été mis au point pour quantifier cet endommagement. / This aim of this work is to characterize the damage suffered by a carbon tow in textile processing methods, and more particularly during preforms weaving for composites materials. A mechanical characterization protocol on dry tow tensile test and a non-destructive method of image analysis, have been developed to quantify this damage.

Comprendre et pouvoir prédire l’effet combiné du temps et des conditions ambiantes sur le comportement mécanique du bois et de ses assemblages est un sujet récurrent pour l’ingénierie de construction. Cette étude tend à établir l’influence du taux de chargement à la résistance du bois à l’enfoncement de boulon dans différentes conditions de service. La partie expérimentale du projet consiste à mesurer la résistance à l’enfoncement de boulon parallèle au fil du bois. Les attaches des éprouvettes de pin gris (Pinus banksiana) de 31×89×660 mm sont assemblées à l’aide d’un boulon de 12,5 mm de diamètre et de deux plaques de jonction en acier de 6 mm d’épaisseur à chaque extrémité. Chaque assemblage est réalisé après conditionnement du bois selon trois régimes : 1) l’état humide supérieur à 24%, 2) l’état sec à environ 12%, et 3) l’état très sec proche de 8%. Pour chacune des trois conditions d’humidité, sept taux de chargement descendant de 115 KN/min à 0,1N/min en intervalles logarithmiques sont appliqués jusqu'à rupture. Dans chaque série de tests, six éprouvettes sont incluses. Une distribution de la densité du bois et de ses défauts est établie dans chaque série de tests pour que l’étude soit représentative face à ce matériau hétérogène et variable. La rigidité élastique, la limite d’élasticité, le seuil de plasticité, la résistance maximale ainsi que la densité et la teneur en humidité sont mesurés pour chaque zone de test. Une comparaison des données de test avec les équations empiriques de durée de chargement est présentée dans cette étude. Pour 12% de teneur en humidité, la résistance à l’enfoncement montre le même comportement face à la durée de chargement que celui en flexion ou en compression. La perte de résistance à l’enfoncement est analysée et corrélée aux valeurs de résistance ainsi qu’aux coefficients d’ajustement des normes de calcul européenne, canadienne, et américaine. Les pondérations des normes nord-américaines semblent correspondre aux résultats de ce projet en se basant sur un temps de référence à rupture de 10 minutes. / Understanding and predicting the effect of load duration and ambient conditions on mechanical behavior of wood is an important subject in wood engineering. The aim of the study is to establish the influence of the rate of loading on the embedding strength of wood in various service conditions. The experimental part of the project consists of measuring the embedding strength of wood parallel to grain. Jack pine specimens (Pinus banksiana) of 31×89×660 mm are assembled using one bolt of 12.5-mm in diameter and two 6-mm thick steel side plates at each end. Specimens are assembled after conditioning to one of the following equilibrium moisture contents (MC): 1) green, at least 24 % MC, 2) air-dry, about 12 % MC, and 3) very dry, about 8% MC. Seven rates of loading, varying between 115 KN/min and 0.1N/min, are applied to the specimens in each moisture condition. Given the heterogeneity of the material, the test pieces are matched using visual grading and density distribution to attribute similar wood quality to each test series. Elastic stiffness, proportional limit, yield point, the maximum resistance, MC and specific gravity are determined for each embedding zone after the test. A comparison between test values and empirical equations for duration of load is presented in this study. At 12% MC, embedding strength shows an equal behavior for duration of load, similar to bending and compression. The loss of the dowel embedding strength is analyzed and correlated to the strength values and the adjustment factors of the Canadian, European and American wood design codes. Predictions of the North-American codes appear to fit the results of this research based on 10-min reference test duration.

La conception d'assemblages demeure une étape cruciale durant la conception de structures en bois et peut mobiliser jusqu'à 70% du temps d'ingénierie. Les assemblages doivent a cher une résistance et rigidité adéquate en plus d'offrir une capacité de déplacement a n de compenser le comportement fragile du bois à la rupture. Pour l'industrie, ces critères de conception doivent accompagner d'autres critères clés comme le niveau de préfabrication, le coût ainsi que la facilité de fabrication et d'installation. Parmi les alternatives innovantes, les assemblages avec tiges collées (ATC) procurent une grande rigidité et résistance aux structures de bois, mais offrent également une solution esthétique en cachant les tiges à l'intérieur du bois. Malgré ces avantages, l'utilisation des ATC demeure très limitée en Amérique du Nord vu le manque de règles de calcul et de fabrication. La majorité des essais sur le sujet ont été réalisées avec des assemblages ne comportant qu'une seule tige collée a n d'évaluer l'impact des différents paramètres d'assemblage sur sa résistance. Toutefois, l'utilisation d'assemblages avec une seule tige n'est pas pratique courante pour des raisons de stabilité et de résistance. Cela dit, les ingénieurs concepteurs requièrent des instructions claires sur la conception des ATC. À ce jour, il existe un nombre restreint d'équations qui tiennent compte d'un facteur d'ajustement pour les ATC multi-tiges. La résistance des ATC peut être gouvernée par différents modes de défaillance. Dans le but de compenser la distribution non uniforme de la force à travers les tiges et d'atteindre la plastification des tiges (ductilité), les ATC doivent être conçus pour plastifier avant la rupture du bois ou de l'adhésif étant un mode de défaillance fragile. Basé sur la conception aux états limites, il est probabilistiquement acceptable de considérer la rupture ductile des tiges lorsque la résistance par arrachement au 5e percentile est supérieure à la résistance des tiges au 95e percentile. Toutefois, cette affirmation ne peut qu'être exacte que si le fendage du bois est évité. Le projet de recherche porte sur l'étude de l'e et de groupe d'assemblages avec tiges collées comportant 4, 6, 8 et 10 tiges. Les tests quasi-statiques sont effectués sur des spécimens constitués de bois lamellé-collé 20F-EX, de tiges filetées 5/8 po. (15.9mm) ASTM A307 et d'un adhésif structural de type polyuréthane à deux composantes. Les paramètres d'assemblage ont ii été choisis spécifiquement pour assurer la rupture ductile des assemblages avec une longueur d'ancrage de 400mm, tout en assurant une compatibilité de la rigidité des tiges et du bois (Aw · Ew = As · Es). Sept spécimens par série ont été testés. A n d'évaluer un potentiel e et de groupe ductile, les tiges non collées ont également été mises à l'essai. Il a été constaté que la somme des résistances individuelles des tiges a égalé la résistance des spécimens. En d'autres termes, aucun e et de groupe ductile n'a été observé lorsque la rupture ductile gouverne la rupture des assemblages. Par contre, cette affirmation devient invalide lorsqu'une rupture fragile du bois (arrachement, fendage ou rupture de groupe) survient. Au total, la résistance de 29 des 35 tests expérimentaux a été gouvernée par la plastification et la rupture des tiges filetées a chant un déplacement à la rupture de 3 à 7 mm. Vu la faible capacité à se déformer, la plastification des tiges doit être considérée plus importante pour la prédictibilité du comportement de l'assemblage que pour l'obtention d'un certain niveau de ductilité. Lorsqu'une rupture fragile ne peut être écartée, certaines mesures doivent être prises a n de minimiser la distribution non uniforme de la force à travers les tiges d'un ATC et limiter l'e et de groupe. Par sa grande rigidité, les ATC peuvent rompre fragilement ou atteindre la limite élastique des tiges à l'intérieur du premier millimètre de déplacement. Ceci implique un haut niveau de précision en ce qui a trait à la conception, à la fabrication et à l'installation de l'assemblage. Les résultats de l'étude ont montré qu'un torque controllé de 75 N-mm (55 lbf-ft) combiné à une composante métallique de transfert plus rigide ont augmenté la rigidité effective des assemblages de 207%. Premièrement, la rigidité du système de transfert de la charge vers les ATC jouent inévitablement un rôle important dans la distribution de la force à travers les tiges. Deuxièmement, les écrous des tiges filetées doivent être serrés selon un niveau de serrage minimal permettant de fermer les jeux d'assemblage initiaux et d'engager simultanément toutes les tiges d'un ATC. De plus, l'utilisation de contre-écrous est fortement recommandée a n de générer une force de serrage au lieu d'induire une précharge à la portion collée lors de l'installation. La résistance ultime des tiges filetées ASTM A307 a varié de 410 MPa (60 ksi) jusqu'à 640 MPa (93 ksi) soit 50% au-delà de l'exigence minimale. La surrésistance imprévisible peut directement nuire à la capacité du joint à plastifier et donc, absorber la distribution non uniforme de la force à travers les tiges. Par conséquent, il est recommandé d'utiliser une nuance d'acier telle que ASTM F1554 (Classe 36) qui est soudable, tous les deux économiques, possède une résistance minimale semblable (400 MPa / 58 ksi), mais également une résistance ultime maximale (558 MPa / 80 ksi). / The design of connections remains a crucial aspect in the development of timber structures and can represent up to 70% of the design e ort in timber engineering. Connections must provide su cient strength and sti ness, but also su cient ductility and displacement capacity to compensate for the natural brittleness of wood. For the industry, these fundamental criteria must go along with other key criteria like a high degree of prefabrication, cost e ectiveness, aesthetics and ease of installation and manufacturing. Among alternatives to traditional fastening methods, assemblies with glued-in rods provide high sti ness and strength to timber structures and o er aesthetic solutions by hiding the rods inside the timber. Despite these advantages, the use of glued-in rods in North America is still very limited. Most of the previous studies on the subject have been focused on assemblies with single glued-in rods to measure the impact of the various parameters on the performance of the joints. However, using single rods is not common in practice, and the engineers need relevant guidance for the design of assemblies with multiple glued-in rods. To date, a very few design equations include an adjustment factor to account for the group e ect. The resistance of assemblies with multiple glued-in rods can be governed by di erent failure modes. In order to compensate for the uneven force distribution among the rods and to achieve plastic behaviour of the connections, i.e., ductility, the rods must be designed to yield before withdrawal from the wood. To this end, based on the limit states design philosophy, it is probabilistically acceptable to consider a ductile failure when the 5th percentile (characteristic) strength of the bondline is greater than the 95th percentile strength of the steel rod. This project is focused on the investigation of the group e ect on the short-term behaviour of connections with multiple threaded steel rods glued-in parallel to grain of glulam timber and loaded in tension. An experimental study has been conducted on joints with 4, 6, 8 and 10 threaded rods made of mild steel ASTM A307 with a diameter of 15.9 mm (5/8 in.) and a bonded length of 400 mm using a two-component polyurethane adhesive. The joints have been designed with the intent to yield the rods while optimizing the cross-sections to achieve an equal tensile sti ness of the timber elements and the steel rods: AwEw = AsEs. Seven specimens of each joint con guration have been tested in tension by static loading until failure. The tensile strength of individual rods has been determined by testing as well. It iv has been found that the resistance of the joints equaled the sum of the tensile resistance of individual rods. In other words, no group e ect has been observed within this type of failure when the resistance is exclusively governed by the resistance of the rods. However, this statement becomes invalid when brittle failures (splitting) of timber occurs. To minimize the risk of splitting, transverse reinforcement using self-tapping screws was applied in one test series. When brittle failure cannot be avoided, provisions should be made to minimize the non-uniform force distribution among the rods and thus minimize the group e ect. Due to the high sti ness of the connections, the glued-in rod assemblies can fail in a brittle manner or reach the elastic limit within the rst millimeter of displacement. This implies a high level of precision with regards to the design, production and installation of the assemblies. In total, the resistance of 29 out of 35 specimens has been governed according to yield of threaded rods displaying a displacement of 3 to 7 mm. Because of the low displacement capacity of the connection, yielding of the glued-in rods connections should be considered even more important with regards to the behaviour of connections for providing ductility. First, the sti ness of the load-transferring xture plays an important role in the force distribution among the rods. Second, the nuts must be tightened at a minimal controlled torque in order to close initial gaps and engage simultaneously the glued-in rods. Furthermore, counternuts are highly recommended to generate clamping force rather than pre-stressing the bonded inner part while tightening the rods. The test results showed that using a sti load-transferring xture and a controlled torque of 75 N-mm (55 lbf-ft) led to an increase of the e ective sti - ness by 207% compared to specimens tested with a exible load-transferring xture and with nger-tightened nuts. The tensile strength of the threaded mild steel A307 rods varied signi cantly between the minimum required 410 MPa (60 ksi) up to 640 MPa (93 ksi), i.e., over 50% higher than the minimum requirement. The unpredictable over-strength can directly a ect the capacity of the joint to yield, i.e., to absorb the uneven force distribution among the rods. Thus, it is recommended to use a more reliable steel grade, such as ASTM F1554 (Grade 36), which is weldable, has a similar minimum tensile requirement (400 MPa / 58 ksi), but also has a maximum tensile strength requirement (558 MPa / 80 ksi).

Il a été démontré que l'installation d'ancrages époxydiques à l'aide de barres d'armatures en acier constitue une méthode efficace de renforcement à l'effort tranchant de dalles épaisses en béton armé. Toutefois, le développement d'une méthode de conception pour ce type de renforcement est actuellement laborieux, puisque très peu de projets de recherche ont étudié l'évolution de d'adhérence de ces ancrages époxydiques lors de l'application d'une charge de traction. Par ailleurs, cette méthode de renforcement a été étudiée, puis testée sur des éléments de béton sain, c'est-à-dire sans endommagement pathologique, ce qui entraine un certain questionnement sur la performance de l'adhérence des ancrages époxydiques de barre d'armature ancrés dans un béton endommagé. Le présent projet de recherche étudie donc, dans un premier temps, la résistance à l'adhérence et le comportement de l'ancrage lors d'un chargement uniaxial en traction des ancrages époxydiques de barre d'armature ainsi que l'effet sur ce comportement de l'endommagement, et ce principalement des fissures créées par le développement de la réaction alcalis-silice (RAS) à l'intérieur de la matrice de béton. La contrainte d'adhérence a été étudiée au moyen d'essais d'arrachement réalisés sur des longueurs d'ancrage de 2d [indice b], 4d [indice b] et 5d [indice b] avec des armatures 15M (d [indice b] = 15,9 mm). Ces essais ont permis de démontrer une chute de la résistance maximale à l'adhérence pour des longueurs d'ancrage plus grandes ou égales à 4d [indice b] lorsque le béton est atteint de RAS. Par ailleurs, le projet révèle que la progression de la RAS, et donc la progression de l'expansion du béton, entraine un confinement de l'ancrage époxydique qui augmente sa résistance à l'adhérence. / Research projects from Université Laval had demonstrated that the installation of epoxy-bonded anchors with steel reinforcing bar is an effective shear strengthening method for existing concrete thick slab structure. However, the development of a design method for this type of reinforcement is currently hazardous, since very few available literatures focus on the bond behaviour of epoxy-bonded anchors. In addition, this method of rehabilitation has largely been studied and tested on sound concrete elements, i.e. without any pathological damage, which raises the question of the bond behaviour on existing damaged elements. This investigation studies the bond behaviour of epoxy-bonded anchors, the influence of alkali-silica reaction (ASR) on the bond behaviour and, finally, the progress of ASR deleterious mechanisms over the capacity of epoxy-bonded anchors. Pull-out tests on epoxy bonded anchors of embedded length 2d [indice b], 4d [indice b] and 5d [indice b] with 15M reinforcing bars (d [indice b] = 15,9 mm) were performed to encounter the previously mentioned objectives. These tests have demonstrated a drop in bond strength for embedded length exceeding 4d [indice b] when concrete is affected by ASR. In addition, the study revealed that the progression of concrete expansion due to ASR, leads to a confinement of the epoxy-bonded anchor and increases the bond strength.

Les fabricants de papier disposent de sources de matières premières fibreuses très diversifiées parmi lesquelles ils font leur choix en fonction de critères économiques et de potentiel papetier. L'art du papetier consiste à choisir les matières premières et leur faire subir les traitements adaptés.<br />En vue de mieux comprendre l'influence de la morphologie des fibres sur les caractéristiques du papier, nous avons développé un outil de simulation qui permet de générer, manipuler et visualiser un réseau fibreux dont la structure ressemble à celle d'un papier de laboratoire. Les principales propriétés de contexture ainsi que la résistance à la rupture en traction du réseau sont déterminées. Une méthode de Lattice-Boltzmann a été appliquée pour estimer la perméabilité du réseau. Toutes les étapes ont été validées par un travail expérimental.

La construction de type commercial connait un nouvel engouement pour l’utilisation du bois comme matériau constituant la structure principale. Le développement de produits d’ingénierie tels le bois lamellé-collé et le bois lamellé-croisé (CLT) contribue de façon significative à cet essor. Ces produits permettent d’atteindre de nouvelles limites dans la réalisation de projets en bois. Toutefois, certains éléments empêchent la pleine réalisation de projets en panneaux CLT, notamment en ce qui concerne les assemblages. D’une part, les équations actuelles, permettant de déterminer la résistance en arrachement et en enfoncement dans le bois d’œuvre et dans le bois lamellé-collé, présentent certaines lacunes. D’autre part, aucune méthode n’est à l’heure actuelle présente dans l’édition 2009 de la norme canadienne sur les règles de calcul des charpentes en bois CSA O86-09 (2009) pour le calcul de la résistance à l’enfoncement et à l’arrachement du bois lamellé-croisé. Trois objectifs ont donc été établis dans le cadre du présent projet de recherche: -Développer une équation permettant de prédire la résistance à l’arrachement des connecteurs filetés dans le bois d’œuvre et lamellé-collé; -Évaluer la performance des équations décrivant la résistance à l’enfoncement des éléments en bois d’œuvre et lamellé-collé ainsi que la pertinence des variables incluses dans ces équations; et -Développer des équations permettant de calculer la résistance à l’arrachement et à l’enfoncement de connecteurs utilisés dans les panneaux structuraux en bois lamellé-croisé. Suite aux résultats provenant d’essais réalisés sur le bois d’œuvre, lamellé-collé et lamellé-croisé à l’aide de tirefonds et de vis auto-taraudeuses, de nouvelles équations décrivant la résistance à l’arrachement et à l’enfoncement seront proposées au comité technique CSA O86. Chacune des propositions inclura une étude d’impact permettant d’évaluer l’incidence, advenant de telles modifications dans la prochaine version de la norme CSA O86. / Commercial construction has witnessed a new enthusiasm in the use of timber as primary structural material. Engineered wood products such as glued-laminated timber and cross-laminated timber (CLT) play an important part in this development. These products allow wood construction to reach new heights. However, certain gaps in knowledge need to be filled to attain the full potential of wood construction, especially with regards to connections. First, current equations for dowel embedment strength and withdrawal resistance of fasteners in sawn timber and glued-laminated timber are deficient. Secondly, no design methods are provided for dowel embedment strength or withdrawal resistance of fasteners in cross-laminated timber in the 2009 edition of Canadian standard for engineering design in wood CSA O86-09 (2009). For these reasons, the goals of the research project are established in three main objectives: -Develop a design equation for withdrawal resistance for threaded fasteners in sawn timber and glued-laminated timber; -Evaluate the performance of dowel embedment equations for sawn timber and glued-laminated timber from different international standards, and determine the influence of variables on their accuracy; -Develop equations for dowel embedment strength and withdrawal resistance of fasteners in cross-laminated timber. After the compilation of results and analysis of withdrawal and embedment tests with threaded fasteners on sawn timber, glued-laminated and cross-laminated timber, the most accurate design models for each product were proposed. Each proposal includes an impact study showing the influence of the proposed design models, in case of adoption in the next edition of the CSA O86 standard.

Les enceintes de confinement sont sollicitées lors d'un accident grave par la modification thermodynamique du milieu interne qui génère une pression pouvant monter jusqu'à 5 bars, une température évaluée au maximum à 180 °C et une humidité relative pouvant aller jusqu'à la saturation. Au-delà de calculs réglementaires, la complexité de la sollicitation nécessite une bonne connaissance du comportement mécanique et thermique des matériaux et en particulier du béton dans la gamme de température et d'hygrométrie imposée afin d’être capable de mener les simulations numériques les plus réalistes possibles.Notre étude présente les évolutions des caractéristiques mécaniques et thermiques essentielles pour les simulations numériques d'un béton dans la plage de pression, température et humidité imposées lors d'un accident grave. Les essais mécanique et thermique sont réalisés sous chargement thermo-hydrique contrôlées. La température (T) est fixée à cinq valeurs cibles : 30, 90, 110, 140 et 160 °C. Les cinq degrés de saturation en eau liquide du béton (Sw) varient entre 36 % et 100 %. Les différents degrés de saturation en eau liquide des éprouvettes sont obtenus par le contrôle de l’humidité relative de l’ambiance entourant l’éprouvette pendant leur cure. L’essai DCT (Disk-shape Compact Tension) a été choisi pour déterminer l’évolution de l’énergie de fissuration, du module d'élasticité et de la résistance en traction en fonction de la température et de Sw, en raison de son caractère très compact favorable pour la mise en oeuvre des essais sous pression (essai au-delà de 100 °C). Les propriétés thermiques sont évaluées par la méthode de la Source Plane Transitoire (TPS). C’est une technique permettant de déterminer la conductivité thermique, la diffusivité thermique et d'en déduire la chaleur spécifique. L’évolution de la perméabilité relative à l’azote du béton en fonction de la température jusqu'à 90 °C et du degré de saturation en eau du béton a été évaluée également. Après avoir déterminé les propriétés thermiques et mécaniques du béton, une modélisation numérique a été réalisée afin de passer de l’échelle de laboratoire à l’échelle de la structure. Un couplage entre un modèle hydrique et un modèle d’endommagement a été réalisé. / In case of severe accident, confinement chambers are submitted to thermodynamic variations of their internal environment. Pressures can increase up to 5 bars, temperature reaches 140 °C and relative humidity attains saturation. Beyond regulatory calculations, the complexity of the solicitation needs a good knowledge of the thermo-mechanical behaviour of concrete under the imposed conditions of temperature and relative humidity. This, in turns allows to develop numerical simulations as realistic as possible. The present study investigates the evolution of the mechanical and thermal characteristics of concrete. These properties are essential to develop numerical computations under the levels of pressure, temperature and relative humidity imposed during a severe accident. Mechanical and thermal tests are carried out under controlled hydro-thermal conditions. Temperature (T) is fixed at five target values: 30, 90, 110, 140 and 160 °C. Five levels of degree of saturation (Sw) range from 36 % to 100 %. The different target values of degree of saturation are attained by controlling relative humidity in the surrounding environment of the specimens during curing. DCT (Disk-shape Compact tension) tests was chosen to determine the dependence of the fracture energy, elastic modulus and traction resistance on temperature and degree of saturation of concrete because of its compact shape that is more suitable for testing under pressure (temperature above 100°C). Thermal properties are determined by means of the Transient Plane Source (TPS) method. This technique allows to determine thermal conductivity, thermal diffusivity and hence to deduct specific heat. The dependence of the permeability to liquid nitrogen on temperature up to 90 °C and on the degree of saturation was also analysed. After determining thermal and mechanical properties of concrete, numerical simulations have been developed in order to pass from laboratory scale to the structure scale. A coupled hydro-mechanical model and a damage model are proposed.

L'objectif dans cette recherche expérimentale est de contribuer à la compréhension des phénomènes de l'endommagement et de la fissuration dans les sols argileux saturés sous chargement hydrique (dessiccation) et mécanique (chemins de contrainte). L'étude mécanique est axée sur l'identification des propriétés élastiques du matériau endommagé sous chargement triaxial à différents niveaux et chemins de contrainte. Les principaux points traités étaient, l'influence de la contrainte de consolidation (p'ic), du degré de surconsolidation (OCR) et du chemin de contrainte sur la vitesse d'onde de compression. Les résultats montrent que les propriétés élastiques sont affectées et évoluent avec la déformation. La contractance semble augmenter la vitesse d'onde de compression à mesure que p'ic croît et densifie le matériau. En revanche, la dilatance semble plutôt diminuer la vitesse d'onde de compression. Par ailleurs, différents chemins triaxiaux conduits à un niveau de contrainte donné ont montré que les vitesses d'onde sont très proches si les chemins sont normalement consolidés. Les vitesses sont proches également si les chemins sont surconsolidés. En revanche, à un même état de contrainte, la vitesse d'onde est différente si on compare un chemin normalement consolidé avec un chemin surconsolidé. La deuxième partie de l'étude porte sur une analyse approfondie des mécanismes d'amorçage et de propagation des fissures sous dessiccation libre et contrôlée d'une argile initialement saturée. L'analyse via la corrélation d'images numériques (CIN) a permis, en premier lieu, une caractérisation multiéchelle du phénomène de retrait opéré au cours du séchage. Différents phénomènes ont été identifiés : le phénomène de relaxation, caractérisé par un changement de signe de la déformation locale extension / compression, le mécanisme de fissuration par extension (mode I), identifié par la cartographie des directions des déformations principales. L'étude a été complétée par des essais de traction indirecte par flexion 3 points réalisés sur des poutrelles de kaolin K13 initialement soumises à différentes succions. L'effet de la succion initiale sur la résistance à la traction a donc été observé. Les résultats montrent que plus la succion initiale est élevée, plus la pente de la courbe de variations de la résistance à la traction est élevée. D'autre part, la déformation de la zone tendue de la poutrelle atteint sa valeur critique lorsque la contrainte atteint la résistance maximale à la traction de l'argile / The objective of this experimental research is to contribute to understanding phenomena of damage and cracking in saturated clay soils under hydric loading (desiccation) and mechanical loading (stress paths). Mechanical study focuses on identifying the elastic properties of the damaged material under triaxial loading at different levels and stress paths. The main issues were the influence of; the consolidation stress (p'ic), the overconsolidation ratio (OCR) and the stress path on the compression wave velocity. The results show that the elastic properties are affected and evolve with strain. Contractancy appears to increase the compression wave velocity as p'ic increase and densifies the material. However, dilatancy seems rather decrease the compression wave velocity. Moreover, various triaxial paths performed at a given stress level showed that the wave velocities are very close if the paths are normally consolidated. Velocities are also close if the paths are overconsolidated. However, at the same stress state, the wave velocity is different when comparing a normally consolidated path with an overconsolidated path. The second part of the study focuses on a thorough analysis of the cracks' initiation and propagation mechanisms under free and controlled desiccation on initial saturated clay. Analysis via the digital image correlation (DIC) allowed, first, a multi-scales characterization of the shrinkage phenomenon operated during drying. Different phenomena were identified; the relaxation phenomenon characterized by a change of the local strain's sign extension / compression, the cracking mechanism by extension (mode I) identified by the map of the directions of the principal strains. The study was completed with indirect tensile tests by bending performed on kaolin k13 beams initially submitted to different suctions. The effect of the initial suction on the tensile strength has been observed. The results show that more the initial suction is high, the greater the slope of the curve of changes in the tensile strength is high. On the other hand, strain of the tension zone of the beam reaches its critical value when the stress reaches the maximum tensile strength of the clay

Cette thèse contribue à la modélisation de la variabilité spatiale de la résistance à la traction des structures en béton, à différentes échelles, et son influence sur la fissuration du béton. En particulier, une loi d'effet d'échelle et des champs aléatoires sont utilisés à l'aide de deux approches:D'une part, une approche analytique probabiliste de la méthode Weakest Linkand Localization (WL2) est proposée. Cette méthode estime la distribution de la résistance à la traction, à différentes échelles, en tenant compte des redistributions des contraintes autour du point le plus faible. Cela dépend d'une longueur d'échelle, dont l'identification est discutée. Cette longueur d'échelle explique le caractère aléatoire de la résistance à la traction du béton.D'autre part, une autre contribution de cette thèse est le développement d'une méthode Élément Fini Stochastique (EFS), utilisée pour modéliser l'effet d'échelle et la variabilité spatiale de la résistance à la traction. La méthode consiste d'abord à définir un champ aléatoire, en utilisant la résistance à la traction réduite estimée à partir de l'approche analytique de WL2. Ensuite, des réalisations de champs aléatoires autocorrélées discrétisées sont générées. En outre, le choix des paramètres d'autocorrélations, utilisés pour définir les champs aléatoires, est discuté.L'applicabilité des deux méthodes est évaluée à l'aide de différentes séries expérimentales présentant des effets d'échelle particulièrement statistique. En outre, la méthode EFS est utilisée pour compléter le modèle EF simplifié de la maquette d'enceinte à double paroi VeRCoRs (échelle 1/3). Les incertitudes sur la résistance à la traction, à cette échelle, sont modélisées à l'aide d'un champ aléatoire autocorrelé indépendant à chaque levée. La propagation des incertitudes, à l'état initial, montre sa pertinence dans l'estimation des positions de fissures. / This thesis is a contribution to the modeling of the spatial variability of tensile strength of concrete structures, at different scales, and its influence on concrete cracking pattern. Particularly, a size effect law and random fields are used through two approaches:On the one hand, an analytical probabilistic approach of the Weakest Link and Localization (WL2) method is proposed. This method estimates the distribution of the tensile strength, at different scales, accounting for the stress redistributions around the weakest point.It depends on a scale length, whose identification is discussed. This scale length accounts for spatial randomness of the concrete tensile strengthOn the other hand, another contribution of this thesis is the development of a Stochastic Finite Element (SFE) method, used to model both size effect and the spatial variability of the tensile strength. The method consists first on defining a random field, using the mean tensile strength estimated from the analytical approach of WL2. Then, discretized autocorrelated random field realizations are generated. Moreover, the choice of autocorrelation parameters, used to define the random fields, is discussed.The applicability of both methods is evaluated using various experimental series exhibiting particularly statistical size effect. Furthermore, the SFE method is used to complete the simplified FE model of a 1/3 mock-up of a double-wall containment building. The uncertainties on the tensile strength, at this scale, are modeled using independent autocorrelated random field at each scale. Uncertainties propagation, at initial state, shows its pertinence in the estimation of crack positions.