L’objectif de cette thèse est d’approfondir le développement d’une plateforme de modélisation, qui décrit le transport multi-espèces et multi-phasiques à travers les matériaux cimentaires. Les structures en béton armé peuvent se dégrader en raison de la corrosion des armatures en acier, induite par les chlorures et/ou la carbonatation. La plateforme de modélisation traite principalement de la période d’initiation de cette corrosion par la prédiction du transport des agents délétères à travers le béton d’enrobage. Ces phénomènes sont dépendants des propriétés relatives à l’humidité du matériau et requièrent l’étude des mouvements de l’eau liquide et de la phase gazeuse dans le matériau. La première partie de cette thèse se concentre sur la pénétration des chlorures à travers des bétons saturés. La pénétration des chlorures se limite à un processus couplé de diffusion et de fixation des ions sur la matrice cimentaire. Dans ce cadre, de nombreux modèles ont été développés et de nombreuses données expérimentales sont accessibles. Un benchmark de ces modèles est réalisé, avec pour objectif d’identifier les plus robustes et les plus fiables. Cette étude contribue également à choisir les isothermes de fixation des chlorures les plus pertinentes. Une analyse fiabiliste des modèles sélectionnés précédemment est menée. Un cadre de calcul de la durée de vie fiabiliste du béton armé immergée dans une solution saline est proposé. Une analyse de sensibilité est également réalisée afin de déterminer les données d’entrée du modèle les plus influentes. Les résultats mettent en avant le rôle crucial joué par l’enrobage, la teneur critique en chlorures et le coefficient effectif des chlorures. L’importance de la non-linéarité des isothermes est également soulignée, alors que cette propriété est encore mal maîtrisée. De nombreux modèles de prédiction des transferts d’humidité ont été développés. La compréhension des phénomènes physiques en jeu reste insuffisante pour les matériaux cimentaires. Une analyse de sensibilité fiabiliste du modèle multi-phasiques et de l’équation de Richards est réalisée, en considérant un essai de séchage. Les résultats soulignent l’importance de l’isotherme de désorption de vapeur d’eau et de la perméabilité à l’eau liquide, qui s’écrit comme une fonction de la saturation. Par la suite, les travaux se sont focalisés sur la détermination de cette perméabilité. Celle-ci a été réalisée par analyse inverse des profils de perte de masse lors d’un séchage et des profils de saturation durant une imbibition. Les valeurs déterminées sont comparées aux mesures de perméabilité aux gaz, aux mesures directes et indirectes (notamment Katz-Thompson) de perméabilité à l’eau liquide, reportées dans la littérature. Parmi les pistes d’évolution des modèles de carbonatation, une description plus complète du transport des espèces en phase gazeuse est à proposer. Le dernier chapitre traite de ce point, en considérant une diffusion ternaire du mélange gazeux avec toutefois une description simplifiée des réactions chimiques de carbonatation. Une étude théorique met en évidence les conséquences de la nouvelle description des transferts : les profils de pression de gaz (dépression) et de CO2 sont modifiés, ce qui peut impacter l’avancement de la carbonatation. Par la suite, une calibration a été réalisée afin de mettre en cohérence les prédictions numériques avec des expériences de carbonatation accélérée. Une analyse de sensibilité fiabiliste a été conduite en considérant un essai de carbonatation pour des fractions de CO2 extérieures allant de 0,04 % à 50 %, avec une humidité relative extérieure contrôlée. Les résultats ont montré l’importance de la porosité totale, de la teneur initiale en C-S-H (fraction de CO2 extérieure élevée) et des conditions hydriques extérieures (fraction de CO2 atmosphérique). Enfin, la carbonatation atmosphérique avec la prise en compte de cycles d’humidification-séchage a été simulée pour deux bétons / The purpose of this research is to go deeper in the development of a modelling platform, which describes multiphase and multi-species transport within cementitious materials. Reinforced concrete (RC) structures can be deteriorated as a result of chloride-induced and/or carbonation-induced corrosion of the steel rebars. The modelling platform deals with the initiation period of this corrosion by predicting the transport of the deleterious agents through the concrete cover. This phenomenon is dependent on the moisture properties of the material and requires the study of the movement of liquid-water and gas-phase transport in the material. The first step of this thesis focuses on chloride ingress within fully water-saturated concretes. The chloride ingress is limited to a coupled diffusion-binding process. Within this framework, several models have been developed and numerous experimental data are available. A benchmark of these models is performed in order to identify the most reliable engineering models. This also contributes to choose the most relevant chloride binding isotherms. A probabilistic analysis of selected models among the benchmark is carried out. A general framework is proposed to calculate a reliability service life for reinforced concrete structures in the case of immersion in seawater. A sensitivity analysis is also performed in order to define the most influencing input data. Results point out the crucial role of the concrete cover, the critical chloride content and, to a lesser extent, the effective chloride diffusion coefficient. The importance of the non linearity of isotherms is also highlighted whereas this property is still not well-known. Several moisture transport models have been developed. The understanding of the numerous physical phenomena involved is still insufficient for cementitious materials. A reliability sensitivity analysis of the multiphasic model and of the model based on Richards equation is performed, considering the drying of concretes. Results point out the importance of defining a relevant water vapour desorption isotherm and, to a lesser extent, the liquid-water permeability, as a function of saturation. Thereafter, this research focuses on the determination of this permeability. This is performed by inverse analysis considering two different experimental tests: the mass loss monitoring during a drying and the monitoring of saturation profiles during an imbibition. The determined values are compared to measurements of gas permeability and to measurements with direct and indirect methods (in particular, Katz-Thompson methods) of liquid water permeability, assessed in the literature. Among the outlooks of sophistication of predictive models dedicated to the carbonation, a more comprehensive description of the transport of species in the gaseous phase has to be proposed. The last chapter of the manuscript deals with this issue, by considering a ternary diffusion process of the gaseous mix along with a simplified description of the chemical carbonation reactions. A theoretical study is carried out in order to highlight the changes induced by the new description of transfers: the profiles of gas pressure (depression) and the profiles of CO2 pressure are modified, which can impact the progress of the carbonation front. Thereafter, a calibration of the model is performed in order to bring the numerical predictions into line with the experimental results of accelerated carbonation tests. A reliability sensitivity analysis is performed considering a carbonation test for external fractions of CO2 ranging from 0.04 % to 50 %, with constant external relative humidity. Results point out the significance of the bulk porosity, of the initial content of C-S-H (high external fractions of CO2) and the external moisture conditions (atmospheric external fractions of CO2). Finally, atmospheric carbonation involving wetting–drying cycles is simulated for two concretes

Le comportement géomécanique des ouvrages géotechniques à l’exemple des rideaux de palplanches est entaché d’incertitudes épistémiques liées aux hypothèses régissant le modèle géomécanique de calcul, mais aussi d’incertitudes aléatoires liées à la variabilité spatiale du sol. L’objectif principal de cette thèse est de mieux appréhender l’effet de ces incertitudes sur le comportement d’un rideau de palplanches. Pour cela le présent mémoire s’articule autour de quatre points principaux : Le premier point est relatif d’une part à l’analyse des hypothèses utilisées pour la modélisation géomécanique d’un rideau de palplanches et d’autre part à l’extension de la méthode des coefficients de réaction d’un système unidimensionnel basé sur une poutre et des appuis élastoplastiques à un système bidimensionnel de plaque orthotrope sur le même type d’appuis (MISS-CR-PLQ). Le deuxième point concerne la modélisation de la variabilité spatiale du sol. Après une comparaison entre deux méthodes de génération de champs aléatoires nous avons retenu la méthode Circulant Embedding pour son efficience. Plusieurs études paramétriques ont été menées pour analyser les effets des hypothèses prises lors de la génération des champs aléatoires. Le troisième point concerne la mise en place d’une démarche mécano-fiabiliste permettant d’intégrer la variabilité spatiale du sol pour le cas des rideaux de palplanches. Le quatrième point est consacré à l’application de la démarche développée pour un cas d’étude à travers des analyses probabilistes et fiabilistes. L’influence des paramètres statistiques (e.g. les longueurs de corrélations, la corrélation croisée, …), mécanique et géométrique a été étudiée. / The geomechanical behaviour of geotechnical structures such as sheet pile walls is subjected to epistemic uncertainties due to geomechanical models’ assumptions and also the aleatory uncertainties which could be related to the soil spatial variability. The main objective of this thesis is to gain more insight into the effect of these uncertainties on the sheet pile behaviour. To this end, this thesis focuses on four main issues: The first one is related on the one hand to the analysis of the used geomechanical hypotheses for modelling of retaining walls. On the other hand, to extend the one-dimensional subgrade reaction method which is based on a beam relying on elastoplastic supports to a two-dimensional system that call to an orthotropic plate relying on the same supports (MISS-CR-PLQ). The second issue concerns the soil spatial variability modelling. After a key comparison between two random field generation methods, we selected the Circulating Embedding method for its efficiency. Several parametric studies have been conducted to analyse the effects of different assumptions of random field generation. The third issue is related to the implementation of the proposed mechanical-reliability approach taking into account the soil spatial variability. The last issue is devoted to the application of the developed approach to a case study through probabilistic and reliability analyses. The influence of statistical parameters (e.g. correlation lengths, cross-correlation,...), mechanical and geometrical has been examined.

Dans le domaine du génie civil, le dimensionnement des structures en béton armé est essentiellement basé sur des démarches déterministes. Cependant, les informations fournies par des analyses déterministes sont insuffisantes pour étudier la variabilité de la réponse de la dalle. Le manque de connaissance des charges appliquées ainsi que les incertitudes liées à la géométrie de la dalle et les caractéristiques des matériaux nécessitent donc l’utilisation d’une approche fiabiliste qui permet la propagation de ces incertitudes dans les analyses déterministes. L'approche fiabiliste est basée sur le principe de couplage mécano-fiabiliste qui consiste à coupler un modèle stochastique et un modèle déterministe. Cependant un couplage mécano-fiabiliste peut être très exigeant en temps de calcul. Dans le cadre de cette thèse, la méthodologie propre aux problématiques des ouvrages du génie civil est développée et validée tout d'abord sur un cas simple de structures en béton armé. Le cas d'une poutre encastrée en béton armée est proposé. Le système est modélisé sous CASTEM par une approche aux éléments finis de type multifibre. Puis la fiabilité d'une dalle en béton armé impactée par une masse rigide à faible vitesse est étudiée en couplant OpenTURNS à Abaqus. Enfin, une enceinte de confinement en béton précontrainte modélisée sous ASTER est étudiée d'un point de vue probabiliste. Seul le problème physique des dalles en béton armé soumises à une chute de colis dans les centrales nucléaires est examiné en détail. Deux modèles déterministes sont utilisés et évalués afin d’étudier les phénomènes dynamiques appliqués aux dalles en béton armé sous impact : un modèle par éléments finis en 3D modélisé sous Abaqus et un modèle simplifié de type masse-ressort amorti à deux degrés de liberté. Afin d’étudier la fiabilité des dalles en béton armé, nous avons couplé les méthodes Monte Carlo et simulation d’importance avec le modèle de type masse-ressort. FORM est utilisée avec le modèle par éléments finis. L’objectif de cette étude est de proposer des solutions pour diminuer le temps de calcul d'une analyse fiabiliste en utilisant deux stratégies dans le cas des dalles impactées. La première stratégie consiste à utiliser des modèles analytiques qui permettent de prédire avec précision la réponse mécanique de la dalle et qui sont moins coûteux en temps de calcul. La deuxième consiste à réduire le nombre d’appels au modèle déterministe, surtout dans le cas des modèles par éléments finis, en utilisant des méthodes probabilistes d'approximation. Ces deux stratégies sont comparées afin de vérifier l’efficacité de chacune pour calculer la probabilité de défaillance. Enfin, une étude paramétrique est réalisée afin d’étudier l’effet des paramètres d’entrées des modèles déterministes sur le calcul de la probabilité de défaillance. / Reinforced concrete structures (RC) are subjected to several sources of uncertainties that highly affect their response. These uncertainties are related to the structure geometry, material properties and the loads applied. The lack of knowledge on the potential load, as well as the uncertainties related to the features of the structure shows that the design of RC structures could be made in a reliability framework. This latter allows propagating uncertainties in the deterministic analysis. However, in order to compute failure probability according to one or several failure criteria, mechanical and stochastic models have to be coupled which can be very time consuming and in some cases impossible. The platform OpenTURNS is used to perform the reliability analysis of three different structures . OpenTURNS is coupled to CASTEM to study the reliability of a RC multifiber cantilever beam subjected to a concentrated load at the free end, to Abaqus to study the reliability of RC slabs which are subjected to accidental dropped object impact during handling operations within nuclear plant buildings, and to ASTER to study the reliability of a prestressed concrete containment building. Only the physical problem of reinforced concrete impacted by a free flying object is investigated in detail. Two deterministic models are used and evaluated: a 3D finite element model simulated with the commercial code “Abaqus/Explicit” and an analytical mass-spring model. The aim of this study is to address this issue of reliability computational effort. Two strategies are proposed for the application of impacted RC slabs. The first one consists in using deterministic analytical models which predict accurately the response of the slab. In the opposite case, when finite element models are needed, the second strategy consists in reducing the number of simulations needed to assess the failure probability. In order to examine the reliability of RC slabs, Monte Carlo and importance sampling methods are coupled with the mass-spring model, while FORM is used with the finite element model. These two stategies are compared in order to verify their efficiency to calculate the probability of failure. Finally, a parametric study is performed to identify the influence of deterministic model parameters on the calculation of failure probability (dimensions of slabs, impact velocity and mass, boundary conditions, impact point, reinforcement.