L’interaction dynamique entre le sol et les structures (IDSS) a fait l’objet de nombreuses études sous l’hypothèse de l’élasticité linéaire, bien que les effets de l’IDSS puissent être différents entre un système élastique et un système inélastique. De fait, les méthodologies usuelles développées à partir des études élastiques peuvent ne pas être adaptées aux bâtiments conçus pour dissiper de l’énergie par de l’endommagement lors de séismes sévères. De plus, il est bien connu que la limite d’élasticité du sol est normalement atteinte même pour de séismes relativement faibles. En conséquence, si les effets inélastiques de l’IDSS sont négligés, les études d’endommagement sismique des bâtiments peuvent être très inexactes. L’objectif de ce travail est de développer une stratégie générale pour l’étude du problème de l’IDSS non-linéaire dans le contexte de l’analyse de la vulnérabilité sismique des bâtiments. Ainsi, des modèles d’éléments finis réalistes sont développées et appliquées à des problèmes d’IDSS non-linéaires. Les modèles couvrent une large gamme des conditions pour le sol et des typologies de bâtiments soumis à plusieurs bases de données sismiques. Une stratégie de modélisation a été développée et validée afin de réduire significativement le coût numérique. Pour cela, un modèle 2D équivalent a été développé, implanté dans GEFDyn et utilisé pour effectuer une importante étude paramétrique. De nombreux indicateurs de comportement non-linéaire de la structure et du sol ont été proposés pour synthétiser leur fonctionnement lors du chargement sismique. De surcroît, une stratégie d’évaluation de la vulnérabilité sismique basée sur l’information apportée par une base des données sismiques a été développée. De façon, générale, les résultats ont mis en évidence une réduction de la demande sismique lorsque les effets inélastiques de l’IDSS sont pris en compte. Cette réduction est liée fondamentalement à deux phénomènes : l’amortissement par radiation et l’amortissement hystérétique du sol. Ces deux effets ont lieu simultanément pendant le mouvement sismique. Il est alors très difficile d’isoler l’influence de ces deux phénomènes. En effet, le mouvement effectif transmis à la structure n’est pas le même que celui en champs libre du aux effets d’interaction, ainsi qu’à la modification locale du comportement du sol fortement lié aux poids du bâtiment. Une série de mesures de sévérité sismique et des mécanismes de dissipation d’énergie au niveau du sol et du bâtiment a été introduite dans le but d’analyser ces effets. Cependant, ces résultats sont en général très irréguliers et leur généralisation a été très difficile. Néanmoins, ces résultats mettent en évidence l’importance de la prise en compte des effets du comportement inélastique du sol. La plupart des cas étudiés ont montré un effet favorable de l’IDSS non-linéaire. Mais, en général, l’IDSS peut augmenter ou diminuer la demande sismique en fonction de la typologie de la structure, des caractéristiques du mouvement sismique et des propriétés du sol. Tout de même, il y a une justification économique pour étudier les effets du comportement non-linéaire du sol sur la réponse sismique. / The dynamic interaction of the soil with a superstructure (DSSI) has been the subject of numerous investigations assuming elasticity of both, superstructure and soil foundation behavior. Nevertheless, the effect of DSSI may differ between elastic and inelastic systems. Thus, the current interaction methodologies based on elastic response studies could not be directly applicable to structures expected to behave inelastically during severe earthquakes. Additionally, the soil is known to exhibit inelastic behavior even for relatively weak to moderate ground motions. Consequently, ignoring these characteristics in studying DSSI could lead to erroneous predictions of structural damage. The main purpose of this work is to develop a general strategy to address the full DSSI problem in the context of the seismic vulnerability analysis of structures. Thus, realistic Finite Elements models are constructed and applied in a practical way to deal with these issues. These models cover a large range of soil conditions and structural typologies under several earthquake databases. Some modelling strategies are introduced and validated in order to reduce the computational cost. Therefore, an equivalent 2D model is developed, implemented in GEFDyn and used in the large parametric study conducted. Several indicators for both structural and soil responses are developed in order to synthesize their behavior under seismic loading. Additionally, a vulnerability assessment strategy is presented in terms of measures of information provided by a ground motion selection. According to the investigation conducted in this work, there is in general a reduction of seismic demand or structural damage when non-linear DSSI phenomenon is included. This reduction can be associated fundamentally to two phenomena: radiative damping and hysteretic damping due to non-linear soil behavior. Both effects take place simultaneously during the dynamic load and it is extremely difficult to separate the contribution of each part in reducing seismic demand. Indeed, effective motion transmitted to the superstructure does not correspond to the free field motion because of the geometrical and inertial interactions as well as the local modification of soil behavior, specially due to the supplementary confinement imposed by the superstructure’s weight. A series of strong-motion severity measures, structural damage measures and energy dissipation indicators have been introduced and studied for this purpose. Nevertheless, results are erratic and consequently, generalization was extremely difficult. Despite these difficulties, the results illustrate the importance of accounting for the inelastic soil behavior. The major part of the studied cases show beneficial effects such as the decrease of the maximum seismic structural demand. However, the non-linear DSSI could increase or decrease the expected structural damage depending on the type of the structure, the input motion, and the dynamic soil properties. Furthermore, there is an economic justification to take into account the modification effects due to inelastic soil behavior.

Ce document propose une modélisation indirecte par sous-structuration des vibrations d'origine ferroviaire transmises aux bâtiments par le sol. La méthodologie globale est empruntée à la méthode des mobilités dans laquelle chaque sous-structure est caractérisée par sa mobilité. L'excitation est représentée par une force ponctuelle en surface du sol ou par une ligne de forces décorréllées. Elle est néanmoins calibrée sur des résultats expérimentaux. Une attention particulière a été portée à la caractérisation des comportements vibratoires des éléments du problème. La plupart des représentations de l'ensemble sol-fondations est effectuée à l'aide d'un code FEM-BEM en 2 et 2.5 dimensions. Le bâtiment est modélisé par différentes techniques : FEM, BEM, SEA et ondulatoire. Une approche probabiliste permet d'évaluer l'impact de la variabilité des sols environnent sur la mobilité des fondations. Les impédances stochastiques qui en découlent sont intégrées aux modèles de propagation. Leurs impacts sur les vibrations du bâtiment sont alors accessibles. La méthodologie permet d'obtenir les niveaux vibratoires des composantes du bâtiment / This document proposes an approach by sub-structuralization of the problem of the vibrations of railroad origin passed on in buildings by the soil. The global methodology is borrowed from the method of the mobilities, every sub-structure is characterized by its mobility. The excitement is represented by an on-surface punctual strength of the ground or by a line of uncorrelated forces. Nevertheless it can be calibrated on experimental results. A particular attention was carried in the characterization of the vibratory behavior of the elements of the problem. A major left the representations of the group soil-foundation is made by a FEM-BEM code. The building is modelled by various techniques: FEM, BEM, SEA and waves approach. A probability approach allows to estimate the impact of the variability of soil close to foundations in the model of soil-structure interaction. The stochastic impedances which ensues from it are integrated into the models of propagation. Their impacts on the vibrations of the building are also accessible. The methodology allows to obtain the vibratory levels of the components of the building

La capacité opérationnelle axiale en service de pieux battus reste une zone d'incertitude, en particulier pour les structures offshore. La recherche sur le terrain a montré que le frottement latéral peut augmenter au cours des mois ou des années après le battage. Si des tendances similaires se retrouvent dans des ouvrages offshore, les avantages en terme d'ingénierie de réalisation peuvent être très importants. D'autre part, les fondations sur pieux de plates-formes de gaz, de pétrole sont soumises à des chargements cycliques à long terme qui peuvent influencer leur capacité à l'arrachement. Les pieux battus en eau profonde connaissent un grand nombre de cycles complets de charge-décharge pouvant contribuer à la dégradation du frottement latéral lors de l'installation. Cette thèse vise à mieux comprendre les principaux résultats obtenus avec des pieux réels en sable siliceux, par le biais d'une recherche à échelle de laboratoire sous conditions environnementales contrôlées. Ce travail fait partie d'un programme de recherche commun entre le Laboratoire 3SR de Grenoble, l'Imperial College London, et le projet français de recherche ANR- SOLCYP. La réponse de l'interface sol-pieu lors de l'installation ainsi que les périodes de vieillissement et de chargements cycliques axiaux ont été étudiés au laboratoire en utilisant des pieux-modèles installés dans la chambre d'étalonnage de Grenoble. Plusieurs essais avec le pieu modèle Mini-ICP (instrumenté avec des capteurs de tension totale à la surface du pieu (SST) pour les mesures de contraintes radiales de cisaillement à 3 sections) ont permis l'analyse de chemin de contrainte locale à l'interface du pieu. Des capteurs miniatures ont en outre été installés dans le massif de sable pour une mesure de contrainte lors de l'installation du pieu et son chargement ultérieur. Les effets des méthodes d'installation, de la taille des particules de sable, ou de la saturation du sable et du chargement de l'environnement, ont été pris en compte pour le vieillissement de la capacité. Les évolutions locales de l'interface radiale et du cisaillement sont en accord avec les prédictions des méthodes de conception modernes basées sur le CPT. Des preuves d'effets d'échelle soulignent l'importance des conditions aux limites appliquées à la modélisation physique. Des séries d'essais non-alternés purement en traction, ainsi que des essais alternés ont été réalisés sous contrôle en charge ou en déplacement. Les mesures locales effectuées dans les chemins de contraintes effectives montrent une contraction radiale de la masse de sable au voisinage du pieu. Les incréments de l'amplitude de charge et du déplacement imposé accélèrent les taux de dégradation cyclique. Un nouveau diagramme de stabilité cyclique a été réalisé, en résumant les essais de chargement cycliques axiaux pour les pieux foncés et battus dans du sable siliceux moyennement dense. Des mécanismes complexes comme la rupture des grains et des changements de densité locale à l'interface du pieu peuvent affecter la réponse des pieux. La cinématique derrière leur installation et l'interaction avec le sol environnant reste encore très limitée. Comprendre comment un matériau granulaire interagit avec le pieu est important pour étudier la réponse globale du pieu. Les observations globales du comportement des pieux dans la chambre d'étalonnage ont été modélisées à une échelle micro en utilisant la tomographie aux rayons X du Laboratoire 3SR à Grenoble. Le programme expérimental comprenait des essais sur une chambre d'étalonnage modèle afin d'analyser le champ de déplacement lors de l'installation d'un pieu modèle, à l'aide des techniques de corrélation d'images (DIC) en trois dimensions. Des analyses micromécaniques d'échantillons «intacts» récupérés post mortem à l'interface du pieu ont été également effectuées pour mettre en évidence de possibles changements radiaux de densité ainsi que la rupture des grains. / The operational in-service axial capacity of driven piles remains an area of uncertainty, especially for offshore structures. Field research has demonstrated that axial shaft capacities may increase over the months or years after driving. If similar trends apply offshore, the realisable engineering benefits are very significant. On the other hand, the piled foundations of oil/gas platforms and wind/water turbines are subject to long term environmental and in service cyclic loading due for example to waves, vibrations and storms that may also affect their shaft capacity. Deep driven piles experience large numbers of full load-unload cycles that contribute to shaft capacity degradation during installation. This thesis aims to improve understanding of the main results obtained with full-scale piles in silica sand through a laboratory scale investigation performed under controlled environmental conditions. This work was part of a joint research programme between the Grenoble Laboratory 3SR and Imperial College London, and the French National SOLCYP research project. The response of the soil-pile interface during installation, ageing periods and cyclic loading tests have been studied using laboratory model piles installed in the large Grenoble Calibration Chamber. Several tests with the Mini-ICP pile allow the analyses of local stress path at the pile's interface. This model pile is instrumented with surface stress transducers (SST) for local measurements of total and radial shear stresses at 3 different sections along the pile's shaft. In addition, miniature soil stress transducers were installed into the sand mass for total stress measurements during pile installation and loading. Possible ageing effects as installation methods, sand particle size, sand saturation and environmental loading were studied. Local evolution of interface radial and shear stresses agree with predictions from modern CPT based design methods. Evidence of possible scale effects remark the importance of the boundary conditions applied in physical modelling. Series of one-way purely tensile and two-way axial cyclic loading tests were performed under load and displacement control. Local measurements made of the effective stress paths shows radial contraction of the sand mass in the vicinity of the pile. Increments in loading amplitude and imposed displacements accelerate cyclic degradation rates. A new interactive shaft stability chart was produced as a summary of axial cyclic loading tests for both jacked and driven piles in medium dense silica sand. Laboratory tests confirm findings from field tests where one-way low amplitude cycles lead to beneficial increases in tensile pile capacity of up to 20%. Complex mechanisms as grain breakage and local density changes at the pile's interface. The kinematics behind the installation of piles and its interaction with the surrounding soil is still limited. Understanding how granular material interacts with the pile may reveal important to understand the global pile response. The global observations of the pile behaviour from calibration chamber tests were modelled at a micro scale using Micro Computed Tomography at the Grenoble Laboratory 3SR. The experimental campaign included tests on a model calibration chamber devoted to the displacement field analyses during the installation of a model piles using three dimensional (3D) digital image correlation (DIC). Micromechanical analysis of « intact » post-mortem samples recovered at the pille's interface were also conducted for evidences of radial density gradient and grain breakage.

Dans le contexte du calcul sismique basé sur la notion de performance, lesingénieurs se trouvent confrontés à une tâche difficile pour estimer la performance etévaluer les risques des systèmes sol-structure en interaction. Afin d’accomplir cette tâcheavec succès, toutes les sources d'incertitudes aléatoires et épistémiques doivent être prisesen compte au cours du processus de conception. Ainsi, des méthodes appropriées sontnécessaires pour l'étude de la propagation de l'incertitude des paramètres du systèmedécrivant la structure, le sol, et les charges appliquées aux réponses structurelles endéfinissant des états limites de performance. L’objectif de cette thèse est de contribuer àl’étude du comportement sismique des structures en interaction avec le sol et d’offrir denouveaux outils pour le traitement de problèmes pertinents, orientés vers la nouvellephilosophie de conception parasismique des structures : la conception basée sur laperformance (performance-based design). Cet axe de recherche structure ce travail dedoctorat. La problématique s’inscrit dans le cadre de proposition de modèles simplifiés afind’aborder un problème compliqué tel que l’interaction sol-structure (ISS). Lecomportement non linéaire de la structure est déterminé par une approche capacitive baséesur la performance sismique telle que la méthode N2 proposée par P. Fajfar. Dans saversion originale, cette méthode considère que la structure est encastrée à sa base,négligeant ainsi l’ISS. Il s'agit d'une extension de la méthode N2 et que nous appelleronsN2-ISS. A notre connaissance, il n'existe pas d'études qui ont intégré l'ISS dans ce type deformalisme. Pour examiner la validité et la fiabilité du modèle présenté, une analysecomparative a été faite entre l'approche que nous proposons et trois autres méthodes: 1) laméthode introduite dans le code BSSC 1997, 2) la méthode proposée par Avilès & Perez–Rocha (2003) ainsi que 3) la méthode dynamique temporelle non linéaire. Les résultatsobtenus ont montré que la réponse en déplacement de la structure était assez proche dansles quatre méthodes.Les courbes de fragilité sont établies en tenant compte des effets de l’ISS et desincertitudes associées au chargement (mouvement du sol), aux propriétés de la structure,du sol, et de la fondation (impédances, ...). L’incertitude épistémique est égalementconsidérée de manière indirecte suite à la comparaison entre deux procédures d'évaluationdes états d’endommagements (Méthode de Park & Ang et Méthode de RISK-UE). L'étudea abouti aussi à une caractérisation préliminaire du risque sismique dans une partie de laville d'Oran dont les caractéristiques géologiques et géotechniques étaient disponibles.Cette étude a permis la cartographie du dommage et d'étudier la la vulnérabilité sismiquedes bâtiments. / In the context of performance-based earthquake engineering (PBEE), a challengingtask for structural engineers is to provide performance and risk assessment for structures orsoil-structure interaction (SSI) systems. In order to fulfill this task successfully, all relevantsources of aleatory and epistemic uncertainties must be accounted for during the designprocess. Thus, proper methods are required for the study of uncertainty propagation frommodel parameters describing the structure, the soil, and the applied loads to structuralresponses by defining some performance limit states. The objective of this thesis is tocontribute to the study of the seismic behavior of structures interacting with soil andprovide new tools for the treatment of relevant issues facing the new philosophy of seismicdesign of structures: performance-based design. The objective of this thesis is to contributeto the study of the seismic behavior of structures interacting with soil and provide newtools for the treatment of relevant issues facing the new philosophy of seismic design ofstructures: (performance-based design). This research structure this doctoral work. Theissue is part of proposed simplified models to address a complicated problem such as soilstructureinteraction (SSI). The nonlinear behavior of the structure is determined by acapacitive approach based on the seismic performance as N2 method proposed by P.Fajfar. In its original version, this method considers that the structure is fixed at its base,thus neglecting the ISS. The new proposed method called N2-SSI is an extension of the N2method. To our knowledge, there are no studies that have joined the SSI ISS in this type offormalism. The proposed approach is validated and compared with time history analysis,Building Seismic Safety Council (BSSC) method (NEHRP, 2003), and a method proposedby Aviles and Perez-Rocha (2003). The results obtained showed that the responsedisplacement of the structure was fairly close in the four methods.The fragility curves are established taking into account the effects of the ISS anddifferent uncertainty sources: the load (input ground motion), the soil, the structure and theSSI (impedances, ...). Epistemic uncertainty was investigated through comparison betweentwo different approaches in assessing damage states (Park and Ang and Risk-UE). Thestudy also resulted in a preliminary characterization of the seismic risk in a part of the Orancity, where geological and geotechnical characteristics were available. This study allowedthe mapping of the damage and the study of the seismic vulnerability of buildings.

Les études des phénomènes d'interaction sismique sol-structure pour le dimensionnement d'ouvrages en génie civil sont fondées sur deux hypothèses simplificatrices fortes : l'homogénéité latérale du sol sous la fondation, et la représentation du mouvement sismique par des ondes planes à incidences verticales ou inclinées. Pour de grands ouvrages reposant sur des radiers flexibles étendus, ces hypothèses ne sont plus valides, d'autant que les observations in situ des ondes sismiques font apparaître une variabilité spatiale importante même sur de courtes distances et indépendamment de l'effet du passage d'onde. Dans ce travail sont développés les outils de modélisation et d'analyse numérique permettant de tenir compte de cette variabilité ainsi que de celle des caractéristiques mécaniques du sol. Une approche probabiliste est retenue, et leur influence est directement reliée à la réponse de la structure au séisme par une formulation intégrale incorporant ces deux aspects simultanément. Pour une mise en oeuvre numérique efficace, la dimension aléatoire des fluctuations - grandes ou petites - aléatoires des caractéristiques mécaniques du sol est réduite par l'introduction du développement de Karhunen-Loeve de l'opérateur de raideur dynamique associé. Cette technique est aussi appliquée au champ sismique incident. Les résultats obtenus pour des cas complexes réalistes permettent de mettre en évidence certains phénomènes dont l'appréhension apparaît indispensable dans le cadre d'une étude industrielle. Ils donnent notamment quelques indications utiles sur la sensibilité de la réponse de la structure à la variabilité spatiale du mouvement sismique ou des paramètres du sol.

Depuis 1985, plusieurs études ont été menées pour interpréter les mouvements sismiques enregistrés sur la zone lacustre de Mexico. Tandis que la plupart des modèles a permis d'expliquer les amplifications importantes provoquées par la nature sol, aucun ne propose d'explications complètement satisfaisantes pour comprendre l'allongement et les battements monochromatiques du mouvement du sol, observés sur cette zone. Une particularité commune à ces études est qu'elles ne tiennent pas compte de l'environnement urbain et des couplages pouvant exister entre le bâti et le sol: d'où l'intérêt d'étudier l'effet inertiel de la ville sur le mouvement du sol. Une expérience a d'abord été menée pour mesurer le mouvement du sol causé par la vibration d'une structure. Cette expérience a révélé qu'une partie de l'énergie de vibration de la structure était relâchée dans le sol sous forme d'ondes sismiques. Une approche semi-analytique a ensuite été développée pour reproduire le comportement du système sol-structure et le mouvement du sol provoqué par le bâtiment. Nous l'avons appliquée à une configuration urbaine réelle: la zone Roma Norte, située sur la zone lacustre de Mexico. L'analyse de l'interaction simple site-ville a montré que son effet n'était pas négligeable: elle génère un mouvement du sol du même ordre de grandeur que le mouvement sismique incident. Une étude paramétrique a montré que l'importance de l'effet site-ville dépendait de la densité urbaine, du critère de résonance et du rapport des rigidités entre le bâti et le sol. Basée sur des considérations énergétiques, une relation analytique simple a également été proposée, pour connaître la potentialité de l'interaction site- ville, surun modèle urbain quelconque. L'interaction multiple entre structures a finalement été abordée par l'utilisation de la méthode des éléments finis. Les effets cumulés des interactions simples et multiples nous confirment ainsi que la ville peut modifier la distribution de l'aléa.

Le sol présente une variabilité spatiale des propriétés physiques et mécaniques dont les effets sur des structures légères avec semelles filantes et sur les conduites enterrées ne sont pas bien pris en compte dans leur dimensionnement. Cette variabilité naturelle peut être très importante dans le cas de ces ouvrages car elle induit des tassements différentiels, dont les conséquences peuvent être dommageables : fissures dans les murs, les poutres ou encore des fuites dans les réseaux d'assainissement. La variabilité naturelle du sol et l'incertitude liée à la connaissance imparfaite des propriétés du sol et/ou du béton ou de l'acier de la structure sont les principales sources d'incertitude dans le choix des paramètres de calcul pour le dimensionnement de ces structures. Dans cette thèse, une approche analytique avec les méthodes probabilistes (FOSM et SOSM) et le modèle de Winkler, puis numérique avec le couplage de la méthode des éléments finis avec des approches géostatistiques ont été successivement menées pour modéliser le comportement des semelles filantes et des conduites enterrés lorsque les incertitudes sur les propriétés mécaniques du sol et de la structure sont prises en compte dans leur dimensionnement. Il apparait ainsi, l'importance du comportement longitudinal de ces ouvrages et du poids des incertitudes dans leur dimensionnement.

Le présent travail à caractère théorique et numérique étudie le comportement mécanique des interfaces sol granulaire-structure ainsi que son application aux pieux isolés sous chargement statique. A partir du modèle de comportement élastoplastique d'interface bidimensionnel "MEPI 2D", un modèle tridimensionnel dit "MEPI 3D" est développé afin de mettre en évidence l'effet des contraintes de confinement tridimensionnelles régnant à l'interface au cours du cisaillement. Ces modèles considèrent un écrouissage déviatorique, prennent en compte l'état caractéristique (notion de contractance-dilatance) et intègrent l'état critique aux grands déplacements tangentiels. Les prévisions du comportement de l'interface à l'aide de MEPI 3D sont satisfaisantes. Parallèlement à cette contribution rhéologique, une méthodologie générale de modélisation numérique par éléments finis d'un essai de chargement de pieu est proposée. Les modèles MEPI 2D et MEPI 3D sont implantés dans le code de calcul aux éléments finis CESAR-LCPC. L'analyse numérique par CESAR-LCPC d'un pieu modèle en chambre d'étalonnage (Cermes, type 1), de pieux modèles sur site réel (Imperial College Pile, type 2) et d'un pieu en vraie grandeur (caisson du LCPC, type 3) est menée considérant les modélisations axisymétriques (MEPI 2D, MEPI 3D) et tridimensionnelles (MEPI 3D). En comparant les prévisions numériques aux données expérimentales, il est montré que le comportement des pieux est correctement reproduit. Par ailleurs, la comparaison de l'influence des modèles MEPI 2D et MEPI 3D est abordée.

Le renforcement des sols en zone sismique par des colonnes ballastées et/ou des inclusions rigides représente une alternative prometteuse et de plus en plus répandue par rapport aux solutions lourdes de fondations sur pieux. On sait que les pieux subissent, du fait de leur rigidité, des moments très importants au niveau de la liaison chevêtre-pieu. Les inclusions rigides surmontées d'un matelas granulaire permettent de mieux dissiper les efforts inertiels transmis par la superstructure, mais peuvent nécessiter des armatures si ce matelas n'est pas suffisamment épais. On peut penser que la colonne à module mixte (CMM) offre une solution combinant l'effet " matelas " à travers sa partie supérieure en colonne ballastée plus flexible et l'effet stabilisateur de la colonne inférieure. Cette thèse présente dans une première partie l'étude expérimentale réalisée au Laboratoire 3S-R (Grenoble) sur des modèles réduits à l'échelle 1/10 afin d'analyser la réponse de ces systèmes sous différentes charges statiques et dynamiques. Le modèle physique se compose d'une semelle carrée reposant directement sur l'argile renforcée. Le chargement vertical et horizontal, statique et dynamique est appliqué par l'intermédiaire de la fondation. Une instrumentation a été placée au niveau de la semelle pour obtenir la réponse globale du système, ainsi que dans la partie rigide inférieure du modèle pour évaluer la répartition des efforts entre inclusion et partie flexible supérieure. Une attention toute particulière a été donnée à la simulation de l'effet inertiel d'un séisme. Les profils de moments, d'efforts tranchants et de déplacements en fonction de la profondeur déterminés à partir de 20 extensomètres répartis régulièrement sur toute la hauteur de la partie rigide ont permis d'étudier l'influence de la hauteur de la colonne ou du matelas. La comparaison entre les déplacements dynamiques de la semelle et les courbes P-y (pression latérale P fonction du déplacement latéral y de la tête de pieu), permet de quantifier la dissipation de l'énergie dans les différentes parties du système. Les résultats expérimentaux montrent que la partie supérieure souple absorbe l'essentiel de l'énergie inertielle sismique. Une modélisation numérique 3D confirme les tendances observées expérimentalement et souligne l'importance du rôle de la zone de transition entre partie souple et partie rigide.

Trois stratégies de modélisation de structures sont proposées dans ce document. La première consiste à l'utilisation des éléments poutres multifibres de cinématique Timoshenko et des lois de comportement basées sur la mécanique de l'endommagement pour le béton et la plasticité pour les aciers. Après une présentation succincte de plusieurs éléments poutres multifibres existants dans la littérature, un nouvel élément Timoshenko avec des fonctions d'interpolation d'ordre supérieure est proposé. La deuxième stratégie concerne la prise en compte de l'Interaction du Sol avec la Structure (ISS) et le développement d'un élément d'interface 3D modélisant une fondation rigide superficielle reposant sur un massif de sol. Basé sur le concept des macro-éléments, ce nouvel outil est formulé en variables globales (forces et déplacements) et selon la théorie de plasticité, permettant ainsi de diminuer le temps de calcul. Enfin, la troisième stratégie traite de problème de la localisation des déformations et de l'objectivité des résultats des calculs dans un milieu enrichi (milieu avec microstructure). L'évolution de la zone de localisation est étudiée avec des modèles second gradient locaux pour différents types de lois simples basées sur la théorie de plasticité ou de l'endommagement. Des comparaisons avec des résultats expérimentaux et/ou des exemples numériques prouvent la performance des stratégies de modélisation proposées.