La France Métropolitaine est composée de régions à sismicité modérée mais néanmoins vulnérables aux tremblements de terre. En effet, 85% des bâtiments existants ont été construits avant l’apparition des règles de construction parasismique. Pour évaluer la vulnérabilité sismique de ces structures, il existe différentes méthodes à grande échelle telles que Hazus ou Risk-UE, non adaptées à l’échelle d’un bâtiment. Deux typologies de structures ont été étudiées dans ce travail : les structures récentes en béton armé représentatives des grands bâtiments stratégiques, et les structures en maçonnerie non renforcée, représentatives des centres villes historiques. Compte-tenu de la sismicité modérée, les structures récentes en béton armé ont un comportement linéaire élastique. Dans ce cadre, l’instrumentation d’un bâtiment, tel que la Tour de l’Ophite, est essentielle car elle permet de déterminer les vibrations ambiantes d’une structure et d’en extraire les paramètres modaux (fréquences propres, amortissements et déformées modales) qui incluent naturellement des informations sur la qualité des matériaux utilisés, leur vieillissement, leur endommagement, etc. De plus, un outil, basé sur la méthode stochastique par sous-espaces à l’aide des matrices de covariance (SSI-COV), a été développé afin de détecter au mieux les modes propres très proches (modes doubles), lors du traitement des données issues de l’instrumentation de la Tour de l’Ophite. Un modèle numérique par Eléments Finis est également proposé afin de prédire, dans le domaine linéaire, les déplacements de la Tour de l’Ophite soumise à un séisme identique à celui des Abruzzes en Italie en 2009. Pour les structures en maçonnerie non renforcée, un modèle de comportement non-linéaire des matériaux, avec une approche de type endommagement fragile, a été développé et utilisé pour la simulation numérique du comportement ductile des panneaux, remplaçant ainsi la mise en œuvre d’essais expérimentaux lourds et coûteux. A partir des travaux précédents, une méthodologie analytique d’évaluation de la vulnérabilité sismique des bâtiments existants, validée par comparaison avec le code numérique TreMuRi, est proposée et appliquée à un bâtiment. Par exemple, la généricité de notre méthodologie a permis de mener une investigation sur un matériau local, les murs en galets. / France is a country composed of moderate seismic hazard regions however vulnerable to earthquakes. 85% of existing buildings have been built before the application of paraseismic codes. Several current large-scale seismic vulnerability assessment methods are used, such as Hazus or Risk-UE, but they are inappropriate for specific building analysis. Two structure types have been evaluated in this thesis; the recent reinforced concrete structures for high strategic buildings, and the unreinforced masonry structures, for historical city centres. In view of the moderate seismic risk, recent reinforced concrete structures have an elastic behaviour. In this context, the instrumentation of a building, such as the Ophite Tower, is essential as it determines the ambient vibrations of a structure and extracts modal parameters (natural frequencies, modal shapes and damping), which naturally include information such as quality of materials, ageing, damage, etc. Moreover, as a tool based on the Covariance driven Stochastic Subspace Identification method (SSI-COV), it was developed in order to improve the detection of very close natural modes (double modes), during data processing from the instrumentation of Ophite Tower. A Finite Element numerical model (linear) was also proposed to predict the displacements of Ophite Tower under a seismic motion similar to Abruzzes earthquake (Italy, 2009). For unreinforced masonry structures, a model for nonlinear behaviour of materials with a brittle cracking approach has been developed. This is used for the numerical simulation of the ductile behaviour of panels and replaces the expensive experimental tests. From previous works, an analytical seismic vulnerability assessment method of existing buildings, validated par comparison with TreMuRi code, was proposed and applied to a building. For example, the genericity of this methodology has led to an investigation of a local material (pier walls).

La simulation numérique est un outil essentiel pour mieux comprendre la réalité des phénomènes qui se produisent au sein des milieux discrets, en particulier des milieux rocheux fracturés. Notre travail a pour objectif d'étudier le comportement mécanique et dynamique des milieux rocheux en réalisant des modèles discontinus dans lesquels les mesures de l'orientation et l'espacement interfractura, effectuées sur le terrain, sont intégrées au modèle de façon stochastique. Pour la génération des milieux fracturés numériques des algorithmes basés sur les méthodes statistiques et géostatistiques sont développés. Le comportement mécanique de modèles académiques et de structures réelles en maçonnerie est étudié grâce à la méthode Non Smooth Contact Dynamics (NSCD). Des structures en maçonneries telles que le monument historique de l'amphithéâtre de Nîmes et l'aqueduc d'Arles sont étudiées, à échelle réelle, en deux et trois dimensions pour leurs comportements dynamiques pendant une sollicitation sismique. Les modèles de milieux rocheux fracturés engendrés à partir d'études de cas sont analysés selon deux axes : l'étude de la stabilité de pentes rocheuses et la conception de travaux souterrains par la méthode NSCD en utilisant le code LMGC90. La stabilité de ces modèles est étudiée en deux et trois dimensions. Les analyses effectuées sur ces modèles ont permis de proposer des recommandations pour l'installation d'éventuels soutènements. Elles ont également permis la distinction des familles des fractures jouant un rôle prépondérant dans l'instabilité de ces massifs. La modélisation de certaines méthodes de protection en travaux au rocher telles que le boulonnage et les filets pare-pierres est ensuite abordée dans les perspectives envisagées comme développement de nos travaux.

Cette contribution, en s’appuyant sur un travail expérimental et de modélisation numérique à l’aide de la méthode des éléments distincts, vise l’étude de structures en maçonnerie et de structures en pisé. Pour la partie maçonnerie, notre étude traite tout d’abord de modèles réduits testés sur table inclinable, puis dans un second temps nous avons testé des murs en briques à une échelle représentative. Dans la deuxième partie, nous avons mené des essais sur des murs en pisé sous un chargement en cisaillement, avec ou sans précontrainte axiale de confinement qui correspond à une descente de charge. Une modélisation numérique par la méthode des éléments discrets a été réalisée pour ces différents cas d’étude. La comparaison entre les résultats expérimentaux et numériques, nous a permis, d’évaluer les pertinences et limites de la modélisation via la méthode des éléments discrets (DEM). / This contribution, based on experimental work and numerical modeling using the distinct elements method, aims to study masonry structures and rammed earth structures. For the masonry part, our study first deals with reduced models tested on tilting table, then in a second time we tested brick walls on a representative scale. In the second part, we conducted tests on rammed earth walls under a shear loading, with or without axial prestressing of the containment which corresponds to a descent of load. Numerical modeling using the discrete element method has been carried out for these different case studies. The comparison between the experimental and numerical results, allowed us to evaluate the relevance and limits of modeling via the discrete element method (DEM).