No description available.

La perméabilité du béton influence la durabilité des structures indirectement en gouvernant la vitesse de pénétration d'agents agressifs, mais aussi directement dans le cas où la structure joue un rôle d'étanchéité, ce qui est le cas des enceintes de confinement des centrales nucléaires. Dans le contexte industriel de la sûreté de ces structures, nous avons entrepris des travaux dont l'objectif est de caractériser l'évolution de la perméabilité du béton sous l'effet de la température et du chargement mécanique. <br>Les mesures de la perméabilité au gaz sont effectuées sur des éprouvettes cylindriques en béton soumises à des températures allant jusqu'à 150 °C et à une compression uniaxiale jusqu'à la rupture. Les résultats expérimentaux révèlent que les effets de la température et de l'endommagement peuvent être découplés pour l'estimation de l'évolution de la perméabilité. Ils nous ont permis de proposer une relation reliant la perméabilité à l'endommagement et à la température. Cependant, cette relation ne peut s'appliquer que dans le domaine pré-pic du comportement du béton où le béton demeure microfissuré. Afin de dépasser cette limite pour pouvoir modéliser également l'accroissement de la perméabilité en phase post-pic, un autre paramètre, qui est l'ouverture de fissure, est intégré dans la relation entre la perméabilité et l'endommagement.<br>Cette problématique, faisant l'objet d'une modélisation, est exploitée selon deux approches. La première se base sur la définition d'une loi de raccordement entre les lois existantes d'évolution de la perméabilité avec l'endommagement et l'ouverture de fissure. Avec cette approche les tendances observées expérimentalement sont retrouvées. La deuxième approche consiste à relier d'un point de vue mécanique l'endommagement avec l'ouverture de fissure puis d'appliquer la loi de Poiseuille pour déterminer la perméabilité. La validation expérimentale de cette approche, permettant de déboucher vers un modèle continu capable de reproduire les variations de perméabilité d'une structure, constitue une des perspectives de notre travail.

Nous avons réalisé dans ce travail une étude structurale de composés HDL de type hydrocalumite [Ca2M(OH)6]+[Xn 1/n . xH2O]- avec M=métal trivalent et X=anion, que nous écrivons en notation abrégée [Ca2-M-X]. L'étude de ces composés se révèle intéressante pour l'analogie qui existe avec les phases cimentaires AFm. Nous avons tout d'abord entrepris d'examiner les propriétés d'échange de ces phases notamment l'incorporation d'oxoanions solubles en milieu basique tels que SO4, CrO4, V2O7 et SiO3. L'étude par diffraction des rayons X montre un phénomène de "greffage" partiel des oxoanions sur le feuillet hydroxyde. L'étude de l'ordre local par les spectrométries d'absorption des rayons X au différents seuils K d'absorption (V, Cr et Fe) enregistrés in situ et Mössbauer du 57Fe, a permis une meilleure compréhension de l'évolution structurale de ces matériaux en température. Ils sont plus stables que leurs homologues dans le système hydrotalcite. L'étude spécifique de la phase [Ca2-Fe-CrO4] par absorption des rayons X révèle d'une part un plissement important du feuillet hydrocalumite dès l'ambiante et d'autre part le passage du cation Fe3+ d'un environnement octaédrique à un environnement tétraédrique à 175 ° C. Une étude de la stabilité de la phase monosulfate [Ca2AI(OH)6.1/2 SO4 2-. 2H2O] en condition de coprécipitation (pH = 11.5 et T = 65° C) à d'autre part été réalisée montrant notamment une conversion AFt (ettringite)-monosulfate qui rappelle celle observée dans les ciments. Une étude par spectrométrie Raman de la phase AFt a permis d'obtenir des informations précises sur la symétrie des anions sulfate et la nature du réeau de liaisons hydrogène. Finalement, nous avons montré que l'hydrocalumite pouvait aussi incorporer des cations dans le feuillet hydroxyde par substitution des ions M3+. La résolution structurale de la phase [Ca2-Sc-CI] par la méthode de Rietveld à partir des données de diffraction de rayons X sur poudre, montre une distorsion très importante de l'octaèdre Sc(OH)6 et une flexibilité importante du feuillet, certainement liée à la présence du calcium qui par sa coordinence 6+1 s'accommode d'un environnement très variable et permet ainsi une mise en ordre plus aisée des cations

Ce mémoire de thèse a été consacrée à étudier expérimentalement la perméabilité relative au gaz et à l'eau des matériaux cimentaires partiellement saturés, et à simuler numériquement le transfert d'eau dans le béton. La perméabilité relative d'un mortier de référence et d'un béton utilisé dans un centre de stockage de déchets radioactifs a été mesurée. Une méthode de mesurer la perméabilité relative à l'eau de deux bétons CEM I et CEM V, qui seront utilisés dans un stockage profond, a été proposée. Mais les quantités d'eau mis en jeu n'ont pas permis d'exploiter cette approche. Ceci indique la prépondérance de la capillarité sur la perméation lors du processus de saturation du matériau. On a ensuite mesuré la sorption capillaire de deux bétons CEM I et CEM V. A la même saturation en eau, la perméabilité relative au gaz de l'échantillon pré-traité par l'imbibition capillaire est moins grande que celle de l'échantillon pré-traité par adsorption sous humidité relative. Un double-modèle de rétention a été proposé qui peut bien modéliser l'isotherme de sorption des bétons CEM I et CEM V. La perméabilité relative au gaz et à l'eau est déduite. L'hystérésis de l'isotherme de sorption entraîne l'hystérésis de la perméabilité relative à l'eau tandis que la perméabilité relative au gaz n'a pas d'hystérésis remarquable. Avec le double-modèle de rétention et les courbes de la perméabilité relative à l'eau, on a pu simuler le processus de sorption sous humidité relative en utilisant une propre perméabilité intrinsèque à l'eau qui est dans le domaine de valeurs mesurées tandis que on n'a pas réussi à simuler l'imbibition capillaire à cause de la cinétique différente

L'objectif de ce mémoire est de faire une présentation synthétique des activités de recherche que j'ai menées au sein du LMT Cachan depuis neuf ans et de mettre en avant le fil conducteur du travail réalisé. Ce travail est la synthèse de collaborations avec différents chercheurs, industriels, doctorants et stagiaires de M2.Trois thèmes principaux seront développés ici. Ils concernent, comme le titre du mémoire l'indique, la modélisation mécanique et numérique de structures soumises à un impact. Afin de pouvoir proposer des méthodes prédictives de dimensionnement, je me suis attaché à aborder les trois éléments de bases : la modélisation du matériau, l'expérimentation sur structures et la modélisation numérique. En plus de ma notice individuelle, ce document présente donc les principaux résultats obtenus dans chacune des trois thématiques suivantes : Développement de lois de comportement adaptées à la dynamique Calculs sur structures industrielles Caractérisation expérimentale Pour chacun de ces trois thèmes, les motivations du travail et les principaux apports sont présentés en compléments de la copie d'un article représentatif des activités menées. La première partie est consacrée au premier thème de recherche développé, à savoir la modélisation du comportement des matériaux, tout particulièrement le béton, soumis à des sollicitations dynamiques. Je présenterai dans celui-ci un bref rappel du modèle développé lors de ma thèse de doctorat et qui a servi de base de travail pour une thèse que j'ai co-encadrée. Dans un deuxième temps, je présenterai un modèle d'endommagement anisotrope qui a fait l'objet de nombreux développements et publications ces dernières années. Enfin, je finirai par présenter un modèle utilisé pour les matériaux composites et que j'ai été amené à utiliser. Le seconde chapitre vise à présenter mes principales contributions concernant le développement de méthodes multiéchelles pour la représentation des matériaux et/ou de structures sous chargement sévère. Ainsi, je commencerai par présenter une approche ou le matériau n'est plus considéré comme homogène mais constitué d'une matrice et d'inclusions plus ou moins rigides. Ensuite je m'attarderai un peu plus sur deux méthodes numériques développées pour la modélisation de structure. Ces deux méthodes sont le fruit de mon passage dans le secteur ''Structures et Systèmes'' du LMT Cachan pendant 4 ans. Ceci m'a permis d'étoffer le champs de mes connaissances dans les matériaux composites et dans la méthode LATIN développée au laboratoire. La troisième partie est liée au développement d'outils de calcul prédictifs pour les problèmes d'impact. C'est pourquoi je commencerai par présenter des essais sur tour de chute que nous avons développés en collaboration avec le CEA Saclay. Ces essais nous ont ensuite été utiles pour montrer les capacités de prédictions des différentes modélisations développées. Ceci a été confirmé par la simulation d'essais de souffle et d'impact de réacteur d'avion sur des dalles en béton armé réalisés dans les années 90. Finalement, quelques perspectives sur mes activités de recherche sont proposées à la fin de ce document. Cette dernière partie présente notamment les activités de recherche et d'encadrement qui débute cette année. L'annexe correspond à mon dossier professionnel. Il contient, en plus de mon CV, mon implication dans divers contrats de recherche, mes activités d'encadrement, ainsi que la liste de mes publications scientifiques.

The standard design procedure of reinforced concrete frame structures starts with linear analysis to obtain the corresponding diagrams of stress resultants (bending moment, shear and axial force), followed by the ultimate analysis of each cross section. The main disadvantage of such a design procedure concerns the (highly) statically indeterminate frames, where the failure of each beam or column would not imply the complete failure of the structure, but would lead to a significant stress resultant redistribution with respect to the result obtained by linear analysis. For that reason, we propose the performance based design procedure where the behavior until complete failure of beam-column and frames imposes to consider so-called plastic hinges corresponding to the zones where plasticity and/ or damage localizes. Engineering structures are usually statically indeterminate, so that the total failure of one member would affect the global response of the structure but it would not lead to a complete loss of the structural integrity. Moreover, being capable of describing the softening response of the members of one particular structure can provide an estimate of the residual life of a partially damaged structure. Such a procedure can also help to provide a more detailed crack description, which is needed to make decisions about the maintenance and repairs.

Le béton est un matériau hétérogène complexe dont les déformations comportent une partie différée qui est affectée par un grand nombre de facteurs tels que la température, l'humidité relative et l'évolution de la microstructure. La prise en compte des déformations différées et en particulier du fluage est indispensable dans le calcul des ouvrages en béton tels que ceux destinés à stocker des déchets radioactifs. Ce travail de thèse a pour objectifs : (1) de développer un modèle de fluage simple et robuste pour le béton en faisant appel à la micromécanique et en tenant compte de l'endommagement et des effets thermiques et hydriques ; (2) d'implanter numériquement le modèle développé dans un code de calcul par éléments finis de façon à pouvoir simuler le comportement d'éléments de structure simples en béton. Pour atteindre ce double objectif, le travail est scindé en trois parties. Dans la première partie, le matériau cimentaire est à l'échelle microscopique supposé être constitué d'une matrice viscoélastique linéaire caractérisée par un modèle de Maxwell généralisé et de phases particulaires représentant les granulats élastiques et les pores. Le schéma micromécanique de Mori-Tanaka, la transformée de Laplace-Carson et son inversion sont alors utilisés pour obtenir dans l'espace temporel des estimations analytiques ou numériques de ses paramètres mécaniques et hydromécaniques. Ensuite, le modèle micromécanique de fluage obtenu est couplé au modèle d'endommagement de Mazars via le concept de pseudo-déformations introduit par Schapery. Les paramètres intervenant dans le modèle viscoélastique endommageable ainsi établi sont systématiquement identifiés à l'aide de données expérimentales. Enfin, la prise en compte des effets de la température et de l'humidité relative dans le modèle viscoélastique endommageable est basée sur la méthode du temps équivalent ; l'efficacité de cette approche est démontrée et discutée dans le cas de chargements simples de fluage

De nos jours, la corrosion des armatures engendre une usure accrue des structures en béton armé suscitant une inquiétude grandissante de la population. Afin d’éliminer ce problème, l’utilisation de barres d’armature en polymères renforcés de fibres (PRF) représentent une solution de substitution des barres d’armature en acier. Le projet de recherche s’effectue dans le cadre de la réfection complète en armatures composites de la dalle du quai de déchargement à l’incinérateur de la ville de Québec. En fait, les matériaux composites sont considérés, car ils constituent une solution alternative à l’acier et sont très avantageux considérant leurs propriétés mécaniques et leur comportement. Cependant, il y a toujours un manque d’informations sur la durabilité de ces types de barres soumises à des charges cycliques dans un environnement agressif. Le projet de recherche vise à étudier le comportement en service sur une toute nouvelle application, soit une dalle d'un quai de déchargement de déchets et l’expérimentation s’est effectuée à l’incinérateur de Québec. L’objectif global du projet est de caractériser le comportement en service (flèche, fissuration, déformation) des PRFV sous des sollicitations environnementales particulières et sous des charges importantes à l’intérieur du bâtiment. L’ouvrage est constitué d’une dalle de béton unidirectionnelle de 200 mm d'épaisseur supportée par des poutres de béton à travées multiples variant approximativement de 6 à 11,5 m. Cette dalle, ayant une surface approximative de 1300 mètres carrés, est conçue conformément à la norme CAN/CSA-S806-02¹ ainsi que la norme CAN/CSA-S6-06². Lors de la construction, des équipements de mesure ont été installés à des endroits stratégiques, ce qui a permis d’effectuer des études paramétriques, plus particulièrement sur la flèche, la fissuration ainsi que sur l’augmentation des contraintes et des déformations. Ces études sont requises étant donné que les critères en service prônent sur les critères de résistance lors de la conception. Afin de caractériser le comportement en service de l’ouvrage, des essais de chargement ont été réalisés, et ce, avec les camions-vidanges. La validation et la comparaison des résultats expérimentaux et théoriques ont permis de déterminer si les normes actuelles surestiment certaines valeurs pour le calcul des états limites de service.

Résumé: Au Québec, la majorité du réseau routier, construit dans les années 1960-1970, montre des signes manifestes de vieillissement. Aussi, l’augmentation du trafic routier et les conditions climatiques rigoureuses, rendent difficile l’entretien et l’exploitation des chaussées routières dans ce territoire nord-américain. Effectivement, ces conditions environnementales engendrent des dégâts importants pour les chaussées routières, principalement en hiver. L’emploi de sels de déglaçage pour lutter contre le gel accentue les facteurs de dégradation des routes surtout pour les chaussées rigides jointées en béton. Les phénomènes de détérioration se manifestent notamment par la corrosion des aciers au niveau des joints qui sont des éléments structuraux garantissant la durabilité des routes. Les chaussées rigides jointées ou « dalles courtes goujonnées » sont encore principalement dimensionnées avec des goujons en acier placés au droit des joints. Un des rôles de ces structures est de contrôler la fissuration due aux conditions thermiques et environnementales. Pour pallier ces désordres, le Ministère des Transports du Québec (MTQ) se tourne vers de nouvelles techniques et des matériaux plus performants afin d'assurer la pérennité des ouvrages. Avec l'évolution rapide des méthodes et des connaissances en matière de conception des chaussées, ainsi qu'avec l'apparition de nouvelles technologies et de nouveaux produits, le ministère met l'accent sur la recherche et le développement. Cela a permis de mettre au point des techniques novatrices et de concevoir diverses technologies au contexte québécois. Justement, un des axes de recherche et de développement se porte sur les matériaux composites qui ont récemment donné de bons résultats dans le domaine du génie civil. C’est pourquoi des goujons en polymères renforcés de fibres de verre (PRFV) apparaissent comme une solution à la corrosion des armatures de liaison en acier. Elles accroissent ainsi une durabilité à moindres coûts : la durée de service est allongée, l’entretien et l’impact sur les personnes et le trafic sont réduits. Ce projet propose une optimisation de dimensionnement structural sur des spécimens de dalles de chaussées jointées, en vue de leur utilisation dans de nouveaux projets.Les goujons de PRFV qui font l’objet de ces essais sont fabriqués par la compagnie Pultrall Inc. de Thetford Mines (Québec, Canada). La résine utilisée pour les PRFV est uniquement une résine vinylester et les goujons ont des diamètres allant de 28,6 mm à 34,9 mm. Enfin, un seul type de sol est utilisé dans le cadre de ce projet ; il s’agit d’un type de sol dont la particularité recherchée est son module de réaction.||Abstract: In Quebec, the majority of the road network was built in the 60's - 70's and show obvious signs of ageing. Moreover, the increase of road traffic and the rigorous weather conditions, render the maintenance and the exploitation of roads in this Northern American part quite difficult. Indeed, these environmental conditions cause severe damages for roads, especially in winter. The degradation factor of the jointed rigid pavement is intensified by the highway salt. So, the phenomena of deteriorations appears mainly by the corrosion of the steel at the joints (structural elements) guaranteeing the durability of roads. The jointed rigid pavements or "short jointed pavements" are still mainly sized with steel dowels placed at the lining of joints. One of the main functions of these structures is to control the formation of cracking due to the thermal and environmental conditions. In order to reduce these , disorders, the Ministry of Transport of Quebec (MTQ) turned towards new techniques and innovative materials to ensure the longevity of roads. With the rapid evolution of specific methods and knowledge in roads design, joined with technologies and new products, the MTQ emphasizes the research and development. That way, advanced techniques and diverse technologies in the Quebecois context are settled. As a matter of fact, one of the axes of these development researches concerns the composite materials which have recently been given good results in the civil engineering area. That is why Glass Fibre-Reinforced Polymer (GFRP) dowels bars appear as a solution to the steel corrosion. In fact, they provide better durability with lower costs: the increase of service life as well as the decrease of maintenance persons and traffics impac. Thus, this project proposes an optimization of structural design of GFRP dowels for transverse jointed highway pavement slabs, also keeping in mind their use in new projects. The GFRP dowels which are given in this essay are made by the Pultrall Inc. Company from Thetford Mines (Quebec, Canada). The resin used for the polymer materials is only vinylester resin and the dowels have diameters going from 28.6 mm to 34.9 mm. Finally, only a stiff base is used for the road, its particularity is the modulus of subgrade reaction.

Ce mémoire présente les résultats d’une étude expérimentale traitant du retrait et du comportement à la fissuration des barrières de béton renforcé d'acier et de PRFV soumises à des conditions réelles d'environnement et de chargement. Grâce à une collaboration entre le Ministère des Transports du Québec (MTQ) et l'Université de Sherbrooke, un projet de suivi d’une barrière de type MTQ202ME a été effectué. La barrière a été construite sur un pont de six voies conçu d’un béton haute performance ayant une résistance à la compression de 50 MPa à 28 jours. Située sur l’autoroute 410, à Sherbrooke, la barrière à l'étude fait partie du viaduc qui a été construit en juin 2010. La barrière sépare le pont de six voies en trois voies dans chaque direction. Le suivi de la glissière comprend deux sections dont une de 23 m et une de 24 m de longueur. La première section (24 m) a été renforcée avec des barres de PRFV et la seconde (23 m) a été renforcée avec des barres d’acier galvanisé. L'objectif principal de cette étude est d'évaluer le comportement au retrait empêché et à la fissuration de cette barrière médiane. Ainsi, un suivi de l'ouverture des fissures, de leur propagation ainsi que de l'évolution des contraintes a été effectué dans les deux sections de PRFV et d'acier. Par ailleurs, l'effet du retrait à jeune âge et de la fissuration du béton à haute performance a été saisi grâce à ce suivi. Les barres de PRFV ont été instrumentées avec des jauges à fibres optiques (FO), tandis que les barres d'acier ont été instrumentées avec des capteurs à corde vibrante (CCV). Des thermocouples (TH-T) ont également été utilisés pour mesurer la température. En plus des FO et des CCV, des jauges électriques (JE) ont également été utilisées pour des mesures de déformation supplémentaire. Les capteurs à corde vibrante et les thermomètres ont été reliés à deux multiplexeurs et à un système d'acquisition de données pour enregistrer les lectures, tandis que les capteurs FO ont été reliés à une imité d'acquisition pour FO de 16 canaux. Cependant, les lectures des JE ont été capturées manuellement à l'aide d’une unité de lecture pour jauge électrique. Enfin, une modélisation par éléments finis de la barrière a été conçue et comparée avec les valeurs expérimentales obtenues. Cette recherche doit évaluer la quantité optimale de renfort longitudinal nécessaire pour contrôler les largeurs de fissurations du béton armé de PRF au même niveau que le béton armé traditionnel. Dans un proche avenir, il serait possible d’envisager que, grâce à ce projet de recherche, plusieurs ouvrages renforcés de ce type de PRF pourraient être construits.||Abstract: This thesis presents the results and analysis of an experimental study to investigate the shrinkage and cracking behaviour of GFRP- and steel-reinforced concrete barriers subjected to real environmental and load conditions. Through a collaboration project between the Ministry of Transportation of Quebec (MTQ) and the University of Sherbrooke, the field monitoring of GFRP- and steel-reinforced concrete barriers type MTQ 202ME was conducted. The barriers are constructed on a 6-lane concrete bridge using high-performance concrete with a compressive strength of 50 MPa after 28 days. The barrier under consideration was incorporated in a new Highway 410 Overpass Bridge, located in Sherbrooke, Quebec, which was cast in June 2010. The barrier separate the six-lane bridge into three lanes in each direction. The field monitoring included two sections of 23 m-long and 24 m-long. The first section (24 m-long) was reinforced with GFRP bars and the second one (23 m-long) was reinforced with galvanized steel bars. The main objective of this investigation was to evaluate the restrained shrinkage cracking behaviour of median barriers by monitoring the crack initiation and propagation as well as the strain evolution in both GFRP- and steel-reinforced sections. Besides, the effect of early age shrinkage and cracking of the high-performance concrete was captured thought the monitoring. The GFRP bars were instrumented with fiber-optic sensors (FOS) at different locations along the barrier length while the steel bars were instrumented with vibrating wire strain gauges (VWSG). Thermometers (TH-T) were also used for temperature measurements. In addition to the FOS and the vibrating wire strain gauges, electrical resistance strain gauges (ESG) were also used for additional measurements. The vibrating wire sensors and thermometers were connected to two multiplexers and a Datalogger to capture their readings while the FOS sensors were connected to a 16-channel DMI unit to capture and store their readings. The readings of the ESG, however, were captured using the P-3500 readout unit. Finally, a finite element model of the barrier was designed and compared with experimental values obtained. This research is to assess the optimal amount of longitudinal reinforcement necessary to control the crack width of FRP reinforced concrete at the same level as the steel reinforced concrete. In the near future, it would be possible to believe that through this research project several retaining structures reinforced with FRP could be built.