L'utilisation de matériaux isolants à base de granulats végétaux est en plein essor notamment pour la réhabilitation du bâti ancien, améliorant ainsi le confort des habitants. Ces matériaux possèdent des propriétés thermiques, hydriques et acoustiques appréciables. Cependant, leur développement est encore limité par le manque d'information sur l'évolution de leurs performances à long terme. Ainsi, l’objectif de cette étude est d’évaluer l’évolution des propriétés fonctionnelles du béton de chanvre, en identifiant les mécanismes de vieillissement lorsque le matériau est exposé à différents types d'environnements. Pour cela, deux bétons de chanvre formulés avec une même chènevotte et deux liants de nature chimique différente sont retenus. L’approche utilisée dans cette étude est pluridisciplinaire (chimique, physico-chimique, microbiologique, microstructurale, acoustique, thermique et mécanique) et multi échelle. L'étude des propriétés chimiques et microstructurales permet de comprendre les variations des propriétés fonctionnelles. Dans un premier temps, la caractérisation initiale des deux formulations a permis de mettre en évidence l’absence d’influence de la nature du liant sur les propriétés fonctionnelles des isolants, ce qui peut être en partie expliqué par des microstructures similaires. Une faible résistance mécanique des matériaux, liée à l'inhibition de la prise des liants en raison de leurs interactions avec les molécules extraites de la chènevotte, a également été mise en évidence. Dans un second temps, les bétons de chanvre ainsi que la chènevotte brute sont soumis à un vieillissement accéléré en imposant des cycles d’humidification/séchage pendant deux ans. Les modifications des performances des matériaux à différentes échéances sont comparées à celles d'échantillons de référence placés à 50% d’humidité relative et une température constante contrôlée. Dans les conditions de référence, aucune variation de propriétés n'est observée. Pour le vieillissement accéléré, les variations de propriétés mises en évidence sont induites par différents paramètres. Dans le cas de la chènevotte brute, l’action des microorganismes et l’adsorption d’eau entrainent une perte de masse et l'ouverture des porosités à l'origine des variations des propriétés acoustiques et hydriques. Pour le béton de chanvre, aucun développement fongique n’est observé en surface du matériau. En revanche, l’action de microorganismes est bien visible à l’intérieur des granulats végétaux, et des mécanismes supplémentaires sont identifiés : les réactions d'hydratation et de carbonatation au sein du liant ainsi que la minéralisation de la chènevotte entrainent des variations de propriétés thermiques, acoustiques et hydriques en modifiant la microstructure des bétons de chanvre. En conclusion, l’absence de variations des propriétés des bétons de chanvre dans les conditions de référence laisse penser que dans un bâtiment réel, leurs propriétés peuvent être stables dans le temps, les pathologies observées étant alors liées à une mise en œuvre défaillante. Pour aller plus loin, les résultats obtenus lors de ce travail devront être validés par une étude in situ qui permettrait d’estimer la durée de vie de ces matériaux / The use of insulating materials based on plant aggregates is growing quickly, especially for the rehabilitation of old buildings, thus improving the comfort of residents. These materials have significant thermal, hydric and acoustic properties. However, their development is still limited by the lack of information on the evolution of their long-term performances. Thus, the objective of this study is to evaluate the evolution of the functional properties of hemp concretes, by identifying the aging mechanisms when the material is exposed to different types of environments. For this aim, two hemp concretes formulated with one type of hemp and two binders with different chemical nature are retained. The approach of this study is multidisciplinary (chemical, physico-chemical, microbiological, microstructural, acoustic, thermal and mechanical) and multi-scale. The study of chemical and microstructural properties allows the understanding of the variations of functional properties. Firstly, the initial characterization of the both hemp concretes made it possible to demonstrate the absence of impact of the nature of the binder on the functional properties of the insulators, which can be partly explained by their similar microstructure. A weak mechanical resistance of the materials was also highlighted, related to the inhibition of the setting of the binders because of their interactions with the molecules extracted from the shiv. Secondly, hemp concretes and bulk shiv hemp are subjected to an accelerated aging by imposing cycles of humidification / drying during two years. The modifications of the material performances at different time scales are compared to reference samples stored at 50% of relative humidity and a constant controlled temperature. Under reference conditions, no variation in properties is observed. For accelerated aging, the variations of properties highlighted are induced by several parameters. In the case of bulk shiv, the action of microorganisms and the adsorption of water lead to a loss of mass and to the opening of porosities, leading to variations in acoustic properties. For hemp concretes, no fungal development is observed on the surface of the material. On the other hand, the action of microorganisms is clearly visible inside the plant aggregates, and additional mechanisms are identified: the hydration and carbonation reactions within the binder as well as the mineralization of the vegetal particles cause variations in thermal, acoustic and hydric properties by modifying the microstructure of hemp concretes.In conclusion, the absence of variations in the properties of hemp concretes in the reference conditions suggests that in a real building, their properties can be stable over time, the observed pathologies then being due to a faulty implementation. To go further, the results obtained during this work have to be validated by an in-situ study to be able to estimate the lifetime of these materials

L'emploi de certaines additions minérales et organiques dans la confection du mortier et du béton contribue à une modification du processus d'hydratation du ciment. L'incorporation de ces additions minérales entraîne également une modification de la distribution granulaire, l'apparition de nouveaux sites de nucléation et une nouvelle activité des surfaces des grains. Ceci nécessite le malaxage avec des superplastifiants qui viennent défloculer les grains, libérer l'eau piégée dans les interstices et améliorer l'ouvrabilité du béton. Ces modifications des propriétés physicochimiques des composants du béton affectent directement les propriétés rhéologiques du mortier et du béton à l'état frais ainsi que ses composantes finales.L'objectif principal de ce travail est focalisé sur la prédiction des modifications rhéologiques apportées par les additions minérales aux mortiers afin de trouver les meilleures compositions d'une mise en œuvre convenable. Une étude expérimentale est entamée sur des mortiers normalisés où le ciment ordinaire est substitué partiellement par différentes additions minérales telles que la fumée de silice, le laitier des hauts fourneaux, la pouzzolane naturelle et le calcaire. Avec l'eau de gâchage, on a ajouté plusieurs types de superplastifiants avec différents dosages où les paramètres rhéologiques du mortier ont été mesurés respectivement par un mini cône et un rhéomètre.Les paramètre rhéologiques obtenus varient sensiblement avec chaque type d'addition minérale et dépendent de ses propriétés et son interaction avec le superplastifiant et les grains de ciment. Le superplastifiant à base de polycarboxylates est plus efficace en présence du ciment contenant du calcaire ou du laitier conduisant à une amélioration des propriétés rhéologiques. Par contre, le mortier devient plus visqueux s'il contient un fort pourcentage de pouzzolane naturelle. Une relation mathématique est proposée qui exprime la variation de chaque paramètre rhéologique selon le taux de substitution du ciment et le dosage en superplastifiant. Cette relation est exprimée par le produit de trois paramètres; l'effet de l'addition minérale, l'effet du superplastifiant et l'effet de leur interaction. Les coefficients de corrélation trouvés sont proches de l'unité et justifient bien la convenance de ce choix. L'application de cette nouvelle relation à d'autres résultats trouvés par d'autres chercheurs présente une grande satisfaction avec des résultats satisfaisant et des coefficients de corrélation allant 0,9 à 0,98. / The use of some organic and inorganic admixtures in the production of mortar and concrete contributes to a change in the cement hydration process. The incorporation of these mineral additions also causes a change in the grain distribution, the appearance of new nucleation sites and a new activity of the grain surfaces. This requires mixing with superplasticizers which deflocculates grains, releases the trapped water in the interstices and improves the workability of concrete. These changes in the physicochemical properties of the cement paste directly affect the rheological properties of mortar and concrete in the fresh state and its final components.The main objective of this work is focused on the prediction of rheological changes of mineral additions mortars and finds the best composition for a suitable casting. An experimental study is underway on standardized mortars where ordinary cement is partially substituted by different mineral additions such as silica fume, blast furnace slag, natural pouzzolan and limestone powder. With the mixing water, was added several types with different dosages of superplasticizers where the rheological parameters of the mortar were measured respectively by a rheometer apparatus and a mini cone test.The Theological parameters obtained vary with each type of mineral addition and depend on its properties and its interaction with the superplasticizer and cement grains. The polycarboxylate superplasticizer is more effective in the presence of limestone powder or cement containing slag resulting in improved rheological properties. However, the mortar becomes more viscous if it contains a high percentage of natural pozzolan. A mathematical relationship is provided which expresses the variation of each rheological parameter according the substitution rate of the cement and superplasticizer dosage. This relationship is expressed by the product of three parameters; the effect of the mineral addition, the effect of the superplasticizer and the effect of their interaction. The correlation coefficients found are close to unity and well justify the appropriateness of this choice. The application of this new relationship to other results found by other researchers has high satisfaction with satisfactory results and correlation coefficients ranging from 0.9 to 0.98

Ce travail de thèse combine des approches expérimentales et théoriques visant à caractériser les propriétés mécaniques et de durabilité des bétons à base de granulats recyclés. La première partie est consacrée à la quantification de l'effet des granulats recyclés sur les propriétés mécaniques et de durabilité de ces bétons. Les résultats montrent que les propriétés mécaniques et de durabilité des bétons à base de granulats recyclés sont sensibles non seulement aux propriétés physiques des granulats recyclés mais aussi à leur quantité au sein de la microstructure. Par ailleurs, une caractérisation des propriétés mécaniques locales grâce aux essais de nano indentation et micro indentation a aussi été entreprise; ce qui a permis d'avoir accès aux propriétés mécaniques des phases telles que les zones d'interface ou encore l'ancien mortier. La deuxième partie est une approche consacrée à l'établissement des modèles multi-échelles en mesure de rendre compte des propriétés macroscopiques (mécanique et de diffusion) des bétons à base de granulats de démolition en tirant profit des informations recueillies sur la microstructure (observation au microscope, nano et micro indentation,...). Une prise en compte du caractère complexe des granulats recyclés a aussi été abordée dans ce développement théorique. Enfin, une comparaison des résultats des modèles avec ceux expérimentaux est présentée puis discutée dans ce travail / This thesis combines experimental and theoretical approaches to characterize the mechanical and durability properties of recycled aggregate concretes (RAC). The first part of the work is devoted to the quantification of the impact of recycled concrete aggregates on the mechanical and durability properties of RAC. The results show that mechanical and durability properties of recycled aggregate concretes depend not only on the physical properties of recycled concrete aggregates but also on their quantity in the microstructure. Furthermore, statistical indentation technique is used to capture the local mechanical properties of phases in the microstructure of RAC such as the interfacial transition zones and the attached mortar. The second part of this study deals with the multi-scale modeling of the mechanical and the durability properties of RAC. The main purpose of this theoretical work is to establish models capable to predict the macroscopic behaviour based on the available information on the microstructure (obtained by optical microscopy or through indentation technique). The established models take into account the complex structure of the recycled concrete aggregates. Finally, the results of the models are compared with experimental data for discussion

Il est difficile de quantifier les dissipations d'énergie se produisant dans les ouvrages lors d'un séisme de manière réaliste, en particulier dans le cas de structures en béton armé. Ceci s'explique par la diversité des sources de dissipations. Classiquement, elles sont introduites dans la modélisation des structures sous la forme d'un amortissement global peu physique. Le problème qui se pose est de savoir comment prendre en compte l'amortissement de manière plus physique. Ces travaux visent à apporter des éléments de réponse à cette problématique. Pour cela, deux objectifs ont été poursuivis : le premier consiste à qualifier et quantifier expérimentalement les sources d'amortissement dues au béton, le second vise à développer une méthode de calcul, peu couteuse et permettant de modéliser le comportement global mais aussi l'amortissement de manière réaliste. Une campagne d'essais de flexion 3 points alternée a été réalisée afin de quantifier les mécanismes contribuant à l'amortissement. Cette campagne est effectuée sur des poutres saines mais également sur des poutres pré-endommagées. L'analyse des expériences a permis d’identifier différentes grandeurs physiques influençant l’amortissement. Cette campagne a été modélisée à l'aide de trois lois de comportements, une loi s'est révélée pertinente. La loi de comportement ainsi identifiée a permis de développer une modélisation simplifiée, en vue d'études probabilistes. Cette dernière est fondée sur une loi de comportement simple couplée à une actualisation de l'amortissement visqueux. Trois actualisations de l'amortissement ont été développées et confrontées à une campagne d'essais sismiques mono axiaux sur un poteau. / It is hard to determine the energy dissipation that occurs during an earthquake, especially where reinforced concrete structures are concerned. The reason for this is the many different causes of energy dissipation, these dissipations typically creep into the essential pattern of the structures as a uniform, slight damping, and which is heavily quantify. The challenge is therefore to ascertain how to carry out damping in a way that relies more on the laws of physics themselves. This study aims at bringing some clarifications to this problem. In order to achieve this, two objectives were targeted during the case study: the first consisted in experimentally qualifying and quantifying the sources of damping in concrete, the second aims at developing a method which model both the overall behaviour and the damping in a realistic way with low computational costs. Reverse 3-point bending tests were carried out to determine and quantify the mechanisms responsible for damping. The tests were carried out on sound beams, and also on pre-damaged beams. It was possible to relate the damping to the damage, the intensity of the load and the erosion of the crack surfaces. These tests were modeled using three physical constitutive laws, one proved to be relevant. The behaviour law thus identified allowed us to develop a simplified model to be used during probabilistic assessments. This model is based on a simple constitutive law, coupled with the updating of viscous damping. It is carried out according to the evolutions of the mechanical properties of the structure and the load. Three updates of the damping were developed and subjected to a serie of mono axial seismic tests on a column.

La surveillance des structures de génie civil, afin d'en estimer l'état de santé, est un enjeu majeur pour les maîtres d'ouvrages. Les systèmes de mesures réparties par fibre optique, composés d'un interrogateur connecté à une fibre optique intégrée dans un câble, permettent de mesurer le profil de déformation avec un pas de mesure centimétrique et une portée kilométrique. Ils sont donc adaptés aux structures présentant de grands linéaires ou de grandes surfaces. Mais, avant tout déploiement industriel, il est nécessaire d'en évaluer leurs performances. Du fait de la déformation par cisaillement du revêtement du câble, le profil de déformation mesuré le long de la fibre optique n'est pas strictement identique à celui du matériau environnant. Une méthode, basée sur la mise en œuvre d'essais et de simulations numériques, a été développée afin de caractériser les mécanismes de transfert d'effort du milieu hôte à la fibre optique à travers le revêtement du câble. Cette méthode a été appliquée pour déterminer la réponse mécanique d'un câble particulier noyé dans le béton. Les performances métrologiques d'un système de mesure donné ont été évaluées sur la base d'une analyse d'essais « du laboratoire au terrain ». Cette étude a permis de quantifier les différentes composantes d'incertitude et d'estimer les performances du système de mesure complet. Enfin, le câble, noyé dans le béton, ne peut être remplacé. La connaissance de l'impact du vieillissement sur la réponse mécanique du câble est donc primordiale. Une étude spécifique est menée dont le but est d'estimer la durabilité du câble face aux sollicitations chimique, thermique et mécanique correspondant à une application donnée / Structural Health Monitoring is a key factor in life-cycle management of civil structures. Truly distributed fiber optic sensors, composed by an optoelectronic device paired with an optical fiber in a cable, provide strain profiles over several kilometers with a centimeter resolution. They are thus able to provide relevant information on large structures. However, a preliminary performance assessment is required prior to any industrial application. Due to shear deformation of the cable's protective coating, strain measurements provided by the measuring system may differ from actual strains in the embedding medium. A methodology, based on mechanical tests and modelling, was thus developed to determine the relationship between measured/actual strains. It was applied to determine the mechanical response of a specific cable embedded in concrete. Performance assessment method was applied to a specific measuring system. Tests were carried out under laboratory conditions on the fiber optic cable, out of the concrete medium in a first stage, and then embedded in concrete structures. It enabled to evaluate its components and standard uncertainties. The cable could not be replaced after being embedded in concrete. It is necessary to evaluate the ageing effects on its mechanical properties to use it for a long term period. A specific study was carried out to determine the cable durability under chemical, thermal and mechanical solicitations

Le béton de chanvre constitue une solution constructive conforme aux objectifs en matière de développement durable.Sa morphologie structurelle, induite par l’association de fibres végétales poreuses à une matrice minérale grenue, se traduit par une forte porosité et une densité limitée. Le béton de chanvre présente ainsi des propriétés hygrothermiques très intéressantes : sa faible conductivité thermique lui confère de bonnes capacités d’isolation et sa forte perméabilité au transport d’eau favorise le transfert d’humidité.En outre, il est caractérisé par un comportement thermohydrique hystérétique gouverné en humidité et en température qui conditionne l’évolution de ses propriétés. L’objectif de ce travail est d’évaluer sa réponse hygrothermique auxsollicitations climatiques, enjeu majeur pour le développement de cette solution technologique face aux problématiques énergétiques et de confort dans le bâtiment. La difficulté d’évaluation de cette réponse réside dans la complexitédes phénomènes couplés des transferts de masse et de chaleur auxquels est soumise la paroi. Le transfert d’humidité au sein de parois poreuses est régi par le transport diffusif d’eau sous forme liquide et vapeur. Le transfert de chaleur dans les milieux poreux humides est dû à plusieurs mécanismes simultanés comme la conduction thermique ou le phénomène d’évaporation-condensation. Par ailleurs, dans le cadre de la physique du bâtiment, les surfaces externes sont notamment soumises au rayonnement solaire, à la pluie ou aux phénomènes de convection mixte, naturelle et forcée, dus à la température d’air ambiant et au vent ou aux systèmes de ventilation.Dans un premier temps, un modèle numérique de transferts hygrothermiques HAM (Heat, Air and Moisture) prenant en compte ces phénomènes a été développé. Afin d’alimenter ce modèle numérique, l’étude est par ailleurs focaliséesur la modélisation des propriétés thermiques et hydriques du matériau en s’appuyant sur les résultats de différents essais de caractérisation. Elle permet également d’appréhender l’effet d’une variation de la masse volumique du béton de chanvre sur ses propriétés. Les résultats du modèle sont alors confrontés aux mesures expérimentales réalisées sur une paroi en béton de chanvre placée dans une enceinte biclimatique dont les régulations suivent un programme choisi. Une analyse de sensibilité aux paramètres montre que le transfert thermo-hydrique est très influencé par le paramètreteneur en eau. La modélisation de l’effet hystérétique thermo dépendant qui conditionne la capacité de stockage hydrique et influe sur le transport de masse et de chaleur s’avère nécessaire pour bien appréhender le comportement du matériau. La prise en compte du phénomène d’hystérésis sur l’évolution de la teneur en eau produit ainsi des résultats de simulation pertinents en accord avec les réponses expérimentales obtenues sous sollicitations hydriques et thermiquescycliques.En outre, le travail est étendu à l’étude numérique de l’influence de la nature et de l’épaisseur d’une couche d’enduit apposée sur les surfaces externes de la paroi en béton de chanvre. Finalement, la notion de confort hygrothermique est discutée en configuration réelle d’utilisation sous sollicitations climatiques typiques annuelles. / The use of hemp concrete, an environmentally friendly material, participates in a process of sustainable development in the residential sector. The association of porous vegetable fibers and a grainy mineral matrix gives a strong porosity and a limited density. Therefore hemp concrete has very interesting hygrothermal properties: a low thermal conductivity which offers good insulation capacities and a high moisture permeability which favors moisture transport. Besidesit is characterized by a hysteretic hygrothermal behavior governed by humidity and temperature which determines the evolution of its properties. This work deals with the evaluation of the hemp concrete hygrothermal response to climatic stresses. This objective is a main issue for the development of that kind of material faced with energetics problemsand the notion of comfort feeling in buildings. The evaluation of the hygrothermal behavior of a hemp concrete wallis linked to coupled heat and mass transfer. Mass transfer is governed by moisture transport in liquid and vapor forms. Heat transfer is mainly carried out by conduction and phase change in pores. Moreover in building physics, external surfaces of porous walls are submitted to solar radiation, rain or phenomenon of natural and forced convectiondue to ambient temperature and wind or ventilation systems. Firstly a numerical HAM transfer model (HAM: Heat, Air and Moisture) able to take into account these phenomena is built. In order to feed this model, the modeling of hemp concrete hygrothermal properties is lead based on experimental characterization campaigns. The study points out also the influence of the hemp concrete hygrothermal properties depending on a variation of the density. The results of the model are thus compared to the experimental measures collected on a hemp concrete wall in a biclimatic room ofwhich regulation follows a chosen program. A sensitivity analysis to the parameters of the model enables to show that the hygrothermal transfer is very influenced by the moisture content parameter. The thermal dependence of the hysteretic effect determines the hydric capacity of moisture storage and the heat and moisture transportthrough the material. The consideration of this phenomenon is necessary to well understand and reproduce the hygrothermal behavior of the hemp concrete. The modeling of the hysteresis gives simulated results in good agreement with the experimental ones obtained under hydric and thermal cyclic stresses. Moreover the work is extended to the numerical study of the influence of the nature and the thickness of a coating layer on the external surfaces of a hemp concrete wall. Finally a discussion about the notion of hygrothermal comfort is carried out on a wall in real configuration ofoperation under typical annual climatic conditions

La maîtrise de la durabilité des ouvrages neufs et la nécessité de prolonger la durée de vie des structures existantes correspondent à des enjeux sociétaux de tout premier ordre et s’inscrivent dans les principes d’une économie circulaire. La durabilité des ouvrages en béton occupe ainsi une position centrale dans le contexte normatif. Ces travaux de thèse font suite à ceux de J. Mai-Nhu* et ont pour objectif d’étendre le domaine d’application du modèle SDReaM-crete en intégrant les bétons à base d’additions et en définissant un critère d’état limite basé sur une quantité de produits corrodés. Une approche basée sur une optimisation numérique des calculs prédictifs est mise en place pour réaliser des calculs d’indices de fiabilité en considérant les principaux mécanismes liés à la corrosion des armatures, carbonatation et chlorures. Ce modèle permet d’optimiser le dimensionnement des enrobages et les performances du béton en intégrant davantage les conditions environnementales telles qu’elles sont définies dans les normes. / Mastering the durability of new structures and the need to extand the lifespan of existing constructions correspond to social issues of the highest order and are part of the principles of a circular economy. The durability of concrete structures thus occupies a central position in the normative context. This thesis works follow those of J. Mai-Nhu* and aims at extending the field of application the SDReaM-crete model by integrating mineral additions based concretes and by defining a limit state criterion based on a quantity of corroded products. An approach based on a numerical optimization of predictive computations is set up to perform reliability analyses by considering the main mechanisms related to the corrosion of reinforcement, carbonation and chlorides. This model enables the optimization of the sizing of the concrete covers and performances by further integrating the environmental conditions as defined by the standards.

Bâtir de villes face à la surpopulation tout en prenant en compte les changements climatiques, demandera de faire appel à des solutions concrètes pour répondre aux besoins sanitaires, sécuritaires et biophiliques de leurs habitants. Le but de cette thèse est d'évaluer la possibilité d'avoir un système de mur vivant qui soit durable, écologiquement juste, non limité par la localisation et la typologie du bâtiment et plus abordable que les systèmes actuellement disponibles. L'hypothèse de cette thèse est le béton, en raison de sa durabilité, son coût et son ubiquité, a le potential pour être utilisé comme un moyen de croissance pour la vie végétale et qu'il s'agit actuellement du matériau le plus réaliste pour étendre la portée de la nature dans le milieu urbain.La thèse est pluridisciplinaire et il faudra combiner les connaissances des sciences de la botanique et des matériaux, connaissances qui seront appréhendées au travers d'un prisme architectural. Ce point de vue influencera la trajectoire de la conception future du système, par exemple pour déterminer si le système pourrait être structurel et utilisé pour l'intérieur et l'extérieur des bâtiments bas, moyens et hauts, ou encore quelles ambiance architecturales et urbaines il est susceptible de créer. Cette thèse de doctorat déterminera la faisabilité des systèmes de murs vivants en béton et, si elle est validée, fournira la base pour des solutions durables de murs vivants en béton. / Cities facing overpopulation amid shifting climates will require practicable solutions to meet the biophilic, health, and safety needs of city dwellers. The goal of this thesis is to determine the possibility of having a living wall system which is durable, environmentally sustainable, unlimited by location and building typology, and more affordable than currently available systems. The hypothesis of this thesis is that concrete,due to its durability, cost, and ubiquity, is capable of being used as a growing medium for plant life and is currently the most realistic material choice to significantly extend nature’s reach into the urban milieu. The thesis is multi-disciplinary and combines botany and material science, but architecture is the lens throughwhich the inter-disciplinary work is validated. This architectural lens will influence the trajectory of future system design, e.g., in determining if the system would have the potential of being structural and used for the interiors and exteriors of low, mid, and high-rise buildings. This doctoral thesis would determine the feasibility of concrete living wall systems and if validated provide the foundation for sustainable concrete living wall solutions.

Cette thèse est dédiée au développement et à la validation d'un nouveau modèle d'endommagement anisotrope pour le béton dans le cadre d'applications dynamiques. Le modèle d'endommagement développé par Desmorat et al. (2007) reproduit l'anisotropie induite de l'endommagement du béton par l'intermédiaire d'une variable tensorielle d'ordre 2. Ce modèle est étendu à la dynamique par l'introduction d'un «effet retard» dans la loi d'évolution de l'endommagement afin de reproduire l'effet de la vitesse sur le comportement du matériau. Cette dépendance temporelle du comportement permet, dans une certaine gamme de vitesse de sollicitation, de régulariser la solution qui dépend pathologiquement du maillage pour les modèles (adoucissants) d'endommagement. L'influence de la vitesse de sollicitation sur la régularisation est étudiée, et les résultats sont comparés avec ceux obtenus par régularisation non-locale intégrale (avec et sans effet retard). L'état de sollicitation en dynamique est par nature fortement lié aux phénomènes de propagation et de reflexions d'ondes qui conduisent à des états de sollicitations alternées. La dissymétrie du comportement du béton impose que l'on y accorde une attention particulière. Le concept de désactivation des dommages (Souid 2008) est transposé à la dynamique et l'endommagement à effet retard. On établit l'expression de la dissipation intrinsèque due à l'endommagement ce qui permet d'estimer l'influence de l'effet retard sur l'énergie dissipée. Enfin, on prouve par la méthodes des perturbations, l'existence d'un nouveau type d'instabilité, inhérente à l'aspect induit de l'anisotropie. Une nouvelle écriture du modèle, qui ne modifie pas le comportement pour des sollicitations simples, est proposée, elle permet de stabiliser complètement le comportement. Des simulations numériques d'impacts et de souffle sur des structures 3D en béton armé montrent les capacités du modèles à mener ce type de calcul jusqu'à la ruine. La description continue de l'endommagement permet de représenter finement l'amorçage, la propagation, la coalescence, la bifurcation et l'embranchement de fissures. L'arrêt et le redémarrage d'une fissure est également représenté, et on peut estimer la vitesse de propagation des fissures, qui reste inférieure à la vitesse des ondes de Rayleigh dans le béton. Les résultats numériques des simulations d'impact sont comparés à ceux des essais sur tour de chute réalisés lors de cette thèse au Laboratoire d'Etudes de Dynamique du CEA Saclay. La nouveauté de ces essais est l'analyse par corrélation d'images des des films d'essais réalisés avec une caméra rapide (10000 images/secondes).

Les ouvrages de protection jouent un jeu de paramètres important lorsque la structure est soumise à un chargement du type dynamique rapide. Cette thèse s'intéresse au problème des impacts de missile rigides contre une dalle en béton armé. En se basant sur les résultats d'essais expérimentaux, nous avons proposé une loi de comportement élasto-plastique-endommageable où le durcissement du béton a été pris en compte. Cette dernière à été implantée dans un code élément discret, puis des essais en quasi statique ont été simulés permettant de calibrer le modèle numérique. Une fois le modèle calibré, des simulations d'essai d'impact de missile sur la structure en béton armé ont été effectuées. Les résultats sont comparables à ceux menés par CEA-EDF en termes de trajectoire du missile. Nous avons montré la nécessité de la loi de comportement complète lors de l'apparition de la compaction du béton sur une dalle épaisse. Enfin, l'étude paramétrique nous confirme que le modèle numérique porte une bonne prédictivité comparé à des lois de prédiction empiriques.