Ce mémoire de thèse s'intéresse au comportement du béton sous chargement triaxial sévère. L'étude est réalisée dans le contexte plus général de la compréhension du comportement du béton sous impact, ce qui induit des états de contraintes triaxiales de très haute intensité. Afin de reproduire des niveaux de contraintes très élevés avec des chemins de chargement bien contrôlés, des essais triaxiaux statiques sont réalisés sur des échantillons de béton au moyen d'une presse triaxiale de très grande capacité. Nous nous sommes intéressés à l'influence des granulats, qui occupent environ 40% du volume du béton. Plus précisément, les effets de la forme et de la composition chimique des granulats sont étudiés pour des compression triaxiale entre 0 et 650 MPa de confinement . On considère à la fois la réponse macroscopique et les modes de rupture. La forme des granulats semble peu influencer le comportement du béton, alors que les effets de leur composition sont assez importants, quelque soit le confinement. La deuxième partie de la thèse est consacrée à une modélisation numérique du béton. L'objectif principal de ce travail numérique est de développer un modèle très simple en termes de lois d'interaction et d'introduire l'hétérogénéité du béton au niveau mésoscopique. Un modèle mésoscopique du béton est ainsi établi dans le cadre des éléments discrets. On étudie l'influence des propriétés des granulats et de l'interface graulats/mortier sur les courbes contrainte-déformation et les mécanismes d'endommagement. D'autre part, l'influence des vides est étudiée en utilisant des échantillons mono-phasiques avec différentes caractéristiques des vides. Un comportement complexe non linéaire, résultant de la présence, des vides est observé. Par ailleurs, les résultats numériques complètent, et permettent de mieux comprendre, les résultats expérimentaux.

L'utilisation de ressources lignocellulosiques renouvelables connaît à l'heure actuelle un indéniable regain d'intérêt pour l'élaboration de matériaux de construction. Partant de ce constat, un premier axe de travail a vu l'élaboration de bétons de végétaux constitués de granulats de végétaux lignocellulosiques et d'un liant pouzzolanique. Les broyats de tige de chanvre et de tournesol ont ainsi été sélectionnés pour leurs similarités et leur disponibilité dans la région Auvergne. En parallèle, un liant pouzzolanique constitué de 80% en masse de sable de ponce volcanique provenant d'une carrière locale, de 20% de chaux aérienne et d'un activateur a été formulé. Les résultats obtenus montrent la similitude des caractéristiques des granulats de chanvre et de tournesol ainsi que des performances mécaniques et thermiques des bétons légers (<500kg.m-3) constitués de ces végétaux. Les matériaux formulés satisfont aux critères fixés dans les règles professionnelles de la construction en chanvre. Dans un deuxième axe de travail, l'analyse bibliographique réalisée a permis d'identifier la qualité d'interface entre les particules végétales et le liant minéral comme un des principaux verrous scientifiques concernant les bétons de végétaux. Les problèmes de prise à coeur de ces matériaux mériteraient en effet d'être reliés avec ceux observés à l'interface liant/bois. Deux voies d'amélioration sont ainsi explorées dans une approche multi-échelles mêlant analyses physico-chimiques et essais mécaniques : le traitement préalable des particules végétales et l'adjuvantation spécifique du liant. La première stratégie a consisté à réaliser sur les granulats végétaux deux types de modifications : un recouvrement à l'huile de lin et un traitement en solution aqueuse de Ca(OH)2. Afin d'analyser à court terme l'interaction entre les particules ainsi modifiées et le liant frais, un dispositif de mesure spécifique dit de la plaque immergée est utilisé. Les résultats montrent une amélioration de l'interphase liant/végétal après le traitement des granulats en solution de Ca(OH)2. De façon surprenante, les performances mécaniques des bétons de végétaux chutent lorsque les granulats sont préalablement traités. Cette approche, en plus d'être contraignante d'un point de vue industriel, ne résout donc pas de façon satisfaisante les problèmes d'interfaces liant/bois. La seconde stratégie mise en place a nécessité l'intégration dans le liant d'un adjuvant rétenteur d'eau de type éther de cellulose dans des proportions variant de 0,5 à 1,5% par rapport à la masse des poudres. Les observations d'échantillons réalisées au MEB et couplées à une analyse EDX soulignent l'aptitude de l'éther de cellulose utilisé à améliorer les interfaces liant/bois. Une explication de l'action de ces molécules polymères sur les interfaces, basée sur la bibliographie et l'analyse du liant, est proposée. Cette approche a permis l'élaboration de bétons de végétaux immédiatement démoulables, à la compactabilité et la cohésion accrue et dont les propriétés mécaniques sont améliorées par rapport aux solutions en usage. Notons que cette amélioration n'est pas effectuée au détriment des propriétés thermiques. L'utilisation dans les bétons de végétaux d'un rétenteur d'eau ouvre dès lors des perspectives de développement : blocs préfabriqués, enduits légers, murs de béton projeté...

Les structures sont parfois soumises à des sollicitations extrêmes telles que des chocs et des séismes, dont les conséquences peuvent être désastreuses. La réduction de la vulnérabilité au séisme du bâti existant est un enjeu de société de première importance. Le renforcement d'éléments structuraux par matériaux composites collés offre une solution intéressante, mais les règles de dimensionnement concernant l'application de tels matériaux pour le renforcement parasismique n'ont pas encore toutes été clairement établies. Le présent travail de thèse se propose de contribuer à l'établissement de ces règles pour le renforcement de poteaux en béton armé, par matériaux composites. Une campagne expérimentale a donc été menée sur plusieurs poteaux en béton armé, d'échelle représentative ; diverses configurations de renforcement ont été appliquées sur ces corps d'épreuve, qui ont ensuite été testés en flexion composée alternée. Ces différents essais nous ont permis d'analyser le comportement des poteaux selon la présence ou non de confinement (tissu de fibres de carbone), de renforcement à la flexion (lamelles), et d'ancrage des lamelles de renfort en matériaux composites. Cette notion d'ancrage des composites a fait l'objet d'une campagne expérimentale complémentaire, visant à caractériser une technique d'ancrage innovante et à en vérifier les performances. Grâce à ces différents essais, les gains en termes d'énergie dissipée apportés par les différentes configurations de renforcement, les gains en termes de ductilité globale de la structure ainsi qu'en termes d'augmentation de la charge portante ont été vérifiés. Outre ces aspects quantitatifs, ce travail a permis de proposer des pistes pour l'établissement de règles de dimensionnement de ces renforts spécifiques à la réhabilitation parasismique, en lien avec les normes actuelles, et notamment l'Eurocode 8

La prise en compte de l'impact environnemental des constructions conduit à s'interroger sur des matériaux alternatifs de construction. Dans ce contexte, le béton de chanvre (mélange chaux/chanvre) présente de nombreux atouts. Malgré la forte demande actuelle, son utilisation et sa mise en oeuvre sont souvent artisanales et sa résistance mécanique demeure relativement faible. Dans le présent travail, l'utilisation du béton de chanvre est envisagée pour réaliser des éléments de construction préfabriqués ayant un rôle structurel ou porteur (briques ou blocs alvéolaires), tout en conservant de bonnes qualités d'isolation thermique. Cette étude s'articule autour de l'optimisation de la formulation et du procédé de mise en oeuvre par compactage à l'état frais qui améliore significativement la résistance mécanique du matériau produit. Il augmente notamment sa capacité de déformation avant rupture, tout en réduisant le dosage en liant. La structure poreuse devient anisotrope du fait de l'orientation préférentielle des particules et le volume d'air occlus, à l'origine d'une faible conductivité thermique, se trouve réduit. Les mesures montrent effectivement une légère augmentation de la conductivité thermique, qui est toutefois nettement inférieure au gain de résistance mécanique du matériau obtenu par le procédé de compactage appliqué. Ce dernier constitue donc une voie de développement pour l'utilisation de tels matériaux. Les résultats présentés, à travers un mode de mise en oeuvre donné, permettent d'approfondir les connaissances sur le béton de chanvre, qui possède encore probablement un grand potentiel d'amélioration en vue de son utilisation pour la construction.

Ce mémoire présente les résultats de calculs analytiques de prédiction du comportement de dispositifs de retenue de niveau PL-2 armé d'armature en polymères renforcés de fibres de verre (PRFV) soumis aux essais de chargement quasi statique horizontal. L'un des modèles analytiques à l'étude est le calcul de la charge ultime que peut reprendre un dispositif de retenue en fonction des dimensions de la fissure au niveau de la connexion. Le deuxième modèle analytique à l'étude est le calcul de prédiction de la relation charge-déflexion en tête de muret. La collaboration entre le Ministère des Transports du Québec (MTQ), le Ministère des Transports de l'Alberta et l'Université de Sherbrooke a permis d'effectuer des essais quasi statiques sur plusieurs configurations durant les dernières années. Les configurations de dispositifs provenant du MTQ sont des barrières de type 210 et 311 dont les murets et les dalles sont entièrement armés de barres en PRFV. Les configurations des dispositifs de l'Alberta sont quant à eux des dispositifs de type S-1642 et S-1650 dont les murets sont armés de barres en PRFV et les dalles sont armées de barres d'acier enduit d'époxy. Grâce à cette banque de données, il est possible d'effectuer l'étude des modèles sur différentes configurations et ainsi déterminer certaines de leurs limites. De plus, une modélisation par éléments finis de la configuration de dispositif de retenue de type 311 (PL-2) a été effectuée. Le dispositif a été modélisé en trois dimensions avec le logiciel ADINA. De ce modèle, une comparaison avec les données expérimentales a été effectuée afin de le valider. De plus, une étude paramétrique a été effectuée sur l'influence des résistances du béton de la dalle et du muret et du module d'élasticité des barres en polymères renforcés de fibres (PRF). En effet, des bétons de 35 MPa et 50 MPa ont été utilisés afin de représenter trois cas de combinaison de résistance en compression des bétons. Finalement, trois grades de modules élastiques ont été utilisés sur le dispositif ayant un béton de 35 MPa au niveau de la dalle et un béton de 50 MPa au niveau du muret (combinaison la plus courante) afin d'étudier l'effet du module élastique des barres.

Le projet français de stockage des déchets nucléaires, géré par l’Andra, nécessite la récolte de données expérimentales sur la durabilité des bétons de référence. Dans cette étude, les sollicitations prises en compte sont les processus de désaturation/resaturation, la charge thermique et l’évolution mécanique. Ainsi l’analyse porte ainsi sur le couplage thermo-hydro-mécanique des bétons de référence de l’Andra, fabriqués à base de ciment CEM I et CEM V/A. L’état de saturation en eau et les retraits des matériaux, soumis à la dessiccation ou à la resaturation, sont conditionnés par les différentes conditions thermiques et hydriques imposées, ainsi que de leurs caractéristiques microstructurales. Par ailleurs, l’étude de l’évolution mécanique est approfondie à 20°C en fonction de l’état de saturation en eau. A court terme, différents essais ponctuels mettent en évidence un endommagement hydrique qui conditionne le comportement mécanique. A long terme, l’étude du fluage sous dessiccation révèle le couplage existant entre la durabilité, l’évolution mécanique des matériaux et la dessiccation / The French project of the storage of nuclear wastes, which is managed by the Andra, needs some experimental data on the durability of the concrete. Loadings which are taken into account are the desaturation/resaturation processes, the heat load and the mechanical evolution. Hence this study focuses on the coupling thermo-hydro-mechanical on concretes of the research program of Andra, made with CEM I and CEM V/A cement type. The water saturation degree and shrinkages of materials, which are subjected to desiccation or resaturation, are dependent on the imposed thermal and hydrous conditions and on their microstructural characteristics. Moreover the study of the mechanical evolution is gone further at 20°C in function of the water saturation degree. Different short-term tests highlight a hydrous damage, which determine the mechanical behaviour. The long-term study of desiccation creep shows the coupling between the durability, the mechanical evolution and the desiccation

Pour les structures de génie civil avec un rôle d'étanchéité lors d'un accident grave, la perméabilité structurelle est une question clé. Dans ce contexte, cette thèse porte sur la modélisation numérique du taux de fuite à travers une structure en béton fissurée. Deux approches hydromécaniques dans un cadre continu sont proposés, une entièrement continu et une autre qui nécessite une analyse semi-discrète. L'approche semi-discrète est basée sur une méthode permettant de trouver le chemin de la fissure. Une fois le chemin de la fissure est trouvé, l’ouverture de fissure peut être calculée le long de la surface de la fissure discrétisé par équivalence d’une discontinuité forte. La dernière étape consiste à prescrire la loi de Poiseuille modifié le long de la surface de la fissure pour estimer le taux de fuite tout en imposant un gradient de pression. L'approche entièrement continue peut être appliquée directement dans le sens où aucun suivi de la fissure n’est nécessaire. C’est une combinaison de la perméabilité des endommagements diffus et de la perméabilité de Poiseuille modifiée. Ici, la déformation principale positive est choisie pour conduire la perméabilité de Poiseuille modifiée. Les deux approches proposées sont validées sur une campagne expérimentale de disque béton sec chargé dans un essai de fendage où la perméabilité aux gaz est réalisée. La validation est effectuée sur le taux de fuite dans la direction longitudinale. Les résultats obtenus avec les approches proposées par rapport aux données expérimentales montrent une bonne estimation de la conductivité hydraulique. En outre, l'approche continue est appliquée pour estimer le taux de fuite à travers un élément en béton armé soumis à une charge de traction où la multi-fissuration en mode I se produit (essai tirant). La comparaison avec l'expérience est effectuée sur le taux de fuite dans la direction perpendiculaire à la charge appliquée. Celui-ci montre un bon accord entre les débits estimé et mesuré si le même nombre de fissures est obtenu par le modèle mécanique.Cette thèse porte aussi sur l'effet des chargements thermomécaniques et de fluage sur la conductivité hydraulique du béton. Un système de perméabilité est développé et construit au cours de cette thèse sur la base du programme expérimental. Une campagne expérimentale est effectuée pour étudier l'effet couplé du fluage thermique et / ou mécanique sur la perméabilité à l’air sec du béton. Les propriétés de transfert dans les directions longitudinale et radiale par rapport à l'axe de charge sont étudiées. L’anisotropie de la perméabilité induite par la charge appliquée est analysée. En outre, la détermination de la perméabilité structurelle le long de l'interface acier-béton à différentes charges de cisaillement est encore une question ouverte. Un programme expérimental est réalisé qui porte sur le comportement mécanique du béton armé soumis à un essai de type push-in, ainsi que sur l’analyse de la perméabilité le long de l'interface acier-béton à des niveaux de charge différents. Une première tentative pour simuler le test en utilisant l'approche continue proposée est effectuée.Cette thèse a été l’occasion de réaliser une nouvelle campagne expérimentale, de produire de résultats originaux, d’effectuer de la modélisation numérique et de confronter les 2 approches proposées pour valider les modèles afin de les appliquer à l’échelle structurelle. / For civil engineering structures with a tightness role during a severe accident, structural permeability is a key issue. In this context, this PhD deals with the numerical modelling of leakage rate through a cracked concrete structure. Two hydro-mechanical models in a continuous framework are proposed, a fully continuous one and another one that requires a semi-discrete analysis. The semi-discrete approach is based on a crack tracking method allowing to find the crack path. Once the crack path is found, the Crack Opening Displacement (COD) can be computed along the discretized crack surface by equivalence with strong discontinuity approach. The final step is to prescribe a modified Poiseuille’s law along the crack surface to estimate the leakage rate while imposing a pressure gradient. The fully continuous approach can be directly applied in a sense that no crack tracking is needed. It is a combination of permeability of diffuse damage and modified Poiseuille’s permeability. Herein, the positive principal strain is chosen to drive the modified Poiseuille’s permeability. The two proposed approaches are validated on an experimental campaign of dry concrete disk loaded in a splitting setup where gas permeability is performed. The validation is performed on the flow rate in the longitudinal direction. The results obtained with the proposed approaches compared to experimental data show a good estimation of the hydraulic conductivity. Furthermore, the fully continuous approach is applied to estimate the flow rate through a reinforced concrete element subjected to tensile loading where multi-cracking in Mode I occurs (tie-beam test). The comparison with the experiment is performed on the flow rate in the perpendicular direction to the applied loading. The latter shows a good agreement between the estimated flow rate and the measured one if the same number of cracks is obtained.This PhD deals as well with the effect of the delayed thermo-mechanical loadings on the hydraulic conductivity of concrete. A permeability system is developed and constructed during this PhD based on the experimental program. An experimental campaign is carried out to study the effect of thermal and/or mechanical creep on dry gas permeability of concrete. Permeabilities in longitudinal and radial directions with respect to load axis are addressed. The loading induced anisotropic permeability is analyzed. Furthermore, the determination of the structural permeability along the steel-concrete interface at different shear loadings is still an open issue. An experimental program is carried out which deals with the mechanical behavior of reinforced concrete subjected to a push-in test, as well as with a permeability analysis along the steel-concrete interface at different load levels. A first attempt to simulate the test using the proposed continuous approach is performed.This thesis was the occasion to conduct a new experimental campaign, to produce original results, to perform numerical modeling and to compare two proposed approaches to validate the models in order to apply them at the structural scale.

Les effets d’échelle sur la résistance mécanique des matériaux, i.e. le fait que plus un échantillon de matière est grand, plus, en moyenne, sa contrainte à rupture sera faible, déjà soulignées par Leonardo da Vinci et Edmée Mariotte il y a des siècles, demeurent de nos jours un problème crucial pour établir des règles de sécurité et de conception de grandes structures à partir de données de laboratoire. Ces effets d’échelle sont généralement expliqués soit par une approche déterministe qui prédit une résistance asymptotique non nulle mais, par construction, ne tient pas compte des fluctuations de la résistance moyenne et de leur dépendance vis-à-vis de la taille, ou d'une approche statistique basée sur la théorie du maillon le plus faible qui implique une résistance nulle pour un système de taille infini.Récemment, un cadre alternatif a été proposé sur la base d’une interprétation de la rupture en compression des matériaux hétérogènes comme une transition de phase critique entre un état intact et un état rompu. Cette interprétation libère les hypothèses de base de la théorie du maillon le plus faible comme la fragilité extrême et l’indépendance entre évènements de microfracturation et prédit qu’un système de taille infinie conservera une résistance mécanique non nulle (σ_∞ ) mais une variabilité associée de la résistance nulle. En appliquant ce cadre critique, les effets d’échelle statistique sur la résistance en compression du béton, un matériau quasi-fragile typique et important en génie civil, sont étudiés dans cette thèse.A partir d’une importante série d’expériences de compression uniaxiale (527 essais) qui a été réalisée sur des échantillons du béton de quatre tailles différentes et trois microstructures différentes, nous démontrons (i) l’échec de la théorie du maillon le plus faible dans ce cas ; et au lieu de cela (ii) la pertinence du cadre critique pour tenir compte des effets d’échelle sur la résistance à rupture en compression du béton, en termes de valeur moyenne, de fluctuation associées et de probabilité de défaillance. A partir d’une analyse détaillée de la microstructure de nos matériaux, nous montrons que la structure des pores, plutôt que les aggrégats, joue un rôle important sur les effets d’échelle sur la résistance à rupture en compression. Dans ce cadre, la résistance asymptotique (σ_∞ ) représente la véritable résistance caractéristique en compression (f_ck ), qui est une propriété essentielle pour la conception de structures à grande échelle et pour le contrôle de la qualité du béton.En conséquence du rôle important de la structure des pores sur les effets d’échelle sur la résistance en compression des bétons à faible porosité, lors de l'estimation de la résistance caractéristique à partir d'une série d'essais avec une seule taille d'échantillon, une condition sur cette taille par rapport à la taille caractéristique de la structure des pores est proposée. / Size effects on mechanical strength, i.e. the fact that larger structures fail under lower stresses than smaller ones, already highlighted by Leonardo da Vinci and Edmée Mariotte centuries ago, remain nowadays a crucial problem to establish structural design rules and safety regulations from an upscaling of laboratory data. These size effects are generally explained either from a deterministic energetic approach that predicts a non-vanishing asymptotic strength but, by construction, does not account for fluctuations around the mean strength and their size dependence, or from a statistical approach based on the weakest-link theory that implies a vanishing strength towards large scales.Recently, an alternative framework has been proposed based on an interpretation of compressive failure of heterogeneous materials as a critical transition from an intact to a failed state. This critical interpretation releases the underlying hypotheses of the weakest-link theory, pure brittleness and the independence of damage events, while predicting a non-vanishing asymptotic mean strength (σ_∞ ) but vanishing intrinsic fluctuations at large scales. The application this framework to the statistical size effects on compressive strength of concrete, a typical quasibrittle material of tremendous importance in civil engineering, is investigated in this thesis.From an extensive series of uniaxial compression experiments (527 tests) carried out on concrete samples with four different sizes and three different microstructures, we demonstrate (i) the failure of the weakest-link theory in this case, and instead (ii) the pertinence of the critical framework to account for size effects on compressive strength of concrete, in terms of average strength, associated fluctuations, and probability of failure. From a detailed analysis of the microstructural disorder of our materials, we show that the pore structure, rather than the concrete mix, plays a significant role on size effects on strength. In this framework, the asymptotic strength (σ_∞ ) represents the genuine characteristic compressive strength (f_ck ) of the material, a key property for the dimensioning large-scale structures from an upscaling of small-scale laboratory mechanical tests and for the quality control of concrete.As a consequence of the leading role of the pore structure in controlling the size effects on compressive strength of low-porosity concretes, when estimating the characteristic (asymptotic) strength from a series of tests with a single sample size, a condition on this size with respect to the characteristic scale of pore structure is proposed to be fulfilled.

L'objectif de cette thèse est de caractériser le comportement confiné en cisaillement du béton sous chargement statique et dynamique. La méthode expérimentale reprend le concept de l'essai 'Punch Through Shear' qui consiste dans un premier temps à soumettre une éprouvette de béton à un chargement radial puis à appliquer au cours d'une deuxième étape un chargement axial qui permet de cisailler la partie centrale de l'échantillon.Deux méthodes ont été utilisées pour appliquer la contrainte de confinement à l'éprouvette avant de la soumettre à un chargement de cisaillement. La première méthode consiste à appliquer une pression hydrostatique via un fluide de confinement. Ces essais sont réalisés avec la presse Giga. La deuxième méthode consiste à utiliser une cellule métallique pré-déformée à l'aide d'une presse hydraulique. Durant le déchargement de la cellule, des contraintes de confinement sont transmises à l'éprouvette de béton. Cette cellule est instrumentée avec des jauges de déformation qui permettent de mesurer le niveau de confinement appliqué au béton.Les éprouvettes de béton confinées avec la cellule sont soumises à deux types de chargement : l'un statique avec une presse hydraulique normale et l'autre dynamique avec un système aux barres de Hopkinson. Cela permet d'étudier le comportement du béton en cisaillement confiné sur une large gamme de vitesse de déformation.Les résultats des campagnes d'essais montrent que la contrainte de cisaillement du béton augmente avec la pression de confinement. D'autre part, des échantillons saturés d'eau et d'autres séchés à l'étuve sont testés afin de vérifier l'influence de la teneur d'eau sur la résistance au cisaillement. Une résistance au cisaillement des échantillons de béton R30A7 sec supérieure à celle des échantillons saturés est observée sur la plage de déformation considérée. Une influence modeste de la vitesse de déformation en comparaison de ce qui est observé sous chargement en traction dynamique a été remarquée. De plus, un béton haute performance a été testé pour étudier l'influence de la composition du béton sur sa résistance au cisaillement. Il a été observé que la résistance au cisaillement du béton haute performance dépasse fortement celle du béton ordinaire. Les résultats obtenus sont comparés à ceux de la littérature, pour lesquelles des méthodes expérimentales différentes avaient été utilisées. / This PhD thesis focuses on studying the confined behavior of concrete under shear loading in static and dynamic conditions. An experimental method based on the Punch-Through Shear (PTS) test is used in order to investigate shear behavior in mode II conditions. The concept of this test is to first subject the specimen to a confining pressure and then an axial loading is applied to punch through the central portion of the core.In order to introduce confinement to the concrete sample prior to testing it under shear, two methods have been used. The first one is an active confinement applied by means of a high capacity triaxial press Giga. The second method consists in confining the sample with a pre-stressed metallic cell instrumented with hoop strain gages in order to evaluate the confinement acting in the ligament of the concrete sample.Samples confined with the pre-stressed cell are subjected to two types of loading; static and dynamic. The static tests are carried out by means of a normal hydraulic press while dynamic shear testing are performed using a modified Split Hopkinson Bar setup which allows to determine the shear response of concrete over a wide range of strain-rates.The results of test campaigns show that the shear strength of the concrete increases significantly with an increase of confining pressure. Furthermore, dry and saturated concrete samples have been tested in order to study the influence of saturation ratio on the shear behavior of concrete. The results show a higher shear strength with dry samples than in wet ones. Moreover, a small influence (compared to what was observed in dynamic tension) of the strain rate was observed. A high performance concrete was also studied to investigate the influence of concrete composition on its shear strength. It was observed that its shear strength strongly exceeds that of the ordinary concrete. The obtained results are compared with data from literature obtained with different experimental methods.

La résistance au cisaillement de l'interface béton-roche est un facteur clé dans l'évaluation de la stabilité contre le glissement des barrages en béton construits sur une fondation rocheuse. Alors que plusieurs études ont montré que la rugosité de la surface rocheuse ainsi que la cohésion initiale contribuent à la résistance au cisaillement de l’interface béton-roche, la plupart des recommandations pour l'évaluation de stabilité des barrages proposent des valeurs conventionnelles pour les paramètres mécaniques de cette interface. De plus, la plupart des critères proposés dans la littérature pour déterminer la résistance au cisaillement des joints rugueux sont basés sur des essais de cisaillement direct réalisés sur des joints sans cohésion initiale. Une autre difficulté majeure réside dans la quantification de la rugosité de surface par un paramètre objectif permettant de décrire l'aspect tridimensionnel ainsi que l'anisotropie observée expérimentalement. Dans ce contexte, l'un des principaux objectifs de cette thèse est de mieux comprendre le comportement en cisaillement des joints cohésifs rugueux de béton-granite et de relier la résistance au cisaillement aux paramètres morphologiques de l'interface.En raison de la complexité du comportement en cisaillement des joints cohésifs et du fait que peu d'études ont été réalisées sur des échantillons cohésifs, il a été décidé de réaliser plusieurs campagnes expérimentales sur différents types de rugosité de surface (joints lisses, bouchardés, joints avec aspérités triangulaires et surfaces naturelles). À cette fin, plus de trente essais de cisaillement direct ont été effectués sur des échantillons cohésifs et à trois niveaux de contrainte normale. L'influence de la vitesse de cisaillement sur le comportement mécanique a également été étudiée. Avant la réalisation des essais, un outil morphologique a été développé afin de fournir une quantification objective de la rugosité de surface basée sur des mesures de surface obtenues avec un profilomètre laser.Sur la base des résultats des essais de cisaillement, deux comportements différents ont été observés pour les joints naturelles en fonction de la rugosité de surface et du niveau de la contrainte normale. Ainsi, une expression analytique a été proposée afin de quantifier la contribution des différents modes de rupture à la résistance au cisaillement. Il est montré que cette expression est capable de bien prédire la résistance au cisaillement des joints naturels. De plus, un nouveau paramètre de rugosité a été proposé afin de quantifier la morphologie des joints naturels et de prendre en compte les différents niveaux de rugosité de surface impliqués dans le mécanisme de cisaillement. Ce paramètre s'est avéré être bien corrélé avec la résistance au cisaillement dans le cas des joints cisaillés à une contrainte normale inférieure à 0.6MPa.D'autre part, une modélisation en 3D des essais de cisaillement direct a été proposée par la méthode des éléments finis en incorporant la surface reconstruite des joints obtenue à partir du profilomètre laser. Deux modèles de comportement différents ont été utilisés: un modèle cohésif-frottant pour la phase de pré-pic et une loi de contact pour modéliser la phase résiduelle de cisaillement. Les paramètres mécaniques de l'interface béton-granite ont été obtenus à partir des résultats des campagnes expérimentales sur des échantillons bouchardés. La comparaison entre les résultats numériques et les données expérimentales a montré un bon accord dans la phase résiduelle et une reproduction de la forme globale de la courbe de contrainte de cisaillement. / The shear strength of the concrete-rock interface is a key factor in assessing the stability against sliding of concrete dams founded on rock. While several studies have shown that both surface roughness and the initial cohesion contribute to the shear strength, most of the recommendations for the stability assessment of dams propose conventional values for the mechanical parameters of the dam-foundation interface (i.e. friction angle and cohesion). Moreover, most of the criteria proposed in the literature in order to determine the shear strength of rough joints are based on direct shear tests conducted on joints without initial bonding. Another major difficulty lies in the quantification of surface roughness by means of an objective parameter able to describe the three dimensional aspect of surface roughness as well as the anisotropy observed experimentally. In this context, one of the primary objectives of this thesis is to better understand the shear behavior of bonded rough joints and to relate the shear strength to the morphological parameters of the concrete-rock interface.Due to the complexity of the shear behavior of bonded joints and because few studies have been carried out on cohesive samples, it was decided to perform several experimental campaigns on different types of geometries with an increasingly complex roughness (smooth, bush-hammered, tooth-shaped asperities and natural surfaces). For this purpose, more than thirty direct shear tests were performed on bonded samples at three levels of normal stress. The influence of the shear displacement rate on the shear behavior of joints was also investigated. Prior to the shear tests, a morphological tool was developed in order to provide an objective quantification of surface roughness based on surface measurements obtained with a laser profilometer.Based on the shear test results, two different shear behaviors were observed for the natural joints according to surface roughness and the level of normal stress. Thus, an analytical expression was proposed in order to quantify the contribution from the different modes of failure to the shear strength. It is shown that this expression is able to well predict the shear strength of natural joints. Furthermore, a new roughness parameter was proposed in order to quantify the morphology of natural joints and to account for the different levels of surface roughness involved in the shearing mechanism. This parameter was found to be well correlated with the shear strength of joints sheared at a normal stress less than 0.6MPa.On the other hand, numerical simulations of the direct shear tests were conducted by using a 3D finite element code and by incorporating the reconstructed joint surface obtained from the laser profilometer. Two different models were used: a cohesive-frictional model for the pre-peak phase and a contact law for modeling the residual shear behavior. The mechanical parameters of the concrete-granite interface were obtained from the results of the experimental campaigns on bush-hammered samples. The comparison between the numerical results and the experimental data showed a good agreement in the residual phase. The use of a cohesive-friction model, on the other hand, allowed to mimic the overall shape of the shear stress curve.