La valorisation des sédiments marins du GPMD comme un nouveau granulat présente une solution alternative dans le domaine de génie civil. Les travaux de cette thèse se focalisent sur l’étude de valorisation du sédiment en technique routière et l’étude de durabilité du béton à base de sédiment. La première partie de la thèse fait l’objet de la valorisation des sédiments marins en technique routière. Elle est devisée en trois étapes :La première étape a été consacrée à une identification du sédiment marin. La deuxième étape présente la méthodologie de valorisation du sédiment par la mise au point d’une formulation en laboratoire. La dernière étape concerne la réalisation d’un ouvrage routier à l’échelle 1 à base du sédiment à Dunkerque. La phase de suivi in situ de l’aspect mécanique et environnemental de l’ouvrage est également traitée. La seconde partie fait l’objet d’une étude de durabilité du béton à base de sédiment. Cette partie est divisée en trois étapes. La première étape est consacrée à une caractérisation non destructive et destructive des deux bétons contenant 12,5% et 20% de sédiment associé à une caractérisation microstructurale. La deuxième concerne l’étude de durabilité du béton face à l’attaque sulfatique externe, aux cycles gel/dégel et à la RAG afin d’évaluer l’effet de l’ajout de sédiment dans le béton. Enfin, la troisième étape traite l’impact environnemental sur les deux types de bétons. L’étude de durabilité des bétons à base de sédiment présentée dans cette partie peut servir de base à des futurs travaux visant à mieux comprendre l’impact d’incorporation de sédiment dans le béton sur la résistance mécanique, ainsi que sur les mécanismes de dégradation. / The valorization of non-submersible marine sediments of the GPMD as a new aggregate presents alternative solutions in the field of civil engineering for a better management. The work of this thesis focus on the valorization study of marine sediment in road engineering and the study of the durability of concrete blocks made with sediment. The first part of valorization non-submeresible sediments in road engineering is divided into three steps :The first step was devoted to the physical, mechanical and mineralogical characteristics of these materials, as well as their chemical composition and environmental effects. The second step presents an experimental methodology for the development of a road foundation. The last step describes the construction of an experimental road and analyses the mechanical properties of cores drilled from the road and the results of deflection tests. An environmental assessment, based on leaching tests, was also performed.The second part of the thesis focuses on a durability study of two concrete blocks with two different percentages of sediment. This part is divided into three steps:In the first step, mechanical, physical and chemical characteristics of two types of concrete containing12,5% and 20% of dredged marine sediments are presented and discussed. In the second step, we have examined the durability of these types of concrete with regards to alkali-aggregate reaction, sulphate attack and freezing and thawing cycles. The results of this study will serve in order to better understand the impact of the incorporation of sediments into the concrete and the effect on the mechanical resistance and the degradation mechanisms.

Thèse en cotutelle, doctorat en génie civil : Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université Toulouse III - Paul Sabatier, Toulouse, France / Un modèle de comportement mécanique des bétons fibrés est développé et implanté dans le logiciel éléments finis Cast3m. Il vient compléter le modèle de fissuration orthotrope du béton Fluendo3D, en ajoutant la capacité de traiter des matériaux à fibres courtes, cylindriques et rectilignes. Ce modèle, qui s'appuie sur des données d'essais et certains mécanismes modélisés issus de la littérature, permet d'apporter des éléments de compréhension du comportement de ce type de matériau, et notamment concernant le phénomène de multi-fissuration. La caractérisation des phénomènes mis enjeu durant l'extraction des fibres est le point de départ de cette étude. Les effets de l'inclinaison des fibres par rapport à la direction d'extraction sont pris en compte et interviennent dans le comportement du modèle qui présente la capacité d'utiliser des orientations préférentielles de fibres. Le phénomène de multi-fissuration est représenté grâce à une loi d'effet d'échelle de Weibull qui permet de tenir compte de la dispersion des résistances à la traction du béton et d'expliquer le développement de la multi-fissuration. Cette représentation permet d'obtenir des distributions d'ouvertures de fissures dans des macro-éléments finis, et apporte donc une nouvelle précision dans le calcul des ouvertures de fissures dans des structures de grandes dimensions. / A model for the mechanical behavior of fiber-reinforced concrete is developed and implemented in Cast3m finite element software. It completes the orthotropic concrete cracking model Fluendo3D, by adding the ability to treat materials with short, cylindrical and straight fibers. This model, which is based on tests results and assumptions of mechanisms modelled from litterature, provides elements of understanding of the behavior of this type of material, especially concerning the phenomenon of multi-cracking. The characterization of the phenomena involved during the extraction of the fibers is the starting point of this study. The effects of the inclination of the fibers with respect to the direction of extraction are taken into account and intervene in the behavior of the model which presents the capacity to use preferential orientations of fibers. The multi-cracking phenomenon is represented by a Weibull scaling law that allows to take into account the dispersion of the concrete tensile strengths and to explain the development of multi-cracking process. This representation makes it possible to obtain crack opening distributions in macro-finite elements, and thus brings a new precision in the calculation of cracks openings in large structures.

Thèse en cotutelle, doctorat en génie civil : Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université Toulouse III - Paul Sabatier, Toulouse, France / Un modèle de comportement mécanique des bétons fibrés est développé et implanté dans le logiciel éléments finis Cast3m. Il vient compléter le modèle de fissuration orthotrope du béton Fluendo3D, en ajoutant la capacité de traiter des matériaux à fibres courtes, cylindriques et rectilignes. Ce modèle, qui s'appuie sur des données d'essais et certains mécanismes modélisés issus de la littérature, permet d'apporter des éléments de compréhension du comportement de ce type de matériau, et notamment concernant le phénomène de multi-fissuration. La caractérisation des phénomènes mis enjeu durant l'extraction des fibres est le point de départ de cette étude. Les effets de l'inclinaison des fibres par rapport à la direction d'extraction sont pris en compte et interviennent dans le comportement du modèle qui présente la capacité d'utiliser des orientations préférentielles de fibres. Le phénomène de multi-fissuration est représenté grâce à une loi d'effet d'échelle de Weibull qui permet de tenir compte de la dispersion des résistances à la traction du béton et d'expliquer le développement de la multi-fissuration. Cette représentation permet d'obtenir des distributions d'ouvertures de fissures dans des macro-éléments finis, et apporte donc une nouvelle précision dans le calcul des ouvertures de fissures dans des structures de grandes dimensions. / A model for the mechanical behavior of fiber-reinforced concrete is developed and implemented in Cast3m finite element software. It completes the orthotropic concrete cracking model Fluendo3D, by adding the ability to treat materials with short, cylindrical and straight fibers. This model, which is based on tests results and assumptions of mechanisms modelled from litterature, provides elements of understanding of the behavior of this type of material, especially concerning the phenomenon of multi-cracking. The characterization of the phenomena involved during the extraction of the fibers is the starting point of this study. The effects of the inclination of the fibers with respect to the direction of extraction are taken into account and intervene in the behavior of the model which presents the capacity to use preferential orientations of fibers. The multi-cracking phenomenon is represented by a Weibull scaling law that allows to take into account the dispersion of the concrete tensile strengths and to explain the development of multi-cracking process. This representation makes it possible to obtain crack opening distributions in macro-finite elements, and thus brings a new precision in the calculation of cracks openings in large structures.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 septembre 2023) / Au vu de l'urgence climatique actuelle et des différents rapports scientifiques au sujet du dérèglement climatique, il est primordial et même vital de réduire drastiquement la pollution générée par l'Homme. Le dernier rapport du GIEC (Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat) (2022) indique qu'il faut effectivement réduire de moitié les émissions d'ici 2030 et insiste fortement sur la nécessité d'agir immédiatement afin de préserver la planète. Dans ce sens, l'industrie de la production de béton est responsable de 4 à 8% des rejets totaux humains de dioxyde de carbone et doit donc urgemment évoluer afin de réduire son impact environnemental. L'objectif principal de cette étude est de participer à cette transition industrielle en développant un modèle numérique fiable et exploitable afin d'optimiser la production, diminuer le temps de malaxage et réduire le gaspillage du béton à l'aide des outils technologiques de contrôle qualité déjà mis en place. En effet, développer une simulation numérique permettant de mieux comprendre le comportement et les profils d'écoulement du béton frais à l'intérieur d'une toupie de malaxage est extrêmement prometteur puisqu'elle permet alors d'encore mieux optimiser les temps et les coûts de malaxage. Afin d'espérer exploiter un tel outil numérique complexe, la mise en place de modèles élémentaires d'écoulement du béton frais est essentielle afin de valider, caractériser et calibrer les simulations numériques. Dans ce mémoire, le développement de trois modèles simples d'écoulement est traité et les résultats obtenus ont permis de valider le comportement numérique de l'écoulement du béton frais. Chacun de ces modèles présente des forces et faiblesses et participe à la création d'un environnement de travail numérique qui permet de beaucoup mieux appréhender la rhéologie et le comportement d'écoulement du béton frais. Ce projet de recherche est donc une véritable porte d'entrée vers la modélisation complète de la production du béton frais. / In view of the current climate emergency and the various scientific reports on climate change, it is essential and even vital to drastically reduce man-made pollution. The latest IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) report (2022) indicates that emissions must be halved by 2030 and strongly emphasizes the need to act immediately to preserve the planet. In this sense, the concrete production industry is responsible for 4-8% of total human carbon dioxide emissions and therefore urgently needs to evolve to reduce its environmental impact. The main objective of this study is to participate in this industrial transition by developing a reliable and exploitable numerical model to optimize the production, reduce mixing time and also reduce concrete waste by using technological quality control tools already available. Indeed, developing a numerical simulation allowing to better understand the behavior and flow profiles of fresh concrete inside a mixing-truck is extremely promising as it allows for further optimization of mixing times and costs. In order to be able to exploit such a complex numerical tool, the implementation of elementary fresh concrete flow models is essential to validate, characterize and calibrate the numerical simulations. In this thesis, the development of three simple flow models is discussed and the results obtained are used to validate the numerical behavior of fresh concrete flow. Each of these models has strengths and weaknesses and contributes to the creation of a numerical working environment that provides a much better understanding of the rheology and flow behavior of fresh concrete. This research project is therefore a real gateway to a full modelling of fresh concrete production.

Ce projet était composé d’une campagne expérimentale en deux phases. Dans la première phase, des simulations à l’aide de la méthode des éléments finis ont été réalisées afin d'identifier les paramètres les plus sensibles. Dans la seconde phase, une série de 12 poutres en béton armé de 3,4 m de long ont été confectionnées. Ces poutres ont par la suite subi une cure thermique et un séchage à l’air. Ensuite, 10 des 12 poutres confectionnées ont été réparées dans leurs zones centrales en compression à l’aide de deux types de matériaux de réparation. Le premier matériau possédait une plus faible rigidité que le substrat, et le second, une rigidité supérieure. Les conclusions principales de l’étude montrent que le fait d’utiliser un matériau de réparation avec une rigidité supérieure à celle du substrat permet d’obtenir un comportement semblable à celui d’une poutre monolithique. En revanche, l’utilisation d’un matériau à plus faible rigidité tend à affecter négativement le comportement de la poutre réparée. Cette tendance est davantage marquée lorsque l’on considère une charge soutenue, car les matériaux à plus faible rigidité tendent à se déformer davantage que les matériaux plus rigides. Mots clés : Béton, capacité structurale, fluage, compression, MEF, poutre, propriétés mécaniques, réparation / A two-phase research program has been undertaken. In the first phase, computer simulations using a finite-element analysis (FEM) software have been performed to highlight the most sensitive. In the second phase, a series of 12 real-size reinforced concrete beams (3,4 m long) has been cast, air-conditioned and repaired at midspan to different extents, using two formulations of repair self-compacting concrete (high-stiffness and low-stiffness SCC’s), 10 of the 12 beams are repaired beam. The last 2 beams are monolithic beams and used as references. After the installation of the instrumentation, the beams are tested on a 4-point bending setup using two servo-hydraulic actuators, for the measurement of the instantaneous and long-term load deformation. The analysis that follows illustrates the correlation between laboratory results and numerical simulations. The main findings of the study show that using a repair material with a higher stiffness than that of the substrate results in a behavior similar to the monolithic beam. However the use of a material with a lower stiffness tends to negatively affect the behavior of the repaired beam. This trend is more pronounced when considering a sustained load, because the materials with lower stiffness tend to deform more than the rigid materials, it follows that the creep at the young age of the material also affects the behavior of the repaired beams, and that the use of a more rigid material allows the repaired beam to behave like a monolithic beam. Keywords: Beam, concrete, compression, creep, FEM, mechanical repair, structural capacity

L'intérêt pour le composite bois-béton (CBB) augmente pour la construction de bâtiments à plusieurs étages. Le bois, en tant que matériau écologique à faible énergie intrinsèque, à faible empreinte carbone et à haute résistance à la traction, est une bonne alternative pour les planchers de bâtiments afin de réaliser l'objectif de construction à zéro carbone net. La dalle de béton connectée à la couche de bois avec un connecteur de cisaillement non seulement protège le bois des matériaux corrosifs, mais offre également une résistance et une rigidité supplémentaires et améliore les performances vibratoires et acoustiques. Cette recherche se concentre sur la conception d'un plancher TCC avec des connecteurs ductiles utilisant la loi de cisaillement élasto-plastique de la connexion et ses comportements de cisaillement au jeune âge. Une nouvelle loi de cisaillement élasto-plastique caractérisée par la limite d'élasticité et le point de rupture est proposée et comparée à d'autres modèles existants en ce qui concerne la prédiction de la réponse structurelle générée par la méthode des éléments finis. Ce nouveau modèle bilinéaire est également mis en œuvre dans une solution analytique, qui permet de prédire la réponse structurelle à partir de la loi de cisaillement bilinéaire d'une manière point à point. D'autre part, les comportements de cisaillement de la connexion CBB au jeune âge sont étudiés expérimentalement avec 79 échantillons de connexion pour estimer la déflexion instantanée de trois planchers CBB et pour décider du meilleur moment pour enlever l'étayage selon différents objectifs de conception. Les fonctions de la propriété de la connexion en dépendance du temps sont proposées sur la base des résultats expérimentaux. La corrélation analytique entre la propriété du béton et le comportement de la connexion est dérivée par un modèle de régression. La relation entre la résistance à la compression et le module d'élasticité du béton proposée dans un modèle probabiliste de béton est validée. / Interest in timber-concrete composite (TCC) is increasing for the construction of multistory buildings. Timber as an ecological material with low embodied energy, low carbon foot print and high tensile strength is a good alternative in building floors to achieve the goal of net-zero carbon construction. Concrete slab connected to timber layer with shear connector not only protects timber from corrosive materials, but also provide extra strength, stiffness and improvement in vibrational and acoustic performance. This research focuses on the design of TCC floor with ductile connectors using elasto-plastic shear law of connection and its shear behaviors at early age. A new elasto-plastic shear law characterized by yield point and failure point is proposed and compared to other existing models with respect to its prediction of structural response generated by a Finite Element Method (FEM). 2 study cases of a metal mesh connection and a notch connection are carried out toprove the accuracy of the newly proposed method in the approximation of failure point. This new bilinear modelis also implemented to an analytical solution, which allows to predict structural response from bilinear shear lawin a point-to-point way. On the other side, shear behaviors of TCC connection at early age are experimentally studied with 79 connection samples to estimate the instantaneous deflection of three TCC floors and to decidethe best moment to remove shoring according to different design target. Functions of connection’s property depending on time is proposed based on experimental results. Analytical correlation between concrete property and connection behavior is derived by regression model. The relation between concrete’s compressive strength and young’s modulus proposed in a probabilistic concrete model is validated.

La durabilité des infrastructures de béton est un sujet qui suscite aujourd'hui un intérêt grandissant en Amérique du Nord. L'entretien et la réfection de ces structures exigent une part croissante des fonds publics puisque plusieurs ouvrages arrivent à la fin de leur vie utile. Les propriétaires et gestionnaires d'ouvrages demandent donc des réparations durables pour prolonger la durée de vie de leurs infrastructures. Pour qu'une réparation soit efficace et durable, plusieurs aspects sont à considérer: une préparation de surface adéquate, le choix du bon matériau de réparation, et le choix d'une méthode de mise en place appropriée. Le béton projeté s'avère être une technique de mise en place privilégiée pour la réparation des infrastructures en béton car ce procédé est rapide et ne nécessite pas de système de coffrage complexe. Lorsqu'un béton projeté est préconisé dans un devis, que ce soit pour une réparation ou une structure neuve, l'ingénieur doit généralement spécifier une valeur de résistance à la compression minimale (ASTM C1604), et une valeur d'absorption maximale (ASTM C642). L'absorption est un paramètre souvent spécifié afin de s'assurer que le béton projeté rencontre des critères de durabilité suffisants. Contrairement à ce qui apparaît souvent dans la documentation scientifique, il n'y a pas de relation directe entre la résistance en compression d'un béton et son absorption. Les paramètres qui influencent l'absorption d'un béton projeté sont mal compris. Ainsi, pour respecter le critère d'absorption maximale spécifié dans les devis, les concepteurs de mélanges maîtrisent mal les paramètres à modifier et il en résulte un processus de conception qui peut être itératif et peu économique. L'état actuel des connaissances concernant la durabilité du béton projeté est limité. Des critères qualitatifs ont été suggérés, permettant de relier la qualité générale d'un béton projeté à son absorption. Toutefois, ces critères sont basés sur l'expérience, et manquent malheureusement de fondements scientifiques. Bien qu'il soit simple et pratique, ce système de classification n'offre pas d'explication sur la relation entre l'absorption d'un béton projeté et sa durabilité face aux agents agressifs. L'essai d'absorption donne une idée générale du volume des vides capillaires d'un béton, alors qu'il est généralement reconnu que la pénétration d'agents agressifs suit un processus diffusionnel. Ce projet de recherche comporte deux objectifs principaux. D' abord, il s' agit de déterminer l'influence des différents paramètres de projection et des caractéristiques des mélanges sur l'absorption du béton projeté. Ceci permettra l'optimisation de la formulation des mélanges puisque les principes de conception actuels sont essentiellement fondés sur la résistance mécanique et sur le rebond. La seconde partie du travail a comme objectif d' établir un critère d'acceptation des bétons projetés en matière de durabilité. Cette étude tentera d'identifier clairement la relation entre l'absorption d'un béton projeté et ses propriétés de transport. Pour atteindre ces objectifs, le programme expérimental qui a été mis sur pied consiste à produire et caractériser plusieurs mélanges de bétons, tant projetés que mis en place de façon gravitaire. Les résultats démontrent que les principaux paramètres qui influencent l'absorption du béton projeté sont le rapport EIL et le volume de pâte de ciment hydraté. Ce dernier paramètre est toutefois fonction de la granulométrie initiale du mélange. Finalement, il est démontré que l'essai d'absorption n'est pas un paramètre fiable pour prédire la pénétration des ions chlorures dans les matrices cimentaires. Les résultats de cet essai sont faiblement corrélés avec le coefficient de diffusion, qui constitue une propriété de transport fondamentale à l'égard de la durabilité.

Depuis plusieurs années, le béton projeté a été utilisé pour la stabilisation des talus et le renforcement des structures dégradées. À ce jour, il est également utilisé pour construire des éléments complets tels que des murs de refend, colonnes, coquilles minces, revêtements de tunnels et poutres. Cependant, depuis quelques années, les ingénieurs en structures ont soulevé une préoccupation particulière concernant la qualité d'enrobage des barres d'armature. En effet, des imperfections peuvent être créées spécifiquement derrière les barres d'armature si le béton n'est pas projeté correctement ce qui pourrait provoquer la rupture prématurée des éléments structuraux. Essentiellement, peu de recherche a été faite à ce sujet et les recommandations courantes reposent sur des fondements entièrement empiriques servant uniquement à évaluer la qualité de l'enrobage de barres d'armature des carottes des panneaux de caractérisation. Cette étude a pour but d'augmenter les connaissances scientifiques concernant la réduction de l'adhérence entre les barres d'armature et le béton causé par ces imperfections afin d'inclure ce phénomène dans les guides destinés à l'inspection et à la conception des structures en béton projeté. Pour contrebalancer la perte d'adhérence, le cas échéant, des facteurs de modification pour l'équation de la longueur de développement des barres d'armature en traction est proposée. À cette fin, l'étude présente une phase expérimentale, une phase de modélisation et finalement une phase analytique. La phase expérimentale inclut des éprouvettes de type « pull-out » faites en béton projeté et en béton coulé ayant des vides artificiels (pour recréer les imperfections parfois observées en béton projeté). Des éprouvettes de type « beam-end » coulées avec des vides artificiels ont également été testées. La phase de modélisation inclut seulement des éprouvettes de type « beam-end » et les principaux résultats étudiés comportent la charge maximale et le type de rupture des éprouvettes, lesquels se sont montrés influencés principalement par la longueur transversale des vides (périmètre non-adhéré) et le recouvrement du béton. Les résultats ont permis d'établir des périmètres non-adhérés limites pour lesquels une rupture par déchaussement pourrait survenir. Cependant, puisqu'une certaine perte d'adhérence a été observée même avant les limites établis, la phase analytique a permis de proposer des facteurs de modification pouvant être utilisés avec l'équation de la longueur de développement. Ainsi, des recommandations ont été développées pour permettre aux ingénieurs de prendre des décisions concernant l'intégrité des structures pendant les inspections ou d'inclure le béton projeté lors de la conception de ces structures si des vides sont relevées ou susceptibles d'être créés derrière les barres d'armature. / For many years, shotcrete (sprayed concrete) has been used for slope stabilization and the reinforcement of degraded structures. Nowadays, it's also used to build full-depth structural reinforced concrete elements such as shear walls, columns, thin shells, tunnel linings and girders. However, concerns regarding the encapsulation quality of the reinforcing bars have been raised by structural engineers. Indeed, imperfections could be created specifically behind the reinforcing bars if concrete is inappropriately sprayed which could cause the premature failure of structural elements. Essentially, very little research has been completed on the subject and the current guidelines rely completely on empirical evidence which serves only to evaluate the encasement quality of reinforcing bars from cores taken from pre-construction panels. This study aims to increase the scientific understanding regarding the bond stress reduction between reinforcing bars and concrete caused by the presence of such imperfections in order to include this phenomenon in the current inspection and design guidelines for shotcrete structures. To counteract the bond stress loss, if any, modification factors to be used in conjunction with the development length equation of reinforcing bars in tension is proposed. To do so, the study includes an experimental, a modeling and lastly an analytical phase. The experimental phase includes sprayed as well as cast in-place with artificial voids (to recreate the imperfections observed when shotcrete is incorrectly applied) "pull-out" specimens. Cast in-place "beam-end" specimens with artificial voids were also studied. The modeling phase only includes "beam-end" specimens and the main studied results were the ultimate load and the mode of failure of the specimens which were found to be mainly influenced by the transversal length of the voids (or un-bonded perimeters) and the concrete cover. The results allowed to establish un-bonded perimeters limits beyond which a possible reinforcing bar pull-out failure could occur. However, since a certain bar stress loss was still observed even below the limits established, the analytical phase served to propose modification factors to be used in conjunction with the development length equation. Thus, important guidelines have been created for structural engineers allowing them make decisions regarding the integrity of shotcrete structures during the inspection phase or to take into account shotcrete during the design phase of structures if imperfections are observed or are susceptible to be created behind the reinforcing bars.

Le virage technologique débutant dans le secteur du génie civil a permis la création d'outils et de procédés tournés vers le numérique et l'automatisation. Le béton projeté, qui comprend un grand potentiel d'automatisation, ne doit pas faire exception à la règle puisque l'avancement et l'optimisation des méthodes de production sont clairement poussés en avant par cet élan technologique. Le Laboratoire de béton projeté de l'Université Laval travaille depuis plus de 15 ans sur plusieurs initiatives de recherche visant à comprendre et à améliorer la méthode de mise en place qu'est le béton projeté. Sur cette base de réflexion, un effort de recherche visant à réduire le rebond et à automatiser le procédé par voie sèche avec un bras robotisé a été lancé avec le projet SPARO. Le présent projet de recherche se place dans sa continuité directe, et il s'articule autour de 4 axes principaux : optimisation et compréhension du phénomène de rebond, étude de l'influence de l'automatisation du procédé sur les propriétés du béton projeté durci, amélioration de l'autonomie du procédé et enfin, développement d'une assistance au lancier. La première partie du projet contribue à la compréhension des interactions entre les différentes trajectoires et le rebond, notamment avec l'utilisation de la trajectoire dite planétaire. Elle présente des valeurs de rebond remarquablement faibles et proches de celles obtenues usuellement par voie humide; elle apporte le concept de rebond fondamental du matériau et génère moins de rebonds que la trajectoire « classique » largement adoptée par les lanciers. L'hypothèse soutenue est que la trajectoire optimale est celle qui, pour une consigne d'épaisseur donnée, couvre une surface de taille maximale, tout en s'assurant que chaque portion de cette surface soit impactée, ou excitée, en permanence de façon à dépasser une fréquence énergétique critique du substrat, facilitant la capture des particules. L'étude des propriétés du béton projeté à l'état durci souligne que la technique de mise en place a un effet important sur la résistance en compression. Une diminution de 7% est observée entre la méthode automatisée et un projeteur traditionnel; en revanche, aucun changement n'a été observé pour la porosité. Dans la contribution à l'automatisation globale du système, l'utilisation de la vision numérique a montré des résultats très satisfaisants. Une méthode automatique de mesure de l'épaisseur projetée et de sa correction a été développée à l'aide d'un capteur LIDAR. En parallèle, l'adaptation de certains capteurs a permis de développer un système d'aide au lancier, offrant des renseignements sur l'angle et la distance de la lance par rapport à la surface projeté. / The technological transition in civil engineering has led to the creation of tools and processes oriented towards digitalization and automation. Shotcrete, which presents a great potential for automation, should not be an exception to the trend since the advancement and optimization of production methods are clearly pushed forward by this technological boom. The Shotcrete Laboratory of Université Laval has been working for more than 15 years on several research initiatives in order to understand and improve the shotcrete process. On this basis, a research initiative aimed at reducing rebound and automating the dry process with a robotic arm was launched with the SPARO project. The present research project is in direct continuation. It is organized around 4 main axes, with the optimization and the comprehension of the phenomenon of rebound, the study of the influence of the automation process on the properties of the hardened shotcrete, the improvement of the process's autonomy and, finally, the development of nozzleman assistance. The first part contributes to understanding the interactions between the different nozzle trajectories and rebound, especially with the use of the so-called planetary path. It shows remarkably low values of rebound, close to the one usually obtained with wet-mix shotcrete. It brings the concept of fundamental rebound of the materials and generates less rebound than the "classical" trajectory widely adopted by nozzlemen. The hypothesis supported is that the optimal trajectory is the one that, for a given thickness, covers a surface of maximum size, while ensuring that each portion of this surface is constantly impacted, or excited, so as to exceed a critical energy frequency of the substrate, faciliting the capture of incoming particles. The study of the hardened concrete's properties underlines that the placement technique has an important effect on the compressive strength. A decrease of 7% is observed between the automated method and a traditional sprayer, on the other hand, no changes were observed concerning the porosity. In the contribution to the overall system's automation, the use of computer vision showed very satisfying results. An automatic method for measuring the sprayed thickness and its subsequent corrections has been developed using a LIDAR sensor. In parallel, adapting certain sensors package has made possible the development of a nozzlemen's assistance, giving information on the nozzle’s angle and distance with regards to the sprayed surface.

L'intérêt pour le composite bois-béton (CBB) augmente pour la construction de bâtiments à plusieurs étages. Le bois, en tant que matériau écologique à faible énergie intrinsèque, à faible empreinte carbone et à haute résistance à la traction, est une bonne alternative pour les planchers de bâtiments afin de réaliser l'objectif de construction à zéro carbone net. La dalle de béton connectée à la couche de bois avec un connecteur de cisaillement non seulement protège le bois des matériaux corrosifs, mais offre également une résistance et une rigidité supplémentaires et améliore les performances vibratoires et acoustiques. Cette recherche se concentre sur la conception d'un plancher TCC avec des connecteurs ductiles utilisant la loi de cisaillement élasto-plastique de la connexion et ses comportements de cisaillement au jeune âge. Une nouvelle loi de cisaillement élasto-plastique caractérisée par la limite d'élasticité et le point de rupture est proposée et comparée à d'autres modèles existants en ce qui concerne la prédiction de la réponse structurelle générée par la méthode des éléments finis. Ce nouveau modèle bilinéaire est également mis en œuvre dans une solution analytique, qui permet de prédire la réponse structurelle à partir de la loi de cisaillement bilinéaire d'une manière point à point. D'autre part, les comportements de cisaillement de la connexion CBB au jeune âge sont étudiés expérimentalement avec 79 échantillons de connexion pour estimer la déflexion instantanée de trois planchers CBB et pour décider du meilleur moment pour enlever l'étayage selon différents objectifs de conception. Les fonctions de la propriété de la connexion en dépendance du temps sont proposées sur la base des résultats expérimentaux. La corrélation analytique entre la propriété du béton et le comportement de la connexion est dérivée par un modèle de régression. La relation entre la résistance à la compression et le module d'élasticité du béton proposée dans un modèle probabiliste de béton est validée. / Interest in timber-concrete composite (TCC) is increasing for the construction of multistory buildings. Timber as an ecological material with low embodied energy, low carbon foot print and high tensile strength is a good alternative in building floors to achieve the goal of net-zero carbon construction. Concrete slab connected to timber layer with shear connector not only protects timber from corrosive materials, but also provide extra strength, stiffness and improvement in vibrational and acoustic performance. This research focuses on the design of TCC floor with ductile connectors using elasto-plastic shear law of connection and its shear behaviors at early age. A new elasto-plastic shear law characterized by yield point and failure point is proposed and compared to other existing models with respect to its prediction of structural response generated by a Finite Element Method (FEM). 2 study cases of a metal mesh connection and a notch connection are carried out to prove the accuracy of the newly proposed method in the approximation of failure point. This new bilinear model is also implemented to an analytical solution, which allows to predict structural response from bilinear shear law in a point-to-point way. On the other side, shear behaviors of TCC connection at early age are experimentally studied with 79 connection samples to estimate the instantaneous deflection of three TCC floors and to decide the best moment to remove shoring according to different design target. Functions of connection's property depending on time is proposed based on experimental results. Analytical correlation between concrete property and connection behavior is derived by regression model. The relation between concrete's compressive strength and young's modulus proposed in a probabilistic concrete model is validated.