La corrosion des aciers d’armatures résultant de la pénétration des ions chlorure est un problème important qui réduit de manière significative la durée de vie des structures en béton armé exposées à un environnement maritime ou à des sels de déglaçage. Ce mémoire présente une étude de l’initiation de la corrosion sur des éprouvettes de mortier armé ainsi qu’une étude du comportement de barres d’armature corrodées. L’objectif général des travaux de maîtrise était d’étudier l’influence réelle de la minéralogie du ciment sur les mécanismes d’initiation de la corrosion des armatures. En plus de contribuer à l’élaboration d’un outil de prédiction de la durée de vie des ouvrages en béton armé exposés à la pénétration des ions chlorure, ce projet a permis de générer des informations permettant aux ingénieurs de la pratique et aux gestionnaires d’ouvrages d’optimiser la formulation des bétons et d’améliorer la durabilité des structures. Le projet était séparé en deux parties. La première partie portait sur l’identification d’une concentration seuil en ions chlorure requise pour initier la corrosion. Les éprouvettes de mortier ont été soumises à des conditions d’expositions contrôlées (cycles de mouillage-séchage). L’évolution de la corrosion a été suivie par des méthodes électrochimiques non-destructives. Les différents facteurs à l’étude ont été le rapport eau sur ciment (e/c), la minéralogie du ciment et le type de préparation des barres d’armature. Les résultats de l’étude de la pénétration des ions chlorure dans les matériaux cimentaires et de sa conséquence sur l’initiation de la corrosion sont présentés. La deuxième partie du projet était d’étudier l’effet de la corrosion sur les propriétés mécaniques des armatures. Les résultats de la mise en traction de barres ayant des degrés de corrosion spécifiques sont également présentés. Selon les résultats obtenus, une diminution du rapport e/c et une augmentation de la teneur en C3A ont été deux facteurs favorisant un temps d’initiation de la corrosion plus élevé. De plus, les barres préparées au jet de sable ont offert une meilleure résistance à la corrosion que les barres brossées. En outre, le temps de fissuration des éprouvettes semblaient être indépendant du rapport e/c et de la minéralogie (teneur en C3A). La concentration critique en ions chlorure totaux requise pour initier la corrosion, trouvée au cours de l’étude, a été d’environ 0,3 % en masse de mortier sec ou 1,2 % en masse de ciment. Cette concentration seuil a pu être évaluée avec précision à l’aide d’éprouvettes avec et sans barres. De plus, la concentration critique a semblé indépendante de la teneur en C3A, du type de préparation de barres (brossé ou préparé au jet de sable) et du rapport e/c. / Chloride-induced corrosion of steel reinforcement is an important issue that greatly decreases the service life of all concrete structures exposed to marine environments or de-icing salts. This study analysed the phenomenon of corrosion initiation on reinforced mortar specimens and the behavior of several corroded reinforcing bars. The main objective of the study was to observe the actual influence of cement mineralogy on the various mechanisms of corrosion initiation on steel reinforcement. Contributing to the elaboration of a tool that will be able to predict the service life of a reinforced concrete structures exposed to chlorides, this research also allowed to put forward new information for the civil engineering community, helping engineers and owners optimizing concrete formulations, and improving the durability of concrete constructions. The project was divided in two parts. The first one is aimed at isolating a threshold concentration of chloride-ions that would initiate corrosion. The mortar specimens were exposed to chloride-ions in a controlled environment, by chloride ponding, and the evolution of corrosion was observed with non-destructive electrochemical measurements. Different factors were taken into consideration during these tests: the water/cement ratio, the cement mineralogy, and the various type of reinforcing bars preparation. Going trough this paper, you will learn about the consequences that come from the variation of these factors on the corrosion initiation. The second part of the project studied the effects of corrosion on the mechanical properties of steel reinforcement. The data that resulted from the traction tests, on the bars, at different corrosion levels, are also presented in this document. According to the results of the study, reducing the water/cement ratio and increasing the C3A content led to a longer corrosion initiation time. As for the cracking time of the different mortar specimens, it appeared to be independent from these two factors. Moreover, sandblasted bars were found to be a lot more resistant to corrosion than the brushed bars. In the end, the critical concentration of chloride-ions was found to be around 0.3% by weight of dry mortar or 1.2% by weight of cement. This threshold value was precisely evaluated studying different specimens with and without bars. Furthermore, this threshold value seems independent of the concentration of C3A, the type of bar preparation or the water/cement ratio.

Les structures composites bois-béton (CBB) sont, aujourd'hui, de plus en plus utilisées grâce à leurs avantages de portance, leurs avantages écoresponsables et leur coût compétitif. La recherche sur ce type de structure est encore nouvelle et son potentiel de développement est très prometteur. Ce projet doctoral vise à étudier le comportement statique et au jeune âge des structures CBB. Le comportement statique des structures CBB peut être divisé en deux phases (élastique et inélastique) et il existe plusieurs méthodes pour prédire la réponse structurale pour chacune : • En phase élastique, la méthode Gamma est la plus connue grâce à sa simplicité et sa précision pour estimer la flèche et la fréquence de vibration. Cette méthode est basée sur l'hypothèse de charge sinusoïdale et, par conséquent, il existe des erreurs dans l'estimation de la force axiale et du glissement des structures CBB sous d'autres types de charges. Dans ce projet, une méthode analytique est développée pour ajuster la méthode Gamma en diminuant l'erreur de 22% à 2%. • En phase inélastique, les méthodes analytiques existantes sont soit complexes, soit moins précises en raison du comportement post-élastique du connecteur. Pour résoudre ce problème, un modèle analytique est développé en tenant compte du comportement généralement élastoplastique du connecteur et en appliquant l'approche point à point pour prédire la réponse structurale de la structure CBB. Enfin, une méthode d'ingénierie est proposée pour simplifier l'utilisation du modèle. D'autre part, le béton est un matériau spécial où sa rigidité et résistance se développent avec le temps durant la cure. Ses propriétés mécaniques sont généralement normalisées à 28 jours, lorsqu'elles atteignent des valeurs relativement élevées pour satisfaire le dimensionnement des ouvrages. En conséquence, le comportement du béton au jeune âge (avant 28 jours) est moins étudié, notamment dans la structure CBB. Ce projet doctoral s'articule autour de deux points concernant ce comportement: • Une feuille de plastique étanche est traditionnellement installée entre le bois lamellé-croisé(CLT) et le béton durant la construction pour empêcher l'échange d'humidité entre les deux matériaux dans la période du jeune âge du béton. Cet isolant entraîne une augmentation des coûts de construction et une diminution de la capacité mécanique du connecteur d'entaille. Dès lors, une recherche expérimentale est réalisée pour vérifier si cet isolant est vraiment nécessaire ou s'il peut être enlevé sans toutes fois diminuer la performance des structures CBB. • Une autre campagne d'essais est effectuée pour vérifier l'influence du retrait du béton au jeune âge sur la flèche et la capacité portante de plancher CBB coulé sur place. Simultanément, un modèle analytique est développé pour évaluer les données expérimentales. Les résultats montrent que le retrait du béton provoque une importante flèche ainsi qu'une diminution significative de rigidité de plancher CBB. Enfin, le projet peut apporter des contributions scientifiques et des retombées industrielles remarquables, tout en proposant des perspectives potentielles pour la recherche dans ce domaine. / The use of timber-concrete composite (TCC) structures is increasingly popular thanks to their advantages of bearing capacity, eco-efficiency, and affordability. Research on this type of structure is still new and its development potential is therefore very promising. This Ph.D. project aims to research the static behavior and the early age behavior of TCC structures. The static behavior of TCC structures can be divided into two phases (elastic and inelastic) and there are several methods to predict the bearing behavior for each: • In the elastic phase, the γ-method is the best known thanks to its simplicity and precision in estimating the deflection and the frequency of vibration. This method is based on the sinusoidal load assumption and therefore there are errors in estimating the axial force and slip of TCC structures under other types of loads. In this project, an analytical method is developed to adjust the Gamma method by reducing the error from 22% to 2%. • In the inelastic phase, the existing analytical methods are either complex or less exact because of the post-elastic behavior of the connector. To solve the problem, an analytical model is developed considering the generally elastoplastic behavior of the connector and applying the point-to-point approach to predict the structural behavior of CBB structure. Finally, an engineering method is proposed to simplify the use of the model. On the other hand, concrete is a special material where its rigidity and strength develop over time after pouring. Its mechanical properties are generally normalized at 28 days when they reach relatively high values to satisfy the design of structures. Consequently, the behavior of concrete in the early-age period (before 28 days) is less studied, especially in TCC structures. This Ph.D. project focuses on two points concerning this behavior: • The waterproof plastic sheet is traditionally installed between cross-laminated timber (CLT) and concrete in the construction phase to prevent the exchange of moisture between two materials during concrete early-age. This insulation causes increased construction cost and decreased notch-type connector competence. Therefore, experimental research is carried out to verify if this insulator is necessary or it can be removed while ensuring the competence of TCC structures. • Another test campaign is carried out to assess the influence of early-age concrete shrinkage on the deflection and bearing capacity of the cast-in-place TCC floors. Simultaneously, an analytical model is developed to evaluate the experimental data. The result shows that the shrinkage of the concrete causes a very large deflection and a significant decrease in the rigidity of the TCC floors. Finally, the project can bring remarkable scientific contributions and industrial benefits. In addition, it opens potential research perspectives in this research field.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / Le comportement des bétons fibrés à ultra-hautes performances (BFUP) dépend fortement de l’orientation des fibres vis-à-vis de la direction des sollicitations. L’orientation des fibres étant principalement due à la mise en oeuvre de la structure, la ductilité d’un ouvrage s’en retrouve fortement dépendant. Dans ce mémoire de maîtrise, un modèle numérique est développé pour capturer l’effet de l’orientation des fibres via leurs mécanismes d’extraction. Il s’agit d’un modèle d’endommagement micromécanique, utilisé dans le cadre de la mécanique de la rupture linéaire élastique permettant de modéliser la propagation des fissures, la dissipation d’énergie et donc la ductilité de la structure. Cette approche permet également de rendre le modèle indépendant de la finesse du maillage et de modéliser l’effet d’échelle. Dans ce travail, les BFUP sont composés de fibres courtes en acier dont le pourcentage volumique est inférieur à 3%. La résistance en compression du BFUP est si grande que le matériau est admis être purement linéaire élastique en compression. Le modèle est implanté dans le logiciel Code_Aster pour calibration, validation et application sur des essais de traction et sur des essais de flexion quatre points : le modèle développé reproduit très bien ces résultats expérimentaux. / The behavior of ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) strongly depends on fibers’ orientations relatively to the direction of stresses. Fibers’ orientations are mostly due to concrete casting of the structure and therefore the ductility of a structure is highly dependent of those orientations. In this MSc thesis, a numerical model is developed to capture the effect of fiber orientation considering the fiber pull-out mechanism. A micromechanical damage model based on linear elastic fracture mechanics to model crack propagation, energy dissipation and thus structure’s ductility. This approach also corrects spurious mesh sensitivity and captures size effect. In this work, UHPFRC are made of short steel fibers with fiber content inferior to 3%. The compressive strength of UHPFRC is so important that the material is assumed to be purely linear elastic in compression. The model is implemented in Code_Aster software for calibration, validation and application on tensile tests and four-point bending tests : the developed model can reproduce these experimental results.

352711\u La fissuration causée par le retrait de séchage est une problématique importante dans un contexte de réparation d’ouvrage en bétonarmé. Pour les bétons de ciment, il s’agit d’un phénomène inévitable qui peut diminuer de façon importante la durée de vie des réparations. Les bétons à retrait compensés (BRC) permettent, avec une cure humide adéquate, de pallier cette difficulté en compensant les efforts engendrés lors de la contraction du matériau par une expansion précoce de l’élément de béton. Cette étude vise à évaluer l’effet d’une restriction déformationnelle sur l’efficacité des BRC à contrer les effets du retrait de séchage. Plus précisément, il s’agit de restreindre les déformations des BRC selon quatre niveaux de renforcementet d’étudier leur comportement déformationnel dans le temps. Ainsi, six mélanges de béton prêt à l’emploi ont été préparés à partir de trois types d’agents expansifs, un Type K, un Type G ainsi qu’un troisième à base d’oxyde de magnésium (MgO) ; tous les mélanges ont un rapport E/L de 0,50.Ces mélanges ont été élaborés de façon à pouvoir atteindre trois objectifs distincts. Le premier objectif est d’étudier le comportement déformationnel des BRC en conditions restreintes, notamment de quantifier les effets du fluage en compression créé par la restriction lors de l’expansion du béton. Le deuxième objectif est de vérifier quelles sont les déformations subies par les BRC avant même le démoulage afin d’établir s’il est pénalisant de n’amorcer la prise de mesure qu’à la fin de démoulage comme le propose actuellement les essais normalisés. Le troisième objectif vise à enrichir les abaques de l’ACI 223R-10 qui permettent de prédire les déformations d’un élément de béton selon le niveau de renforcement et les résultats obtenus suivant l’essai ASTM C878. Les principales conclusions de l’étude montrent que le fluage en compression des BRC est plus important dans les premiers jours lorsque l’expansion est intense et rapide alors qu’il est de plus faible ampleur lorsque l’expansion est plus lente et d’intensité plus faible. Les mesures déformationnelles débutant lors de contact eau-ciment jusqu’au démoulage, obtenues à l’aide de jauges résistives fixées aux barres d’armature, montrent que les déformations observées durant les premières heures sont faibles comparativement aux expansions maximales observées à la fin de la cure humide. Les abaques ont donc été revisités pour tenir compte du type et du dosage en agent expansif. Les abaques obtenus indiquent que le comportement déformationnel dépend à la fois du type et du dosage d’agent expansif.

Parmi les phénomènes complexes entourant la mise en place du béton projeté, les pertes par rebond du matériau restent au centre des préoccupations. Malgré des améliorations en matière de composition des mélanges et de formation des lanciers, aucune étude ne permet d’évaluer réellement l’effet du type d’équipement et de procédé utilisé sur la qualité du matériau et sur le rebond. À ce jour, la compréhension des mécanismes de rebond repose sur un seul modèle valide uniquement à l’échelle locale d’un granulat. Dans ce contexte, le présent projet s’est attardé à caractériser et étudier davantage les phénomènes contrôlant la mise en place du matériau à l’échelle du jet. Le projet s’est articulé autour de deux axes de recherche visant à caractériser les phénomènes de projection du matériau à la sortie de la lance, pour ensuite s’intéresser aux phénomènes intervenant lors de l’impact du matériau. À l’échelle de la particule, un modèle 1D basé sur la seconde loi de Newton a été développé et a permis d’identifier clairement les paramètres contrôlant l’accélération des particules dans un jet d’air comprimé. L’utilisation d’un système d’imagerie haute vitesse a permis de caractériser pour la première fois le champ des vitesses d’impact produit par 3 types de lances industrielles, et d’en établir l’expression analytique. Pour compléter l’étude des phénomènes de projection, de nouveaux dispositifs expérimentaux ont permis de révéler la distribution spatiale du débit de matériau dans le jet et sur la paroi. L’accumulation en temps réel du matériau et sa consolidation lors de son impact ont également été caractérisées en utilisant un dispositif d’imagerie haute vitesse. Au final, l’étude démontre clairement que les conditions de sortie du matériau au niveau de la lance contrôlent de manière importante l’uniformité des conditions d’impact (vitesse, énergie) et influencent par conséquent celle de la mise en place et de la compaction du matériau sur la paroi. En plus de fournir un nombre important d’outils expérimentaux et d’analyse, cette étude propose une approche novatrice de l’étude du procédé et offre de multiples perspectives de recherche pour des projets futurs. / Among the complex phenomena involved in the placement of shotcrete, material losses through rebound remains an important preoccupation. Despite efforts in mixture design improvements and nozzleman training, there are no studies available that truly evaluate the effect of equipment and placement process on the in-place shotcrete quality and the associated rebound. To this day, our understanding of rebound mechanisms is based on a single model validated only at the aggregate scale. In this context, the present study is aimed at further characterizing and studying the phenomena controlling shotcrete placement at the spray scale. The study is organized around two main aspects: characterising the spraying phenomena at the exit of the nozzle and studying the impact of material on the receiving surface. At the particle scale, a 1D model based on Newton's second law has been developed and has made it possible to clearly identify the parameters controlling the acceleration of particles in a compressed air stream. The use of a high-speed imaging system characterized, for the first time, the velocity fields generated by three different nozzles and proposed the relevant analytical expressions. To complete the study on the spraying phenomena, innovative experimental setups have helped reveal the spatial distribution of the material in the spray and on the receiving surface. The accumulation and consolidation of material on impact has also been illustrated using the high-speed imaging system. In conclusion, the study demonstrates clearly that the conditions prevailing at the exit of the nozzle have a significant effect on the uniformity of the impact conditions (velocities, energy) and will consequently influence those of placement and consolidation of the material on the receiving surface. As well as offering a number of important experimental and analytical tools, this study proposes an innovative approach for the study of the shotcrete process and offers multiple future research perspectives.

Le dernier rapport du GIEC (groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat) indique que les conséquences d’un changement climatique à 2°C sont extrêmement préoccupantes pour l’être humain et la bio-diversité (Masson-Delmotte et al., 2018). Pourtant, rester en dessous de cette limite implique une réduction des émissions de gaz à effet de serre mondiale d’environ 4% par an, chaque année, jusqu’en 2050. L’industrie du béton, responsable d’environ 6% des émissions de gaz à effet de serre dans le monde doit prendre part à cet immense défi. L’objet de cette étude est de contribuer à cette réduction en développant des technologies de contrôle qualité du béton frais afin de réduire le gaspillage du béton, d’améliorer sa qualité et d’optimiser son temps de malaxage. La propriété du béton frais étudiée ici est la teneur en air. Son rôle se révèle primordial dans la résistance du béton face aux cycles de gel/dégel et son contrôle est important dans l’atteinte des propriétés mécaniques du béton requise à l’état durci. Développer une méthode ayant le potentiel d’automatiser la mesure de la teneur en air du béton frais dans les camions malaxeurs de béton est l’objectif à atteindre. Dans le cadre de ce projet, des recherches sur les méthodes utilisant des ultrasons ont d’abord été réalisées. Elles se sont montrées infructueuses. Puis, les performances de la technologie CiDRA AirTRAC (développée par l’entreprise Cidra) ont été analysées et des imprécisions importantes ont été soulignées. Enfin, les calculs de vitesse de propagation d’ondes sonores dans le béton frais de fréquence allant de 150 à 230 Hz en utilisant un récepteur piézo-électrique ont conduit à des résultats très prometteurs, mais encore insuffisamment nombreux pour confirmer la robustesse de cette méthode. Les recherches se poursuivent dans un projet subséquent à l’Université Laval / The last IPCC report (Intergovernmental Panel on Climate Change) shows that consequences of a 2°C global warming are extremly worrying for mankind and biodiversity (Masson-Delmotte et al., 2018). Staying under this limit involves a 4% reduction of worldwide greenhouse emission every year until 2050. The concrete industry is responsible for approximately 6% of CO₂ emission worlwide and must be part of the reduction required. The purpose of this study is to develop technology for controling fresh concrete quality in a ready-mix truck in order to reduce waste, optimize quality and reduce mixing time. The property which has been the main focus in this study is the air content. The total air content in concrete is important since it will influence the freeze/thaw durability and the mechanical properties of hardened concrete. Finding a suitable to automatically evaluate air content inside a ready-mix truck is the main target of this study. Approaches using ultrasound methods have not led to the desined results.The technology behind CiDRA AirTRAC (developed by company Cidra) has also been analysed base on literature and many inaccuracies has been highlighted. Finally, calculation of sound waves velocities with frequencies between 150 and 230 Hz with a piezoelectric receptor has led to very promising results; however, trials are needed in order to confirm the potential and robustness of this method. Future projects at Université Laval will concentrate on this topic.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Le développement de béton avec une faible teneur en ciment grâce au recyclage et à la réutilisation des déchets est, aujourd'hui, un aspect critique de la construction durable. Avec cette idée de rendre le béton écoresponsable, et aussi de le rendre suffisamment résistant aux agressions d'expositions (d'un climat froid), ce travail vise à développer un béton normal, pour trottoir, à air-entraîné avec une faible teneur en ciment et en sable, grâce au recyclage de la poudre de granite provenant d'une usine de production locale. Afin de répondre à nos objectifs, un état de l'art a été réalisé dans un premier temps. Ensuite, la méthodologie a été choisie. D'abord, la poudre de granite a été caractérisée avec des analyses chimiques, minérales, granulométriques, physiques (forme et texture) et aussi de son comportement en présence d'eau. Puis, le développement du béton normal est mis en place. Il est divisé en trois phases : (i) l'effet de la poudre de granite sur la résistance compression et la densité de compaction (ii) l'interaction entre la poudre de granite et l'eau dans une pâte de ciment afin qu'elle ne pénalise pas les propriétés à l'état frais, et (iii) l'optimisation de l'état frais du béton à air entraîné en variant le dosage de l'adjuvant et en considérant deux procédures de malaxage. Finalement, une étude comparative a été réalisée sur les émissions de CO₂ et l'énergie intrinsèque entre le béton commercialisé et le béton développé. Les résultats présentés montrent qu'il est possible de remplacer 20% de la pâte de ciment et 10% du sable par de la poudre de granite. Cela représente une réduction globale de 18% des émissions de carbone et de 17% de l'énergie intrinsèque, tout en satisfaisant les performances requises.

Titre de l'écran-titre (visionné le 18 mars 2024) / Au Québec, les chaussées en béton perdent rapidement leur adhérence au fil du temps. C'est pourquoi le ministère des Transports et de la mobilité durable du Québec souhaite identifier une ou des formulation(s) de béton qui résiste(nt) bien au phénomène d'usure et de perte d'adhérence prématurée. L'objectif de ce projet est de créer un protocole expérimental permettant de reproduire en laboratoire l'usure et la perte d'adhérence des chaussées en béton, et ce de façon fiable et relativement rapide. Un tel protocole permettra en effet d'évaluer la performance, face à l'usure, de différentes formulations de béton incorporant une variété de granulats grossier et fin, de même que différentes matrices cimentaires. Ce mémoire présente une revue des différents types de chaussées en béton utilisées au Québec ainsi que les différents moyens existants pour effectuer le suivi de leur adhérence au fil du temps. Ensuite, il décrit des interventions sur le terrain visant à mesurer, à l'aide d'appareils spécifiques, l'adhérence des routes en béton. Enfin, il présente le calibrage du *Three-Wheel Polishing Device* (TWPD) permettant de conditionner en laboratoire des dalles de béton. Ce processus de conditionnement s'accompagne de la mise en place de différents moyens de mesure, de l'usure et de l'adhérence, en passant par le frottement et le profil des dallettes. Finalement, le protocole développé dans le cadre de ce projet permet d'obtenir des écarts significatifs de macro-texture entre des dalles incorporant deux gros granulats de nature très différente, soit un granulat granitique et un granulat dolomitique. Il entraîne une profondeur d'usure de 2 mm, ce qui permet d'observer des différences visuelles entre les différentes formulations de béton. Ce protocole peut être réalisé par une personne, avec un rythme d'un mélange de béton par semaine. / In Quebec, concrete pavements quickly lose their grip over time. This is why the Quebec Ministry of Transport and Sustainable Mobility wants to identify a concrete mix that does not present problems with wear and premature loss of adhesion. The objective of this project is to create an experimental protocol allowing the wear and loss of grip of concrete pavements to be reproduced in the laboratory, reliably and relatively quickly. Such a protocol will indeed make it possible to evaluate the performance, in the face of wear, of different concrete formulations incorporating a variety of coarse and fine aggregates, as well as different cement matrices. This MSc dissertation presents a review of the different types of concrete pavements used in Quebec as well as the different existing means of measuring their adhesion. Then, it describes field interventions aimed at measuring, using specific devices, the skid resistance of concrete roads in the Montreal region. Finally, it presents the calibration of the Three-Wheel Polishing Device (TWPD) for conditioning concrete slabs in the laboratory. This conditioning process is accompanied by the implementation of different means of measurement, from wear and adhesion, to friction and the profile of the slabs. Finally, the protocol developed as part of this project makes it possible to obtain significant differences in macro-texture between slabs incorporating two large aggregates of very different nature, namely a granite aggregate and a dolomitic aggregate. It results in a wear depth of 2 mm, which allows visual differences to be observed between different concrete mixes. This protocol can be carried out by one person, with a rate of one concrete mixture per week.

Les systèmes à matrice cimentaire renforcée de fibres (MCRF) ont été récemment présentés comme une technique innovante de renforcement/réparation externe pour les structures en béton armé et en maçonnerie. Alors que les systèmes MCRF ont prouvé leur efficacité pour renforcer les structures simplement appuyées en termes de capacité et de ductilité, notre connaissance sur le renforcement des structures à multi-portées avec les systèmes MCRF est encore limitée. L'importance de ces structures peut être fréquemment constatée dans la plupart de nos infrastructures telles que les ponts et les garages de stationnement. Cette étude fait partie d'un grand projet qui vise à comprendre le comportement des structures à multi-portées renforcées par les systèmes MCRF. Le programme expérimental consistait des poutres à grande échelle et à deux travées qui ont été testées après avoir été renforcées par des systèmes de polyparaphénylène benzobisoxazole (PBO-MCRF) avec des différents ratios de renforcement négative/positive et avec des différents nombres de couches de renforcement. Les résultats ont confirmé que le renforcement à l'aide de PBO-MCRF a considérablement amélioré la ductilité et la capacité de flexion des poutres renforcées. Malgré le renforcement, les sections déficientes renforcées avec les systèmes MCRF étaient capables de redistribuer les moments jusqu'à 37 %, ce qui représentait 93 % de la capacité de redistribution de leurs homologues dans la poutre contrôle non renforcée. Ces résultats ont suggéré la révision des formulations de la norme Canadienne CSA et le guide ACI qui interdisaient la prise en compte de la redistribution des moments dans la conception des éléments renforcés à l'externe. De plus, un modèle d'éléments finis 3D (MEF) a été développé pour simuler le comportement en flexion non linéaire des poutres renforcées par les systèmes MCRF à l'aide d'ABAQUS. Les résultats numériques ont démontré un bon accord avec les résultats expérimentaux en termes de modes de rupture, de capacité, de ductilité et de redistribution des moments entre les sections critiques. Une étude paramétrique a ensuite été menée pour étendre les résultats obtenus et pour évaluer d'autres paramètres qui n'ont pas été inclus dans le travail expérimental. / Fabric-reinforced cementitious matrix (FRCM) systems have been recently presented as an innovative external strengthening/repair technique for reinforced concrete (RC) and masonry structures. While FRCM systems have proven their efficacy to strengthen simply supported RC structures in terms of flexure capacity and ductility, very little is known about the flexural strengthening of multi-span structures with FRCM systems. The importance of those structures can be frequently noted in most of our infrastructures such as bridges and parking garages. This study is part of a large project that aims at understanding the behavior of FRCM-strengthened multi-span RC structures. The experimental program consisted of testing large-scale two-span beams after being strengthened by Polyparaphenylene benzobisoxazole (PBO-FRCM) systems with different hogging-to-sagging strengthening ratios and different number of strengthening layers. The results confirmed that strengthening using PBO-FRCM significantly enhanced the ductility and the flexural capacity of the strengthened beams. Despite strengthening, the deficient sections strengthened with FRCM systems were capable to redistribute moments up to 37%, which represented 93% of the redistribution capacity of their counterpart sections in the unstrengthened control beam. These findings suggested the revision of the provisions of the CSA and ACI formulations that prohibited the consideration of moment redistribution in the design of externally bonded strengthened elements. Moreover, 3D finite element model (FEM) was developed to simulate the nonlinear flexural behavior of the FRCM-strengthened beams using ABAQUS. The numerical results demonstrated a good agreement with the experimental results in terms of the failure modes, the load-carrying capacity, the ductility, and the moment redistribution between the critical sections. A parametric study was then conducted to extend the obtained results and to assess other parameters that have not be included in the experimental work.

La connaissance du comportement différé du béton soumis aux charges élevées est nécessaire pour prévoir la durée de vie des structures à long terme. En particulier dans le cas des ouvrages d’art, cette connaissance est primordiale pour prédire les flèches, l’ouverture de fissure, la redistribution des contraintes dans les structures hyperstatiques et les pertes de précontrainte dans des structures en béton précontraint. Par ailleurs, la prédiction de l’évolution de la fissuration dans le temps, dans le but d’estimer la durée de vie des structures, est une perspective avantageuse et prometteuse que seuls les modèles numériques pertinents au regard des mécanismes de fissuration du béton peuvent offrir. L'objectif de ce travail, pour premier temps, s’intéresse aux mécanismes de fluage non linéaire dans le béton, puis développer un modèle numérique permettant de simuler le fluage tertiaire qui est supposé être à l’origine de l’interaction entre humidité relative et la microfissuration afin de prédire la flèche et l’ouverture de fissure et, a fortiori, la durée de vie. Ce modèle a été développé dans le code aux éléments finis OOFEM, se basant sur le modèle de réseau (lattice model). Pour ce faire, trois programmes ont été mis en route. Le premier consiste à valider le problème de couplage hydro-mécanique en étudiant l’évolution de la perméabilité du béton lors de la traction d’une barre d’armature. La deuxième vise à développer et implémenter les équations non linéaires de transfert de l’humidité relative couplées avec l’endommagement pour prévoir l’ouverture de fissure des poutres préfissurées en flexion quatre points soumis à une charge maintenue élevée. Finalement, le programme expérimental a été réalisé sur des poutres entaillées en flexion quatre points pour valider le modèle proposé, en utilisant la technique de corrélation d’images. Les effets de l’hétérogénéité et le rapport Eau / Ciment (E/C) ont été considérés lors de l’évolution de l’ouverture de fissure. Les résultats montrent que le modèle proposé est capable de simuler l’ouverture de fissure dans le temps des bétons renforcés de fibres (BRF) sous des charges maintenues élevées. / Knowledge of the delayed behaviour of concrete subjected to a high load is necessary for predicting the serviceability of concrete structures. In particular, in the case of civil engineering structures, this knowledge is an influential aspect for predicting deflection, development of microcracking in concrete structures, stress redistribution in hyperstatic structures and prestressing losses in pre-stressed concrete structures. Moreover, the prediction of the evolution of cracking with time in order to estimate the lifetime of structures is an advantageous and promising prospect that only numerical models relevant to the mechanisms of cracking of concretes can offer. The objective of this work is first to investigate the mechanisms of tertiary creep in concrete and then to develop a numerical model to simulate the nonlinear creep behaviour which is supposed to cause the interaction between relative humidity and microcracking in order to predict the deflection and the crack opening as well as the lifetime. This model was developed in the OOFEM finite element code, based on the lattice method. To perform this, three programs were launched. The first one was to validate the hydromechanical coupling problem by examining the evolution of the permeability of reinforced concrete under tensile loading. The second program aimed at developing and implementing the non-linear equations of the relative humidity transfer coupled with damage mechanics to predict the crack opening of the four points bending test on pre-cracked beam subjected to a high sustained load. Lastly, the experimental program was carried out on beams notched to validate the proposed model, using the digital image correlation technique. The effects of heterogeneity and the water-to-cement ratios (E/C) were considered to estimate the effect of those parameters during the evolution of the crack opening. The results show that the proposed numerical model is capable of simulating the deflection and crack opening with time of fiber reinforced concrete (FRC) under high sustained loads.