Résumé : L’utilisation des barres en matériaux composites de polymère renforcé de fibres (PRF) comme armatures principales dans les structures en béton est devenue un axe d’intérêt pour les constructeurs des ouvrages vue de leurs caractéristiques mécaniques importantes et leur résistance chimique élevée, particulièrement, la résistance à la corrosion. L’utilisation des barres en PRF se trouve ainsi comme une solution efficace aux problèmes de durabilité des structures en béton armé traditionnelles. Néanmoins, le comportement thermique est le principal inconvénient de ces barres, dû à la différence importante entre le coefficient d'expansion thermique transversal des barres de PRF et celui du béton durci. Cette différence, entre les propriétés thermiques de ces deux matériaux, provoque une pression radiale à l’interface Barre/Béton. Cette pression engendre des contraintes thermiques circonférentielles de traction dans le béton enrobant la barre en PRF sous une augmentation de température. Lorsque ces contraintes atteignent la résistance à la traction du béton (ft), des fissures radiales se produisent causant une perte d’adhérence entre la barre et l’enrobage de béton et, éventuellement, la rupture du béton d’enrobage si le confinement du béton n'est pas suffisant. Plusieurs études expérimentales et analytiques ont été faites pour caractériser les propriétés et le comportement des éléments en béton armé de barres en PRF sous l'effet indépendant de la charge thermique et mécanique. Tandis que, pas autant de recherches n’ont été effectuées en tenant compte des charges de service réelles des structures, telles que les charges mécaniques appliquées simultanément avec une variation thermique de -30°C à + 60 °C. Cette température représente généralement la variation climatique de la température sur la terre. L’objectif de ce projet est de réaliser une étude expérimentale et analytique afin d’étudier le comportement thermique et flexionnel des dalles en béton armé de barres en PRF sous les effets combinés des charges thermique et mécanique. La charge mécanique appliquée représente 20% de la résistance ultime flexionnelle des dalles. La température a été variée de -30°C à + 60 °C, de plus, 30 cycles gel/dégel ont été appliquées. A la fin des cycles thermiques toutes les dalles ont été soumises à l’essai de flexion en quatre points jusqu’à la rupture des dalles. L’étude analytique consiste à établir un modèle analytique permettant de calculer les déformations thermiques transversales à l’interface Barre/Béton. Le modèle proposé donne des valeurs de déformations en bon accord avec les résultats expérimentaux. Les résultats de cette étude nous permettent de conclure que l’utilisation des barres de PRFV comme armatures principales des dalles en béton pour les structures implantées dans les régions caractérisées par des conditions climatiques rudes n’influe pas sur la serviabilité de ces structures. // Abstract : The use of composite material of fiber reinforced polymer (FRP) bars as main reinforcement of concrete became an attractive solution idea for buildings constructors, due to its highmechanical performance, and its high chemical resistance, particularly, corrosion resistance. This make the FRP bars an alternative solution of durability problems of traditional reinforced concrete structures. However, the thermal behaviour is the main drawback of the FRP bars, due to the important difference between the transverse coefficient of thermal expansion of FRP bars and that of the hardened concrete. This difference involves a radial pressure generated at the FRP bar/concrete interface. This pressure produces a tensile circumferential thermal stresses within a concrete cover. When these stresses reach a concrete tensile strength (fct) a radial cracks occur producing the loss of the bond between GFRP bar and the surrounding concrete, and eventually, failure of the concrete cover if the confining action of concrete is not sufficient. Several experimental and analytical investigations have been carried out to characterize the properties and behavior of FRP materials under the independent effect of thermal and mechanical loads. However, no studies was carried out to investigate the effect of the actual service conditions, as the application of a sustained load combined with a temperature varied from -30°C to +60°C which represents, generally, a temperature variation in the globe. The aim of this project is to establish an experimental and analytical study to investigate the thermal and flexural behaviour of FRP bars-reinforced concrete slabs under combined thermal and mechanical loads. The mechanical applied load represents 20% of the flexural ultimate load of slabs. The temperature was varied from -30 to +60 °C, and 30 freeze/thaw cycles. At the end of thermal cycles, all slabs were subjected to four-points bending test up to failure of slabs. The analytical study consist to establish an analytical model allow to evaluate the transverse thermal strains at the interface bar/concrete. The proposed model is in good correlation with experimental results. From this study it can be conclude that the use of GFRP bars as a principal reinforcement for concrete slabs subjected to harsh environmental conditions has no big influence on the flexural behaviour of these slabs.

Au cours des dernières décennies, les nanotechnologies, c'est à dire le développement de nouvelles méthodes de synthèse et la manipulation de nanoparticules et de leurs assemblage en nanostructures plus grandes, ont connu d'important progrès. Les nanoparticules offrent un grand ratio de surface sur volume (par rapport au solide), en faisant d’elles un état de la matière condensée important de par les nouvelles propriétés physiques et chimiques qu'elles offrent et qui n'existent pas dans le solide. L'auto-organisation de particules sphériques en deux dimensions (2D) et en trois dimensions (3D) des super-réseaux est couramment observée dans la nature, où les nanoparticules ayant des diamètres et des répartitions de tailles très fines peuvent s'auto-organiser en structures ordonnées en 2D ou en 3D, appelées supracristaux. En outre, les super-réseaux de nanocristaux binaires, qui sont des co-assemblages de deux séries distinctes de nanoparticules, ont également émergé. Par rapport aux structures formées de nanoparticules à une composante unique, une variété de structures de réseaux de phase binaires de nanocristaux ont été produites, et la prédiction de ces structures repose principalement sur le principes de remplissage d'espace. Cependant, en plus des structures cristallines connues formées avec le modèle de sphère dure, comme AlB2, NaZn13, NaCl en réseaux binaires, d'autres phases telles que les types CuAu, Cu3Au et CaB6, ainsi que des structures quasi cristallines ont également été découvertes, pour lesquelles les interactions entre nanoparticules doivent être prises en compte.Dans ce manuscrit, les récents progrés faits dans les procédés de synthèse et l’étude des propriétés optiques des nanocristaux d'argent et leurs assemblages en réseaux 2D / 3D seront examinées dans le Chapitre 1. Le Chapitre 2, se concentre sur la réponse SPR des auto-assemblages 2D de nanocristaux sphériques d'argent et d'or. Les bandes SPR observées dans les spectres d'absorption mesurés sont décrites et comparées à celles calculées en utilisant la méthode d'approximation de dipôles discrets (DDA). Les résultats semblables fournies par ces deux approches montrent que les méthodes théoriques sont adaptées pour la simulation de réponse optique linéaire de réseaux 2D de nanocristaux métalliques ultrafins et peuvent être utilisés pour modéliser et prédire leurs réponses optiques. L'influence de l'agent stabilisant des nanocristaux et leur influence sur la validité des simulations DDA est également discutée. Le Chapitre 3 décrit les propriétés optiques de nanocrytaux argent dispersés dans un solvant. La bande SPR de ces nanocristaux dépend non seulement du diamètre des nanaocristaux, mais également de la nature de l'agent stabilisant. Dans le Chapitre 4, la fabrication de films minces de supracristaux d'Ag et les propriétés optiques des films obtenus avec des nanocristaux de différents diamètres et des agents de stabilisation differents sont discutées. En comparant les spectres SPR de nanocristaux d'Ag dispersés avec ceux des films supracrystallins correspondants, d'importantes variations sont observées. La différence d'énergie (ΔE), décrivant la différence entre les positions des bandes SPR entre des nanocristaux dispersés et les assemblages correspondants se révèle être principalement dépendante à la fois de la taille des nanocristaux, mais aussi des distances entre particules à l'intérieur des films supercristallins. Ces résultats montrent également un bon accord entre les propriétés optiques simulées de réseaux 2D avec des données acquises avec des films minces 3D assemblés en structures cristallines cfc. En outre, il est démontré que la distance interparticulaire de nanocristaux modulée par la longueur de chaîne alkyle de l'agent de stabilization peut aider à faire varier la position de la bande de SPR. / Over the last few decades, nanotechnology, which is the development of new methods for synthesizing and manipulating discrete nanoparticles and larger nanostructured assemblies, have made great progress. Nanoparticles provide a high surface-to-volume ratio (compared to the bulk phase), representing an important state of condensed matter, hence exhibiting novel physical and chemical properties that are not observed in their bulk state. Self-organization of spherical particles into two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) superlattices is commonly observed in nature, where nanoparticles having similar diameters and very narrow size distributions can self-organize into 2D or in 3D ordered structures, also called supracrystals. Furthermore, binary nanocrystal superlattices, which are co-assembled from two distinct series of nanoparticles, have also emerged. Compared to the limited phase structures formed in the single-component nanoparticle superlattices, a variety of phase structures of binary nanocrystal superlattices can be produced, and the prediction of these phase structures mainly relies on the space-filling principles. However, in addition to the well-known crystal structures formed with hard sphere model, such as AlB2, NaZn13, NaCl, and laves phases in binary superlattices, other phases such as CuAu-type, Cu3Au-type, CaB6-type as well as quasicrystalline ordering were also discovered in binary nanocrystal superlattices, where nanoparticle interactions must be considered.In this manuscript, recent advances in the synthesis and optical properties of Ag nanocrystals and their assemblies into 2D/3D superlattices will be reviewed in Chapter 1. Chapter 2 focuses on the SPR response from 2D self-assemblies of both Ag and Au spherical nanocrystals. The collective SPR bands observed in the measured absorption spectra are described and compared to those calculated using dipole approximation (DDA) method. The similar results provided by these two approaches show that the theoretical DDA methods are suitable for the simulation of linear optical response of 2D superlattices made of such ultrafine metal nanocrystals and can be used to model and predict their optical responses. The influence of the nanocrystals coating agent and its influence on the validity of DDA simulations is also discussed. Chapter 3 describes the optical properties of silver nanocrytals when dispersed in a solvent. The SPR band of those nanocrystals is shown to be dependent not only on the nanaocrystal diameter, but also on the nature of the coating agent. In Chapter 4, the fabrication of thin supracrystalline films made of Ag nanocrystals is explained, and the optical properties of the as-obtained films composed of nanocrystals with varying diameters and coating agents studied. By comparing the SPR spectra of dispersed Ag nanocrystals with their assemblies of supracrystalline films, marked changes are observed. The energy discrepancy (ΔE), determined from the difference in SPR band between dispersed nanocrystals and their corresponding assemblies is shown to be mainly dependent on both the nanocrystals size and the interparticle distances within the supercrystalline films. These results also show a good agreement between simulated optical properties of 2D superlattices with data acquired with 3D thin films assembled in fcc crystalline structure. Furthermore, it is shown that the interparticle distance of nanocrystals, modulated by the alkyl chain length of the coating agents, could effectively tune the SPR band position. Chapter 5 is related to the fabrication of binary nanocrystal superlattices. Colloidal binary nanocrystal mixtures containing two distinct nanocrystals with either the same surface coating agent, called single ligand system, or with two different surface coating agents, refered as multiple ligands system, are used to grow binary nanocrystal superlattices.

Actuellement, il est largement reconnu que la durabilité des structures en béton armé, due à la corrosion des armatures engendrée par la carbonatation ou la pénétration des chlorures, peut être affectée largement par les conditions de cure et de serrage du béton coulé en place. Toutefois, les effets de ces conditions sur la qualité du béton ne sont pas encore entièrement comprises, puisqu'elles sont habituellement négligées (ou traitées superficiellement) dans les méthodologies actuelles de performance utilisées pour la spécification et contrôle de sa durabilité. Dans ce travail sont étudiés les effets des conditions habituelles de mise en place (y compris le serrage) et cure sur les propriétés de durabilité du béton, à savoir, la résistance à la carbonatation accélérée, le coefficient de migration des chlorures (dans des conditions non stationnaires), l'absorption d'eau et la perméabilité aux gaz (méthode CEMBUREAU). À cette fin, plusieurs bétons de différent composition, sans et avec cendres volantes, ont été soumis à deux principaux programmes expérimentaux. Dans le premier programme, trois bétons ont été soumis à une cure humide dans le laboratoire à différentes températures, entre 5 °C et 60 °C, et testés à différents âges, entre 28 et 182 jours, pour quantifier l'effet isolé de la température de cure sur les propriétés de durabilité du béton. Dans le deuxième programme, plusieurs éléments (dalles, poutres et poteaux) ont été coulés sur chantier, pendant l'hiver et l'été, après avoir été soumis à deux conditions différentes de serrage, vibré et non vibré, et démoulés à différentes à 24 h et 72 h. Les propriétés de durabilité du béton près de la surface et de cœur des éléments (propriétés réelles) ont ensuite été mesurées à différents âges, entre 28 et 364 jours, et comparées avec les propriétés des échantillons vibrés et curés en conditions normalisées (propriétés potentielles). / It is widely recognized that the long-term durability of reinforced concrete structures related to carbonation- and chloride-induced corrosion can be detrimentally affected by on-site placing and curing conditions of concrete. However, the effects of these conditions on concrete durability are still not fully understood, being usually overlooked in current performance-based specifications and control of concrete durability. In this work, the effects of realistic placing (including compaction) and curing conditions on the concrete durability-related properties most used in performance-based specifications are studied, such as the accelerated carbonation resistance, chloride migration coefficient (non-steady state conditions), water absorption and gas permeability (CEMBUREAU method). For that purpose, several concretes of different composition, with and without fly ash addition, were subjected to two main experimental programs. In the first program, the concretes were cured in the laboratory under several temperature regimes, ranging from 5 ºC to 60 ºC, and then tested at different ages, from 28 to 182 days, in order to evaluate the isolated effect of curing temperature on their durability-related properties. In the second program, several concrete elements (slabs, beams and columns) were cast outdoors, during the winter and summer, and subjected to different compaction (vibrated and not vibrated) and curing (demoulded after 24 h and 72 h) conditions. The durability-related properties of the inner and outermost concrete of the elements (actual properties) were then measured at different ages, from 28 to 364 days, and compared with those of standard specimens made of the same concrete (potential properties).