Nous avons donc proposé dans cette thèse une stratégie pour suivre l’évolution des fissures dans une structure en béton précontraint. L'objectif principal est de définir des briques de modélisation permettant d'étudier le comportement des fissures dans les enceintes de confinement des centrales nucléaires. Chaque brique de modélisation permet ainsi de représenter un phénomène non-linéaire présent dans ces structures : la fissuration du béton, les grilles d'armatures, les cables de précontrainte, la décohésion de l'acier dans le béton ainsi que le vieillissement du béton. Elles ont été validées grâce à plusieurs essais expérimentaux et appliquées à différentes zones. de l'enceinte de confinement pour simuler l'amorçage et la propagation des fissures. Enfin, une stratégie pour définir un état initialement fissuré a été développé à l'aide de ces différentes briques ainsi qu'une méthode de zoom pour reproduire les conditions limites de la précontrainte et la montée en pression sur une partie de l'enceinte. / The difficulty of predicting cracks on reinforced concrete structures is due to the heterogeneity of the concrete and the dependence on environmental boundary conditions. To overcome this problem, we introduce directly a potential crack at the initial time, using cohesive zone models. A major difficulty will be to juggle the cohesive zone models describing cracking and the phenomena of creep and drying, and thus to consider three types of nonlinearities appearing in the calculation : cracking, decohesion of steelconcrete and creep. We also propose a strategy to represent an initially cracked structure. In this thesis, the crack behavior in different parts of the confinement building are modeled using the above described method.

The cement being used in the construction industry is the result of a chemical process<p>linked to the decarbonation of limestone conducted at high temperature and results in a<p>significant release of CO2. This thesis is part of the project EcoBéton (Green concrete) funded<p>by the French National Research Agency (ANR), with a purpose to show the feasibility of<p>high substitution of cement by mineral additions such as blast furnaces slag, fly ash and<p>limestone fillers. Generally for high percentages of replacements, the early age strength is<p>lower than Portland cement concrete. To cope with this problem, an optimisation method for<p>mix design of concrete using Bolomey’s law has been proposed. Following the encouraging<p>results obtained from mortar, a series of tests on concretes with different substitution<p>percentages were carried out to validate the optimisation method. To meet the requirements of<p>the construction industry related to performance of concrete at early age, which determine<p>their durability, a complete experimental study was carried out. Standard tests for the<p>characterization of the mechanical properties (compressive strength, tensile strength, and<p>setting) allowed to validate the choice of mix design on the basis of equivalent performance.<p>We focused on the hydration process to understand the evolution of the mechanical<p>properties. Setting time measurement by ultrasound device at different temperatures (10°C,<p>20°C and 30°C) showed that ground granulated blast furnace slag (GGBFS) and fly ash<p>delayed the setting process, while use of limestone filler may accelerate this process.<p>Calorimetric studies over mortars and concretes made possible to calculate the activation<p>energy of the different mixtures and a decrease in heat of hydration of concretes with mineral<p>additions was observed which is beneficial for use in mega projects of concrete. Scanning<p>Electron Microscopy observations and thermal analysis have given enough information about<p>the hydration process. It was observed that the hydration products are similar for different<p>concrete mixtures, but the time of their appearance and quantity in the cement matrix varies<p>for each concrete mix.<p>Last part of the thesis was dedicated to the study of main types of shrinkage. First of all,<p>deformations measured were correlated to hydration, capillary depression and porosity<p>evolution. Results allowed concluding that the use of mineral additions has an actual effect on<p>the plastic shrinkage behaviour, but its impact is not proportional to the percentage of<p>additions. Substitution of cement by the additions seems to have a marked influence on the<p>kinetics of the shrinkage without any effect on its long term amplitude. The study of<p>restrained shrinkage under drying conditions by means of ring tests showed that concretes<p>with high percentage of slag addition seem more prone to cracking than the Portland cement<p>concretes. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans le cadre du stockage des déchets radioactifs en couches géologiques profondes (argilite du Callovo-Oxfordien), des bétons à faible alcalinité et à faible chaleur d'hydratation référencés "bas pH " ont été élaborés. L'utilisation de ces types de béton permet de limiter la dégradation des propriétés confinantes du matériau argileux type bentonite. Deux bétons bas pH à base de liants ternaires ont étudiés : un composé de ciment, fumée de silice et cendres volantes (TCV) et l'autre composé de ciment, fumée de silice et laitier moulu de haut fourneau (TL). L'objectif de l'étude est d'analyser le comportement de ces matériaux pour s'assurer : d'une mise en œuvre correcte à l'échelle industrielle, d'une bonne tenue chimique et mécanique dans le temps et d'un confinement performant. Le programme expérimental comprend la caractérisation physico-chimique et mécanique de ces matériaux à forte teneur en additions et est couplé à de la modélisation dans le but, in fine, de disposer d'outils permettant de prédire leur comportement au sein de l'ouvrage. Les résultats montrent qu'un cobroyage des constituants du liant permet d'améliorer la réactivité du liant et de s'assurer d'une bonne robustesse des formules de béton. La condition essentielle de l'obtention d'un pH de leur solution interstitielle de 11 est assurée dès 28 jours. Les bétons peuvent être considérés à faible chaleur d'hydratation du fait des échauffements rencontrés à court terme. A long terme, de hautes performances mécaniques, de faibles coefficients de perméabilité et de diffusion sont obtenus sur ces matériaux. Les modélisations de l'hydratation, de l'évolution de propriétés mécaniques, de l'endommagement, des déformations différées et des transferts hydriques ont été abordées. Le modèle d'hydratation utilisé a été adapté aux liants ternaires en prenant en compte les phénomènes de nucléation des additions sur l'hydratation du ciment. Pour les autres modèles, l'acquisition des mesures expérimentales a permis de fournir les données d'entrée pour leur utilisation et de vérifier leur validité sur des liants fortement dilués. Tous ces travaux permettent au final d'envisager sereinement la modélisation et la prédiction du comportement des structures réalisées en béton bas pH. / In the context of the radioactive wastes disposal in deep geological repository of clay, low-alkalinity and low heat of hydration concretes referenced "low pH " were designed. The degradation of the properties of the clay can be limited by using these types of concrete. Two types of low pH binder were chosen for this research: the first one is comprised of cement, silica fume and fly ash (TCV) and the other one is comprised of cement, silica fume and slag (TL). The objective of this research is to comprehend the behavior of these concrete in order to ensure the well-placing of the fresh concrete at an industrial scale and good mechanical performances, chemical stability and confining properties. The experimental program focuses on a physico-chemical and mechanical characterization of these recent materials with high pozzolanic addition content. The experimental data are then modeled for the purpose of having a tool that, in the end, is able to predict the behavior of the low pH concretes within the structure. The results show that grinding altogether the three constituents improves the reactivity of the binder and allows a good reproducibility of the low pH design. The most important criterion which is a pH of the interstitial solution below 11 is met at 28 days. The heat measurements at early age show that the low pH concretes are low heat of hydration concretes as well. In the long run, high mechanical performances, low permeabilities and diffusivities were obtained on these materials. The modeling of the hydration, evolution of mechanical properties, damage, creep and hydric transfers is also covered in this thesis. The model of hydration was adjusted to match the hydration of ternary binders by taking into account the effects of the additions such as the heterogeneous nucleation, on the hydration of the cement. As for the other models, the experimental results were used as data input to validate the models on binders with high replacement rates. Ultimately, this work allows us to contemplate serenely the modeling and the prediction of the behavior of structure made of low pH concretes.