L'objectif de cette thèse est d'identifier à l'échelle locale les phénomènes physiques et chimiques liés aux variations volumiques afin de prévoir le risque de fissuration sur une géométrie d'enduit donnée. À l'échelle de la structure, l'essai à l'anneau semi-rigide permet de reproduire en laboratoire les conditions thermo-hydro-mécaniques réelles imposées au mortier lors de son état de service. Ainsi, les couplages entre les phénomènes peuvent être identifiés de manière expérimentale. Une campagne expérimentale sur deux mortiers industriels a permis d'adapter et de valider l'essai pour les couches minces. Par ailleurs, un outil comparatif simple est proposé afin d'identifier les déformations non-linéaires liées au fluage et à la microfissuration du matériau. Dans un second temps, des investigations ont été menées afin de caractériser l'effet de paramètres de formulation, de la carbonatation et du temps de démoulage sur un mortier modèle. Ces études ont révélé la prédominance du couplage hydratation/séchage sur l'évolution des contraintes et la macro-fissuration du mortier. La dernière partie du travail concerne le développement d'un modèle éléments finis multi-échelles qui permet de prévoir les évolutions des propriétés hydriques, physiques et mécaniques du matériau. À travers celui-ci, nous proposons une nouvelle représentation de la distribution poreuse du mortier basée sur une somme de trois sous-distributions comprenant la porosité des C-S-H internes et externes et la porosité capillaire. Une nouvelle loi dite d'hydroactivation est également utilisée pour traduire l'interaction entre hydratation et dessiccation. Le modèle est implanté dans le code de calcul Castem2001.

Lors de leur construction, les structures massives (ex. les enceintes de confinement des centrales nucléaires) sont soumises à des déformations dues à l'hydratation du béton. En effet, d'une part la réaction chimique du ciment avec l'eau est exothermique et thermo activée, ce qui induit des déformations de dilatation puis de contraction. D'autre part une dépression capillaire étant créée par la consommation d'eau due à l'hydratation du ciment, des déformations de contraction se produisent. Lorsqu'elles sont empêchées par la partie de la structure déjà construite, ces déformations volumiques induisent des contraintes de compression puis de traction pouvant causer une fissuration traversante augmentant alors sensiblement la perméabilité du béton. Mon travail de thèse a consisté à caractériser le comportement au jeune âge du matériau que l'on utilise (basé sur la formulation utilisée lors de la construction d'une enceinte) puis à mettre au point un essai permettant d'étudier la fissuration d'une éprouvette de béton soumise à des déformations empêchées lors de son durcissement. Ce nouvel essai est en fait une évolution de l'essai à l'anneau de retrait gêné permettant de prendre également en compte les déformations d'origine thermique. Les essais de caractérisation concernent essentiellement, d'un point de vue macroscopique, le retrait (endogène et thermique), le fluage (propre et thermique transitoire) et l'évolution des caractéristiques mécaniques (résistance à la compression, à la traction et module d'élasticité). La campagne d'essais réalisée avec ce nouveau dispositif, appelé essai à l'anneau thermique actif, et l'analyse numérique de ces essais par des simulations aux éléments finis (basées sur un modèle viscoélastique endommageable introduisant un couplage entre le fluage et l'endommagement) a permis d'évaluer ce couplage, d'identifier la diminution de résistance en traction due à une reprise de bétonnage et de quantifier l'effet des armatures sur le comportement du béton. Des mesures de transfert d'air sec à travers une éprouvette fissurée ont également été réalisées sur ce dispositif. Finalement, des simulations numériques d'ouvrages massifs ont mis en exergue l'influence des conditions de restriction du retrait sur le faciès d'endommagement et l'influence du couplage fluage fissuration sur le calcul des ouvertures de fissures.

Lors de leur construction, les structures massives (ex. les enceintes de confinement des centrales nucléaires) sont soumises à des déformations dues à l’hydratation du béton. En effet, d’une part la réaction chimique du ciment avec l’eau est exothermique et thermo activée, ce qui induit des déformations de dilatation puis de contraction. D’autre part une dépression capillaire étant créée par la consommation d’eau due à l’hydratation du ciment, des déformations de contraction se produisent. Lorsqu’elles sont empêchées par la partie de la structure déjà construite, ces déformations volumiques induisent des contraintes de compression puis de traction pouvant causer une fissuration traversante augmentant alors sensiblement la perméabilité du béton. Mon travail de thèse a consisté à caractériser le comportement au jeune âge du matériau que l’on utilise (basé sur la formulation utilisée lors de la construction d’une enceinte) puis à mettre au point un essai permettant d’étudier la fissuration d’une éprouvette de béton soumise à des déformations empêchées lors de son durcissement. Ce nouvel essai est en fait une évolution de l’essai à l’anneau de retrait gêné permettant de prendre également en compte les déformations d’origine thermique. Les essais de caractérisation concernent essentiellement, d’un point de vue macroscopique, le retrait (endogène et thermique), le fluage (propre et thermique transitoire) et l’évolution des caractéristiques mécaniques (résistance à la compression, à la traction et module d’élasticité). La campagne d’essais réalisée avec ce nouveau dispositif, appelé essai à l’anneau thermique actif, et l’analyse numérique de ces essais par des simulations aux éléments finis (basées sur un modèle viscoélastique endommageable introduisant un couplage entre le fluage et l’endommagement) a permis d’évaluer ce couplage, d’identifier la diminution de résistance en traction due à une reprise de bétonnage et de quantifier l’effet des armatures sur le comportement du béton. Des mesures de transfert d’air sec à travers une éprouvette fissurée ont également été réalisées sur ce dispositif. Finalement, des simulations numériques d’ouvrages massifs ont mis en exergue l’influence des conditions de restriction du retrait sur le faciès d’endommagement et l’influence du couplage fluage fissuration sur le calcul des ouvertures de fissures. / At early-age, massive concrete structures (ex. nuclear power plant) are submitted to strains due to the hydration reaction. If they are restrained, crossing cracks can occurs. This cracking may increase significantly the concrete wall permeability. The objectives of this work was to characterize the early age concrete behavior (thermal and endogenous shrinkage, basic and thermal transient creep, mechanical characteristic evolution) as well as develop a new device to study the early age cracking of a concrete structure submitted to restrained shrinkage.The experimental campaign achieved with this new device (called thermal active ring test) and the numerical analysis of the test thanks to finite element simulations allows us to evaluate the coupling betwwen creep and damage, to identify the tensile strength decrease due to construction joints and to quantify the effect of reinforcement on the concrete behaviour. Moreover, with this device, permeability measurements have been performed on a cracked specimen. Finally, numerical simulations of massive structures highlight the influence of boundary conditions for restrained shrinkage and the influence of the coupling between creep and damage on the damage pattern.

Le comportement au jeune âge des matériaux à matrice cimentaire est un phénomène complexe qui met en opposition une structure évolutive, mais encore faible mécaniquement et des sollicitations externes particulières en terme de température, humidité et blocage mécanique par exemple. Il en résulte dans certains cas la fissuration par retrait gêné du matériau en cours de développement. Une approche couplée expérimentale-numérique a été développée afin de reproduire le phénomène de fissuration par retrait empêché, en laboratoire et sous conditions contrôlées. Cette approche identifie les paramètres clés nécessaires à la construction d'un modèle mésoscopique numérique prédictif qui prend en compte les effets des couplages chimio-hydro-mécaniques sur l'évolution des propriétés physico-mécaniques du matériau.