Suite à la destruction du Concorde Viaduc à Montréal en 2006, le Ministère des Transports du Québec (MTQ) a exigé une armature de cisaillement supplémentaire même s'il n'est pas nécessaire dans les calculs. L'objectif principal de ce projet de recherche est de développer une dalle structurale précontrainte sans armature passive et d'étudier la possibilité de remplacer l'armature transversale minimale de cisaillement exigée par le Ministère des Transports du Québec (MTQ) par des fibres métalliques pour une meilleure ductilité tout en gardant le même niveau de fiabilité structurale Le projet de recherche consiste à étudier le comportement en cisaillement de dalles en BFM. Il vise à examiner l'influence du renforcement par fibres métalliques sur la capacité et la ductilité de dalles en béton armé ou précontraint. L'étude expérimentale de ce projet de recherche se divise en trois parties : i) des essais de caractérisation "des matériaux, ii) des essais sur la zone d'ancrage, iii) des essais de cisaillement sur dalles structurales qui visent à étudier le comportement à l'effort tranchant des dalles en béton précontraint renforcé de fibres métalliques.

Dans un assemblage précontraint, des efforts sont transmis entre les pièces par mobilisation du frottement suite à l'application d'une contrainte de compression normale. L'objectif de ce travail était de transposer ce principe de transmission des efforts au matériau bois. A partir de résultats existants, une étude expérimentale préliminaire a été menée sur des chaumes de bambou. L'intérêt de cette « graminée » par rapport au bois est sa résistance importante en compression transversale. Pour appliquer ce principe à des avivés de bois, il a été nécessaire de les densifier par compression localisée à froid au-delà de leur limite élastique. Une caractérisation de Picea abies en compression transversale au-delà de sa limite élastique a été réalisée. Cette analyse a abouti à une loi de comportement fonction de la densité de l'éprouvette. De plus, l'influence de la densification du bois sur sa résistance en traction longitudinale a été mesurée. Il s'avère que cette résistance est constante puis chute à partir d'un taux de densification critique fonction de la masse volumique du bois. La phase de mise en place de la précontrainte dans les assemblages bois et bambou testés a été modélisée par éléments finis. L'orthotropie des matériaux a été pris en compte par la superposition d'un modèle mousse (comportement non-linéaire transversal) et d'un modèle poutre (direction longitudinale) créant une structure dont la taille des éléments ne descend pas en dessous de celle des cernes. Ce modèle structural mésoscopique a permis de simuler les phases de densification, charge, décharge de l'assemblage et d'atteindre la limite à rupture, permettant d'aller jusqu'à une démarche d'optimisation. / In a pre-stressed fastener, forces are transmitted between two elements by friction which is made possible by the application of transversal compression forces. The aim of this work was to apply this principle to timber fasteners. Thanks to former results, a preliminary experimental study was done on stubbles of bamboo. This “grass” has a higher transversal compression resistance than wood. In order to transpose the principle of pre-stress from bamboo to timber, it was necessary to increase the compression resistance of timber. The idea proposed here is the densification of wood by localised cold compression beyond its elastic limit. Picea abies was characterized in transversal compression beyond its elastic limit. This analysis gave stress-strain curves which depend on the density of the wood. The influence of the densification on the resistance in longitudinal tension was also measured. This resistance is constant and then it decreases rapidly from a critical densification rate function of the density of the wood. The pre-stress of the tested timber and bamboo fasteners was modelled by a finite elements model. The anisotropy of the materials was taken into account by the superposition of a crushable foam model (non linear behaviour in transversal direction) and beams (longitudinal direction). This structural mesoscopic model allowed simulating the densification, the loading and unloading of the fasteners until their failure which lead to an optimization of the connectors.

Nous nous intéressons dans ce travail à la mise en précontrainte par pré-tension d'éléments en Béton Fibré Ultra Performant (BFUP) par des renforts en Polymères Renforcés de Fibres de Carbone (PFRC). L'association de ces deux matériaux doit permettre de réaliser des éléments précontraints présentant une haute résistance mécanique et une grande durabilité. Cette étude à forte composante expérimentale s'est déroulée en trois phases. La première phase concerne l'étude de l'adhérence entre les PFRC et le BFUP au cours de laquelle des configurations de surface optimales des renforts (joncs) sont présentées. Dans la deuxième phase nous proposons un système d'ancrage permettant de mettre en tension les joncs de précontrainte. Ce système permet de conserver l'intégralité de la résistance en traction des joncs PFRC. La troisième phase est dédiée à une campagne expérimentale d'essais de flexion 4 points menée sur des poutres BFUP précontraintes par des joncs PFRC et des torons acier. Le comportement global des poutres précontraintes en flexion est analysé en termes de rigidité, de suivi de la fissuration, de pertes de la précontrainte, de capacité portante et de ductilité. Les résultats obtenus sont très encourageants et ouvrent des perspectives pour l'utilisation des PRFC en tant que renforts actifs pour la précontrainte

La plupart de l'énergie en France est d'origine nucléaire. Le bâtiment de réaction comporte une enceinte interne et une externe. L'enceinte interne est en béton précontraint, pour limiter le débit de fuite dans l'espace interne-ence inte. La précontrainte diminue au cours du temps à cause du fluage du béton. Il risque de se propager des fissures par une pression accidentelle interne. On pose alors deux problèmes de recherche : propagation de macrofissures dans une structure viscoélastique ; comportement effectif d'un matériau viscoélastique microfissuré. On développe tout d'abord un modèle viscoélastique de Burger pour le béton avec deux approches de calcul numérique et analytique. On traite ensuite le problème de fissure unique en développant thermodynamiquement la notion du taux de restitution d'énergie. Dans la troisième partie, on établit un modèle viscoélastique pour modéliser le comportement effectif des matériaux microfissurés dans le cas sans propagation. Le problème de propagation de microfisures est étudié ultérieurement par une approche numérique basée sur le "motif morphologique représentative". Ces études sont finalement appliquées pour traiter les problèmes de propagation de fissure et endommagement d'une enceinte de confinement sous l'application d'une pression accidentelle interne

L'intérêt grandissant des chercheurs et de l'industrie démontre l'énorme potentiel que les bétons renforcés de fibres (BRF) peuvent procurer aux ouvrages de béton armé. Afin de répondre aux enjeux modernes que pose la durabilité, il est nécessaire de maîtriser et d'anticiper les problèmes de fissuration. Ce projet de thèse a pour objectif d'identifier les mécanismes conduisant à la propagation de la fissuration sous charge soutenue, et de modéliser ces mécanismes par la méthode des éléments finis. Pour ce faire, trois programmes expérimentaux en plus des essais de caractérisation furent conduits sur des éprouvettes de différentes tailles en BRF : des poutrelles de 0.7 mètres ; quatre poutres de 4 mètres, une renforcée de fibres uniquement, une renforcée de barres d'armature traditionnelle, une de torons adhérents, et une de torons non-adhérents ; et enfin une poutre de 8 mètres. Les résultats permettent de comparer l'évolution du comportement global (flèche, complaisance, etc.) et du comportement local (ouvertures de fissures, nombre de fissures, etc.) pour trois grandeurs de poutres, et pour des conditions de renforcement différentes. Les résultats des essais sur les poutrelles montrent que la propagation de la fissuration gouverne la rupture des poutres en BRF soumises à des niveaux élevés de charge maintenue constante. Et qu'il existe une relation exponentielle entre les vitesses secondaires de flèche et d'ouverture de fissure et les niveaux élevés de charge maintenue constante. Les résultats des essais sur les poutres de 4 mètres montrent que le mécanisme moteur de la propagation de la fissuration des BRF sous charge soutenue conduisant à l'augmentation de la complaisance, et donc de l'évolution de l'endommagement global, est le même pour toutes les poutres, indépendamment du type de renforcement. De plus, la contribution de l'armature influence les vitesses secondaires de flèche une fois que l'efficacité du pontage des fibres diminue. La vitesse secondaire de flèche tend à diminuer lorsque la contribution du renforcement augmente. Finalement, la prédiction de l'évolution de la fissuration dans le temps dans le but d'accroître la durée de vie des structures est une perspective avantageuse et prometteuse que seuls les modèles numériques cohérents avec les mécanismes de fissuration des bétons peuvent offrir. À cet effet, un modèle numérique est proposé pour l'analyse de l'évolution de la fissuration des BRF sous charge soutenue à de hauts niveaux de chargement. Ce modèle est basé sur une approche probabiliste de la fissuration. Il a pour particularité de prendre en compte le rôle de l'hétérogénéité du matériau dans les processus de fissuration et notamment sur leur caractère aléatoire. La capacité du modèle numérique à prédire le comportement global et l'évolution de la fissuration est vérifiée à l'aide des résultats expérimentaux. Les résultats montrent que l'approche proposée est une des approches possibles pour simuler la propagation de la fissuration des BRF sous des niveaux élevés de chargement soutenu / The growing interest of researchers and of the construction industry demonstrates the enormous potential that steel fibre reinforced concrete (SFRC) may bring to reinforced concrete structures. In order to address modern durability concerns, it is necessary to control and anticipate cracking problems. This thesis aims to identify the thriving mechanisms of crack propagation under sustained loading, and simulate these mechanisms using a finite element approach. Three experimental programs were conducted on different SFRC specimen sizes: beams of 0.7 m; four beams of 4 m, one reinforced with steel fibres only, one with traditional reinforcement, one with bonded strands and one with unbonded strands; and one beam of 8 m. The results are used to compare the evolution of the global behaviour (deflection, compliance, etc.) and the local behaviour (crack openings, number of cracks, etc.) for three beam sizes and reinforcement conditions.For the small beams, the results show that crack propagation governs the failure of SFRC beams submitted to high sustained loadings and that an exponential relation exists between the secondary deflection and CMOD rates per unit load and sustained load levels greater than 60%, suggesting that the creep mechanism is the same regardless of the global or local scale of observation.For the 4 meters beams, the results show that the thriving mechanism of creep, resulting in the evolution of the compliance, and thus the evolution of the damage state under sustained loading, is the same for all beams, regardless of the reinforcement type. Moreover, the contribution of the reinforcement influences the secondary creep deflection rates once the efficiency of the bridging effect of fibres decreases. A greater contribution of the reinforcement leads to a lower secondary creep deflection rate.Finally, the prediction of the evolution of cracking in time in order to increase the lifetime of structures is an advantageous and promising perspective that only numerical models consistent with the cracking mechanisms of SFRC may offer. To this end, a numerical model is proposed to analyze the evolution of cracking of SFRC under high sustained loadings. This model is based on a probabilistic discrete cracking approach. The model takes into account the heterogeneity of the material in the cracking process, thus taking into account scale effects. The model is validated using the experimental results

Utilisés dans de nombreux domaines, les matériaux piézoélectriques sont régulièrement soumis à des sollicitations externes ou internes qui modifient leurs propriétés. Dans le but de prévoir et d'anticiper ces altérations, ce travail étudie les propriétés de matériaux piézoélectriques soumis à une contrainte statique de type mécanique ou électrique. Dans un premier temps, nous développons les équations du mouvement d'un matériau piézoélectrique (non hystérétique) au second ordre, en tenant compte à la fois des déformations dynamiques occasionnées par le passage de l'onde, mais aussi des déformations statiques concomitantes à la présence de contraintes. L'étude numérique des vitesses en onde plane et du coefficient de couplage est faite sur un matériau de référence (le niobate de lithium), dans différents plans de coupe et dans les différents systèmes de coordonnées (naturel et prédéformé). Ainsi, on évalue dans quelles configurations l'application d'une contrainte externe de type électrique ou mécanique améliore ou dégrade les propriétés du matériau. Dans une seconde partie, nous caractérisons les comportements hystérétiques de piézocéramiques sous contrainte (uniaxiale) mécanique et électrique en modélisant l'évolution des polarisations et déformations rémanentes microscopiques via les mouvements de murs de domaines. La comparaison des résultats numériques avec des évolutions issues de la littérature de 4 piézocéramiques nous permet de définir le domaine de validation de nos hypothèses et d'expliciter les comportements hystérétiques de piézocéramiques dites " dures " et " molles ". L'étude de l'évolution des constantes du matériau a permis de mettre en avant des comportements propres aux différents types de piézocéramiques ainsi que les avantages et limites de notre modèle. Dans une dernière partie, nous mettons en place un dispositif expérimental de mesure de déformations (longitudinale et transversales), ainsi que du déplacement électrique de deux piézocéramiques (une molle, le Pz21, et une dure, le Pz26) et du niobate de lithium sous contrainte mécanique (uniaxiale). Ces résultats nous ont permis de dimensionner notre étude sur le niobate de lithium et apportent une meilleure compréhension de l'évolution des déformations transversales dans les piézocéramiques.

Utilisés dans de nombreux domaines, les matériaux piézoélectriques sont régulièrement soumis à des sollicitations externes ou internes qui modifient leurs propriétés. Dans le but de prévoir et d’anticiper ces altérations, ce travail étudie les propriétés de matériaux piézoélectriques soumis à une contrainte statique de type mécanique ou électrique. Dans un premier temps, nous développons les équations du mouvement d’un matériau piézoélectrique (non hystérétique) au second ordre, en tenant compte des déformations dynamiques, mais aussi statiques. L’étude numérique des vitesses et du coefficient de couplage est faite sur le niobate de lithium, dans différents plans de coupe et différents systèmes de coordonnées afin d’évaluer dans quelles configurations l’application d’une contrainte externe électrique ou mécanique améliore ou dégrade les propriétés du matériau. Nous caractérisons ensuite les comportements hystérétiques de piézocéramiques sous contraintes en modélisant l’évolution des polarisations et déformations rémanentes microscopiques via les mouvements de murs de domaines. La comparaison des résultats numériques avec des évolutions de 4 piézocéramiques nous permet de définir le domaine de validation de nos hypothèses et d’expliciter les comportements hystérétiques de piézocéramiques. Dans une dernière partie, nous mettons en place un dispositif expérimental de mesure de déformations et du déplacement électrique de structures piézoélectriques sous contrainte mécanique. Ces résultats nous permettent de dimensionner notre étude sur le niobate de lithium et apportent une meilleure compréhension de l’évolution des déformations transversales dans les piézocéramiques. / Used in many domains, piezoelectric materials are frequently submitted to external or internaI stresses which modify their properties. In order to prevent and anticipate these modifications, this work studies the properties of piezoelectric materials under static electrical or mechanical stress. First, the motion equations of a piezoelectric (non hysteretic) rnaterial are developed at the second order taking to account the static strain and the dynamic ones. The numerical study of plane wave velocities and coupling coefficients is performed on lithium niobate, in different cuts and different coordinate systems. Then, we evaluate in which configurations the application of an electrical or mechanical stress improves or degrades the material properties. In a second part, the hysteretic behaviours of piezocerarnic materials under electrical and mechanical stresses are characterized by modelling the evolutions of microscopic remanent polarization and strains through the movements of domain walls. Numerical results are compared to evolutions of 4 piezoceramics and allow us to define the validation domain of our hypothesis and to explain hysteretic behaviours of soft and hard piezoceramics. In the last part, an experimental device to measure strains and electrical displacements under mechanical stress is developped. Results allow study on lithium niobate to be planned and bring a better understanding of transversal strain evolutions in piezoceramics.

La plupart de l'énergie en France est d'origine nucléaire. Le bâtiment de réaction comporte une enceinte interne et une externe. L'enceinte interne est en béton précontraint, pour limiter le débit de fuite dans l'espace interne-ence inte. La précontrainte diminue au cours du temps à cause du fluage du béton. Il risque de se propager des fissures par une pression accidentelle interne. On pose alors deux problèmes de recherche : propagation de macrofissures dans une structure viscoélastique ; comportement effectif d'un matériau viscoélastique microfissuré. On développe tout d'abord un modèle viscoélastique de Burger pour le béton avec deux approches de calcul numérique et analytique. On traite ensuite le problème de fissure unique en développant thermodynamiquement la notion du taux de restitution d'énergie. Dans la troisième partie, on établit un modèle viscoélastique pour modéliser le comportement effectif des matériaux microfissurés dans le cas sans propagation. Le problème de propagation de microfisures est étudié ultérieurement par une approche numérique basée sur le "motif morphologique représentative". Ces études sont finalement appliquées pour traiter les problèmes de propagation de fissure et endommagement d'une enceinte de confinement sous l'application d'une pression accidentelle interne / Most of France's energy is nuclear. The reactor building comprises a internal and external containment. The internal containment is prestressed to limit the flow of leakage in the internal-external space. The prestress decreases during time by the creep of concrete. It may propagate the cracks by the accidental internal pressure. So we define two research problems : propagation of macrocracks in viscoelastic structure ; effective behavior of microcracked viscoelastic material. Firstly, we develop a Burger viscoelastic model of concrete with two approaches: numerical and analytical. Then we solve the problem of single cracks in developing thermodynamically the concept of energy release rate. In the third part we develop a viscoelastic model to study the effective behavior of microcracked materials in the case without propagation. The problem of propagation of microcracks is then studied by a numerical approach based on the "representative pattern morphology". These studies are finally applied to solve the problems of crack propagation and damage of containment under accidental internal pressure

L'étude présentée dans ce document a pour objet l'analyse vibratoire basse fréquence des interactions fluide-structure dans un réservoir déformable partiellement rempli par un liquide incompressible non visqueux. L'originalité de ce travail est de conserver l'intégralité des effets de la gravité dans la modélisation afin de tenir compte du couplage fort entre le ballottement de la surface libre du liquide et les déformations hydroélastiques du réservoir, alors que les méthodes traditionnelles appréhendent ces deux phénomènes sur des plages de fréquence supposées distinctes et sous certaines hypothèses réductrices. La gravité agissant comme une précontrainte dans la structure et dans le fluide, le formalisme "grands déplacements" en coordonnées lagrangiennes est utilisé. La linéarisation des termes non linéaires obtenus dans la formulation variationnelle symétrique du problème fait apparaitre un opérateur de rigidité dépendant de la gravité, appelé opérateur d'élastogravité. L'étude de cet opérateur et de ses modes rigides a montré que la prise en compte de la gravité dans la modélisation hydroélastique permet d'obtenir des résultats cohérents dans le calcul des mouvements d'ensemble d'un système fluide-structure libre dans l'espace, ce qui n'était pas le cas avec les méthodes classiques. Après discrétisation par éléments finis, la méthode est validée sur différents cas tests et appliquée sur un modèle semi-industriel.

Les travaux présentés dans cette thèse contribuent au développement du contrôle non destructif des conduits de précontrainte extérieure dans les ouvrages d'art. Une sonde capacitive a été développée pour ausculter ces conduits. L'objectif est d'en améliorer le diagnostic.Dans un premier temps, une cellule de mesure en transmission coaxiale a été développée pour caractériser les matériaux présents dans le conduit sur la bande de fréquence 50 MHz - 1 GHz. Le ciment, les produits de la ségrégation du ciment et la cire d'injection ont été étudiés.La deuxième partie du travail exploite ces résultats dans une modélisation directe du problème global. Une étude paramétrique nous a permis de proposer une méthode d'estimation de l'épaisseur de vide à l'intérieur du conduit à partir des signaux délivrés par la sonde, qui a pu être validée sur une maquette de conduit. A partir de ces résultats sont proposées plusieurs améliorations du dispositif visant à l'obtention de signaux plus riches issus des capteurs, afin de pouvoir estimer un plus grand nombre de paramètres.