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. / The work presented in this report contributes to the development of Non Destructive Evaluation of the external post-tensioned ducts in bridges. A capacitive probe has been developed for bridge monitoring applications. The aim of this work is to improve its diagnostic.In a first step, a coaxial transmission line was developed to characterize the materials involved in the duct over the frequency range 50 MHz - 1 GHz. The cement grout, segregation products of the cement grout and the injection wax were studied.In the second part of this work the previous results are used in the modelling of the devices. A parametrical study has shown the ability to get from the signals an estimate of the thickness of the void in the duct. This estimation method has been validated using a laboratory duct. Further, several improvements of the probes are proposed to get signals containing more information in order to get a better estimation of the target parameters.

Pour les poutres et les dalles ne comportant pas d'armatures de cisaillement, la résistance à l'effort tranchant ou au poinçonnement est souvent un critère important de dimensionnement. Ce type de rupture est caractérisé par un comportement fragile pouvant conduire à l'effondrement partiel voir total de la structure. Malgré de nombreuse recherche dans ce domaine, la résistance à l'effort tranchant et au poinçonnement des structure en béton armé ou précontraint demeure un phénomène complexe et dont l'approche normative est souvent empirique est simplifiée. La capacité des bétons renforcés de fibres métalliques à réduire voir à remplacer totalement les armatures de cisaillement des structures en béton armé et précontraint a été mis en évidence par plusieurs études expérimentales. Cependant, et malgré ses nombreux atouts, l'application à l'échelle industrielle des bétons de fibres est restée marginal, principalement due au manques d'un cadre normatif cohérent et reconnu. Les processus fixes d'une usine de préfabrication d'éléments en béton offre des possibilités optimales pour utiliser des matériaux cimentaires à hautes performances tel que les bétons autoplaçant, les bétons à hautes résistances, etc. Du point de vue de l'auteur, l'utilisation de bétons à hautes performances renforcés de fibres métalliques est le pas de développement et d'optimisation pour cette industrie. Les Bétons Fibrés à Hautes Performances (BFHP) reprennent une matrice similaire aux Bétons à Hautes Performances (BHP) auxquels est ajouté une certaine quantité de fibres métalliques conférant au matériau un comportement au niveau de la structure exploitable dans le dimensionnement. Les BFHP présentent un ratio résistances/coûts intéressant ainsi qu'une alternative au Béton Fibré Ultra-Performants (BFUP). L'objectif principal de ce travail est d'analyser le comportement au cisaillement et au poinçonnement d'éléments de structures en BFHP et en BFUP sans armatures de cisaillement et proposé des recommandations et des règles de dimensionnement adaptées aux ingénieurs de la pratique (…) / For members and flat slabs without shear reinforcement, the shear and punching shear strength are often the determining design criteria. These failure modes are characterized by a fragile behaviour implying possible partial or total collapse of the structure. Despite extensive research in this field, shear and punching shear in reinforced and prestressed concrete structures, remain complex phenomena so much that the current approach is often empirical or simplified. The ability of Steel Fibre Reinforced Concrete (SFRC) to reduce shear reinforcement in reinforced and prestressed concrete members and slabs,or even eliminate it, is supported by several experimental studies. However its practical application remains marginal mainly due to the lack of standard, procedures and rules adapted to its performance. The stationary processes in precast industry offer optimal possibilities for using high performance cementitious materials such as Self Compacting Concrete (SCC) and High Strength Concrete (HSC). For the author, the combination of High Performance Concrete and steel fibres is the following step in the development and the optimization of this industry. The High Performance Fibre Reinforced Concrete (HPFRC) stands between conventional SFRC and Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete (UHPFRC). The HPFRC exhibiting a good strength/cost ratio is, thus, an alternative of UHPFRC for precast elements. The principal aim of this work was to analyse the shear and punching shear behaviour of HPFRC and UHPFRC structures without transversal reinforcement and to propose recommendations and design models adapted for practitioners. Several experimental studies on structural elements, i.e. beams and slabs, were undertaken for this purpose. Firstly, an original experimental campaign was performed on pre-tensioned members in HPFRC. A total number of six shear-critical beams of a 3.6 m span each, and two full scale beams of a 12 m span each, were tested in order to evaluate the shear and flexural strength. The principal parameter between the specimens was the fibres (…)

Le grenaillage ultrason est un procédé mécanique de traitement de surfaces. Il consiste à projeter des billes à la surface de pièces métalliques, à l’aide d’un système acoustique vibrant ultrasonore. Lors du traitement, les billes sont contenues dans une enceinte spécialement conçue pour la pièce à traiter, et adoptent un comportement similaire à celui d’un gaz granulaire vibré. Le grenaillage ultrason sert à introduire des contraintes résiduelles de compression dans le matériau traité. Ces contraintes de compression sont bénéfiques pour la tenue en fatigue de la pièce et sa résistance à la corrosion sous contraintes.L’objectif des présents travaux de thèse consiste à modéliser la dynamique des billes pendant le traitement, et pour des pièces et géométries complexes. En effet, depuis son industrialisation, la mise au point du procédé se fait de manière empirique qui, avec la complexification des pièces mécaniques traitées pousse cette approche à ses limites. La mise au point peut donc s’avérer coûteuse en temps et aboutir à une solution partiellement optimisée. Ainsi, le modèle développé donne accès à une compréhension détaillée du grenaillage ultrason dans des conditions de traitement industrielles. Il constitue pour la première fois un outil d’aide à la conception des enceintes de traitement, offrant la possibilité d’une meilleure maitrise et optimisation du traitement, tout en réduisant les coûts de mise au point. La seconde contribution est de fournir aux modèles de prédiction des contraintes des données fiables et réalistes / Ultrasonic shot peening is a mechanical surface treatment process. It consists on projecting spherical shot onto a metallic surface, using an ultrasonic accoustic system. During the treatement, the shot are contained in a chamber, specially designed for the peened part, and behave similarely to a vibrated granular gas. Ultrasonic shot peening is used to introduce compressive residual stresses in the peened material. These compressive stresses help increasing the fatigue life span of the part and its resistance to stress corrosion cracking.The objectif of the present work consists on modeling the shot dynamics of the shot during the traitement, and for complex parts and geometries. Since its industrialization, the choice of the process parameters is done experimentally with trial and error. And with the ever increasing complexity of the peened parts, this approach is reaching its limits; thus becoming sometimes time consuming and providing partially optimized solutions.Therfore, the developped model gives access to a detailed understanding of ultrasonic shot peening in industrial treatment conditions. It represents for the first time a support tool for the design of peening chambers. This offers the possibility of a better control and optimization of the process, while reducing development costs. The second contribution lies in the model capacity to provide reliable and realistic input data to residual stresses prediction models

Le travail présenté dans ce mémoire est une contribution à l'étude des vibrations non linéaires de structures minces, par des approches numériques et expérimentales. Un outil destiné au calcul de la réponse forcée harmonique de structures minces, en non linéaire géométrique, a été développé. Le problème de l'élastodynamique en grands déplacements, avec prise en compte d'un défaut de forme et d'une précontrainte, est discrétisé par une méthode éléments finis. Les solutions périodiques sont obtenues par application de la méthode de l'équilibrage harmonique (EH) puis de la méthode asymptotique numérique (MAN) pour la continuation des branches de solutions. Ces deux méthodes ont été introduites indépendamment l'une de l'autre dans un code éléments finis existant, Eve. Au final on obtient l'expression des inconnues (déplacements et contraintes) en fonction des paramètres de la force d'excitation (pulsation et amplitude). Au terme de ce travail, on dispose donc d'un outil numérique qui permet de traiter une large classe de structures (poutres, plaques et coques). Son application à quelques exemples a permis d'illustrer les caractéristiques d'un comportement non linéaire, en particulier les phénomènes d'hysteresis sur la résonance principale ou encore l'apparition de résonances secondaires et de bifurcations de branches. De plus, pour une amplitude d'excitation très faible, on est en mesure d'obtenir une représentation des modes non linéaires de structure. En parallèle, une étude expérimentale a été menée. Un banc d'essai pour l'étude de la réponse forcée de plaques ou de panneaux galbés a été réalisé ; il est équipé d'un dispositif de précontrainte en vue de l'observation d'interaction modale. Des essais préalables <br />sur une poutre bi-encastrée, ont également permis l'observation<br />de phénomènes non linéaires caractéristiques.

L'objectif de ce travail est l'étude du comportement à la rupture d'un matériau fragile précontraint : le verre trempé. Pour la prédiction de la résistance du verre trempé, la connaissance de l'état de précontrainte tridimensionnel est indispensable. Dans le cas de l'utilisation du verre pour les structures du bâtiment (ce qui constitue la première application de ce travail), les éléments sont chargés dans leur plan ; le niveau de précontrainte sur la tranche doit être déterminé. La simulation du traitement de trempe (chauffage et refroidissement brutal) par le code aux éléments finis MARC permet de calculer les contraintes transitoires et résiduelles. Le verre est un matériau viscoélastique dont le comportement varie avec la température. Le verre est un matériau fragile. Sa résistance dépend directement de son état de surface, des défauts présents dans l'élément. Une analyse statistique permet de relier la probabilité de rupture au niveau de la contrainte appliquée, de prendre en compte l'effet de surface et l'effet de la distribution des contraintes. Des essais de flexion 4 points sur de petits éléments en verre recuit servent à déterminer les caractéristiques de la loi statistique utilisée (loi de Weibull). L'effet de la vitesse de chargement sur la résistance est mis en évidence et pris en compte dans la modélisation. Il est dû à la fissuration sous-critique des défauts préexistants pendant le chargement en raison de la réaction chimique entre le verre et la vapeur d'eau présente dans l'environnement. Des essais de flexion 4 points sur de grandes poutres en verre recuit permettent de valider la loi statistique pour prédire l'effet de volume dans le verre recuit. Grâce aux résultats des simulations de la trempe et à la connaissance des caractéristiques statistiques de rupture du verre recuit, la prédiction de la résistance de grands éléments en verre trempé est possible. Cette prédiction est validée par des essais de flexion 4 points sur de grandes poutres en verre trempé. Des essais similaires de longue durée sont programmés pour étudier l'évolution de la résistance du verre recuit et trempé dans le temps.

Cette thèse de doctorat porte sur le calcul par la méthode des éléments finis du comportement dynamique de réservoirs élastiques précontraints contenant un liquide interne à surface libre. Nous considérons que la pression hydrostatique exercée par le fluide interne incompressible sur les parois flexibles du réservoir est à l’origine de grands déplacements, conduisant ainsi à un état d’équilibre non-linéaire géométrique. Le changement de raideur lié à cet état précontraint induit un décalage des fréquences de résonances du problème de vibrations linéaires couplées.L’objectif principal du travail est donc d’estimer, par des approches numériques précises et efficaces, l’influence des non-linéarités géométriques sur le comportement hydroélastique du système réservoir/liquide interne autour de différentes configurations d’équilibre. La méthodologie développée s’effectue en deux étapes. La première consiste à calculer l’état statique non-linéaire par une approche éléments finis lagrangienne totale. L’action du fluide sur la structure est ici modélisée par des forces suiveuses hydrostatiques. La deuxième étape porte sur le calcul des vibrations couplées linéarisées. Un modèle d’ordre réduit original est notamment proposé pour limiter les coûts de calcul associés à l’estimation de l’effet de masse ajoutée. Enfin, divers exemples sont proposés et comparés à des résultats de la littérature (issus de simulations numériques ou d’essais expérimentaux) pour montrer l’efficacité et la validité des différentes approches numériques développées dans ce travail. / This doctoral thesis focuses on the calculation by the finite element method of the dynamic behavior of prestressed elastic tanks containing an internal liquid with a free surface. We consider that the hydrostatic pressure exerted by the incompressible internal fluid on the flexible walls of the tank causes large displacements, thus leading to a geometric non-linear equilibrium state. The change of stiffness related to this prestressed state induces a shift in the resonance frequencies of the coupled linear vibration problem. The main objective of the work is therefore to estimate, through precise and efficient numerical approaches, the influence of geometric nonlinearities on the hydroelastic behavior of the reservoir/internal liquid system around different equilibrium configurations. The methodology developed is carried out in two stages. The first one consists in calculating the non-linear static state by a total Lagrangian finite element approach.The action of the fluid on the structure is modelled here by hydrostatic following forces. The second step is the calculation of linearized coupled vibrations. In particular, an original reduced order model is proposed to limit the calculation costs associated with the estimation of the added mass effect. Finally, various examples are proposed and compared with results from the literature (from numerical simulations or experimental tests) to show the effectiveness and validity of the different numerical approaches developed in this work.

Nous nous intéressons dans ce travail à la rupture en traction des matériaux composites unidirectionnels dans la perspective de leur utilisation comme câbles de précontrainte. Le comportement de type élastique-fragile de ces matériaux impose de prendre en compte l'aléa de résistance, afin de prédire les effets d'échelle. Pour étudier ce problème, nous avons simulé numériquement la rupture des composites unidirectionnels à l'aide d'un modèle mécanique à cinématique uniaxiale. Nous avons réalisé pour chaque géométrie un très grand nombre de simulations afin d'obtenir une statistique de rupture au voisinage des faibles résistances très précises. Nous avons étudié deux mécanismes d'endommagement, rupture des fils et décohésions entre fils (un fil peut être constitué d'une ou plusieurs fibres, sa section étant caractéristique de la finesse de discrétisation du modèle). Nous avons alors constaté qu'un effet d'échelle de longueur de type chaîne décrivait correctement nos simulations de rupture pour différentes longueurs dès que l'on pouvait négliger les effets d'extrémité et, d'un point de vue pratique, que la queue de distribution des faibles résistances n'obéit plus à une loi du type rupture de la structure au premier endommagement. L'extrapolation des courbes de distribution des résistances a permis de proposer le concept de résistance utile d'un jonc en acceptant une certaine probabilité de rupture. Cette résistance utile peut être très largement supérieure à celle utilisée actuellement en appliquant un coefficient de sécurité de 0,5 à la résistance moyenne. L'utilisation de ce concept de résistance utile pourrait alors réduire la quantité de matière et évidemment les coûts. Un autre apport du travail est issu de l'étude des effets d'échelle de section. Nous sommes en effet arrivés à démontrer que pour un usage donné (longueur, probabilité de rupture admissible), il existe une section optimale de jonc donnant la meilleure résistance utile.