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Matériaux cimentaires sous sollicitations hydro-mécaniques

François Soleilhet, LMT (ENS Paris Saclay), soutiendra sa thèse consacrée aux "Études expérimentales et numériques des matériaux cimentaires sous sollicitations hydro-mécaniques", le 13 mars prochain.
Ajouter à mon agenda 2024-03-29 08:51:58 2024-03-29 08:51:58 Matériaux cimentaires sous sollicitations hydro-mécaniques François Soleilhet, LMT (ENS Paris Saclay), soutiendra sa thèse consacrée aux "Études expérimentales et numériques des matériaux cimentaires sous sollicitations hydro-mécaniques", le 13 mars prochain. Bâtiment Léonard de Vinci, Amphithéâtre E-Media ENS-PARIS-SACLAY webmaster@ens-paris-saclay.fr Europe/Paris public

Les matériaux cimentaires sont les plus utilisés dans les ouvrages du génie civil. Que ce soit dans les domaines de l'habitation, des transports ou bien encore de l'énergie, ils sont utilisés massivement et doivent faire face à un environnement varié et parfois agressif.

Le béton, particulièrement lorsqu'il est armé, est un matériau qui de part son fonctionnement est amené à fissurer.Outre l'aspect visuel qui peut attirer l'attention des utilisateurs, la fissuration impacte, en premier lieu la résistance mécanique mais aussi la durabilité de l'ouvrage. Une meilleure caractérisation de cette fissuration (quantité, trajet, tortuosité) est donc un enjeu majeur.

Pour répondre à cette problématique, il est nécessaire de prédire le comportement à long terme des ouvrages. Néanmoins, cette tâche reste ardue. La grande hétérogénéité du matériau combinée aux sollicitations multiples (thermique, chimique, hydrique, mécanique) rend l'oeuvre complexe. Si on s'intéresse plus spécifiquement aux sollicitations hydriques, on constate que toute structure tend à s'équilibrer avec son milieu ambiant entrainant un phénomène de dessiccation.

Phénomènes de dessiccation

L'objectif de ce travail de thèse est de prendre en compte les effets de cette dessiccation dans la détermination des propriétés mécaniques et du comportement macroscopique des ouvrages en béton (à l'échelle de l'échantillon de laboratoire) afin de mettre en place un cadre de modélisation éléments finis prédictif prenant en compte la dessiccation et les phénomènes associés.

Conventionnellement, lorsque les propriétés mécaniques du béton sont caractérisées, les contraintes internes ne sont pas considérées et les phénomènes de dessiccation ne sont pas pris en compte. Néanmoins, le gradient hydrique entre la surface et le cœur d'une structure en béton peut mener à un état de contrainte hétérogène et engendrer une micro-fissuration conséquente.

Dans certains cas (durabilité, étanchéité), ce phénomène peut-être d'une importance majeure. Bien qu'il semble remarquable, l'impact du séchage et de la micro-fissuration sur les propriétés mécaniques n'est que peu étudié. De plus, les résultats obtenus sont parfois contradictoires ce qui ne permet pas de dégager de consensus.

Il est notable que dans la description du phénomène, trois facteurs prépondérants peuvent être dégagés. L'un d'eux, la pression capillaire, améliore la résistance du matériau et les deux autres, le gradient hydrique ainsi que l'incompatibilité de déformation entre la pâte et les granulats, vont diminuer les caractéristiques mécaniques à long terme. Peu d'études comparent l'influence de la dessiccation sur les propriétés mécaniques en mettant en regard les résultats obtenus suivant les différentes méthodes de caractérisation standard.

Simulation numérique et modélisation

Ce travail de thèse développe, dans un premier temps, des campagnes expérimentales investiguant les effets de la dessiccation sous humidité relative, température et temps de dessiccation variés. Il se poursuit dans un second temps par la mise en place du cadre de simulation numérique s'appuyant sur les expériences réalisées en englobant la modélisation de la dessiccation, la prise en compte du retrait de dessiccation, des fluages (propre et de dessiccation) ainsi que la pression capillaire pour ensuite modéliser les essais réalisés et extraire du modèle continu les faciès de fissuration ainsi que la taille des ouvertures de fissures.

Des travaux annexes sont réalisés sur des processus de transferts dans les milieux fissurés. Enfin, des outils d'identification sont développés dans ce cadre afin de déterminer les propriétés du modèle numérique.