Dissertations / Theses on the topic 'Béton sol'

Dans ce travail, nous avons étudié le comportement des dallages en béton en focalisant l’attention sur les contraintes induites dans la structure, lorsque le béton subit des variations dimensionnelles dans les conditions hygrothermiques ambiantes. Après une étude bibliographique où nous détaillons en particulier les différents retraits du béton, nous nous sommes consacrés à la caractérisation du comportement de l’interface dalle-sol. Une étude expérimentale en semi-grandeur a été menée et a abouti d’une part à la mise en évidence des configurations optimales pour réduire les frottements à l’interface, et d’autre part à l’élaboration d’une loi de comportement d’interface développée en deux dimensions. Introduite dans un modèle global de comportement, et confrontée à l’expérimentation en semi-grandeur sur des planches expérimentales de 20 m de long, cette loi a permis de faire des simulations et d’évaluer la possibilité de réaliser des surfaces de dallage de dimensions plus importantes que celles imposées empiriquement dans les règles de calcul classiquement considérés
This work was dedicated to the study of concrete floors on ground. The attention was focused on the stresses induced in the structure, while dimensional variations affect the concrete in ambient hydrothermal conditions. A literature review was performed, in which we describe in particular the different shrinkage strains of concrete. Then we dedicated ourselves to the characterisation of slab-soil interface. A semi-scale test campaign was conducted. It allowed us first to define the optimal configurations to limit the interfacial friction, then to establish a two-dimensional behaviour law. This law was introduced into a global model and compared with the results of a semi-scale test on 20 m long beams. We made a couple of simulations to assess the possibility of designing slab lengths larger than those fixed in design guides

Ce travail comporte une analyse de différentes interactions du système sol-pieux-structure sous chargements sismiques. On s'intéresse notamment à l'analyse des mécanismes d'interaction entre les différents éléments (sol. pieu, chevêtre, structure) et une attention particulière est accordée à l'influence des non linéarités du sol, le développement : des rotules plastiques dans les pieux et le comportement de l'interface sol-pieux sur la réponse sismique du système sol- pieu-structure. L'étude est réalisée en utilisant une modélisation tridimensionnelle à l'aide du code de calcul FLAC 3D. Le travail de thèse est présente en trois chapitres: Le premier chapitre présente une synthèse bibliographique des travaux réalisés sur le comportement des pieux sous chargement sismique. Le second chapitre comporte une analyse tridimensionnelle du comportement sismique du système sol-pieu superstructure tout en intégrant l'effet de la plasticité du sol. L'étude est menée sur différents aspects de l'interaction sol-pieux-structure, à savoir l'influence des paramètres mécaniques du sol ou du pieu, de la configuration géométrique de groupe de pieux et l'influence du chargement sismique et son contenu fréquentiel. Le troisième chapitre traite des aspects particuliers du problème, notamment la formation des rotules plastiques en tête des pieux, la modélisation et l'influence de l'interface sol-pieu et le comportement des ouvrages renforcés
This work includes an analysis of various interactions of soil-piles-structure under seismic loads.mainly concerns with the analysis of the interactions between different elements (soil, pile, foundation, structure). A special attention was devoted to the non-linearity of soil, the development of plastic hinges in the piles and the influence of the soil-pile interface on the seismic response of the soil-pile-structure. The study was conducted using a three-dimensional modeling using the program FLAC 3D. The thesis is presented in three chapters : The tirst chapter presents a literature review of research work related to seismic behaviour of pile foundations.The second chapter includes a three-dimensional analysis of seismic behavior of soil-pile-superstructure taking into account the effect of soil plasticity. The study was conducted on various aspects of the interaction soil-pile-structure. the influence of mechanical parameters of soil and pile. the geometric configuration of the piles groups and the influence of seismic loading and its frequency content.The third chapter deals with specific aspects of the problem. including the development of plastic hinges at the top of the pile. the modeling and the influence of pile-soil interface and behavior of reinforced structures

Ce travail comporte une analyse de différentes interactions du système sol-pieux-structure sous chargements sismiques. On s'intéresse notamment à l'analyse des mécanismes d'interaction entre les différents éléments (sol. pieu, chevêtre, structure) et une attention particulière est accordée à l'influence des non linéarités du sol, le développement : des rotules plastiques dans les pieux et le comportement de l'interface sol-pieux sur la réponse sismique du système sol- pieu-structure. L'étude est réalisée en utilisant une modélisation tridimensionnelle à l'aide du code de calcul FLAC 3D. Le travail de thèse est présente en trois chapitres: Le premier chapitre présente une synthèse bibliographique des travaux réalisés sur le comportement des pieux sous chargement sismique. Le second chapitre comporte une analyse tridimensionnelle du comportement sismique du système sol-pieu superstructure tout en intégrant l'effet de la plasticité du sol. L'étude est menée sur différents aspects de l'interaction sol-pieux-structure, à savoir l'influence des paramètres mécaniques du sol ou du pieu, de la configuration géométrique de groupe de pieux et l'influence du chargement sismique et son contenu fréquentiel. Le troisième chapitre traite des aspects particuliers du problème, notamment la formation des rotules plastiques en tête des pieux, la modélisation et l'influence de l'interface sol-pieu et le comportement des ouvrages renforcés
This work includes an analysis of various interactions of soil-piles-structure under seismic loads.mainly concerns with the analysis of the interactions between different elements (soil, pile, foundation, structure). A special attention was devoted to the non-linearity of soil, the development of plastic hinges in the piles and the influence of the soil-pile interface on the seismic response of the soil-pile-structure. The study was conducted using a three-dimensional modeling using the program FLAC 3D. The thesis is presented in three chapters : The tirst chapter presents a literature review of research work related to seismic behaviour of pile foundations.The second chapter includes a three-dimensional analysis of seismic behavior of soil-pile-superstructure taking into account the effect of soil plasticity. The study was conducted on various aspects of the interaction soil-pile-structure. the influence of mechanical parameters of soil and pile. the geometric configuration of the piles groups and the influence of seismic loading and its frequency content.The third chapter deals with specific aspects of the problem. including the development of plastic hinges at the top of the pile. the modeling and the influence of pile-soil interface and behavior of reinforced structures

Le béton de sol est un matériau issu du mélange du sol avec un liant hydraulique. Il est une solution envisageable aujourd'hui dans le domaine de la construction pour les ouvrages de faibles résistances en compression comme le renforcement des sols de fondation pour chaussées, les écrans d'étanchéités, les aménagements extérieurs pour parking (dallage), les écrans de soutènements des terres. Ce matériau est réalisé in situ en utilisant le sol en place dans le cadre des projets de construction et contrairement au béton ordinaire, son utilisation permet de réduire l'empreinte carbone liée au transport des granulats jusqu'aux sites de construction. Au regard de sa porosité très élevée de l'ordre de 25 à 65 % (Denies et al., 2012), les ouvrages en béton de sol sont sujets à d'importants désordres affectant leurs stabilités lorsqu'ils sont exposés à la haute température, aux cycles H/S et à la carbonatation. Face à la large gamme des produits cimentaires qui existent sur le marché, à la variabilité de la nature du sol et de sa granulométrie, il est important d'avoir une meilleure compréhension des propriétés physico-mécaniques du béton de sol, au travers d'études en laboratoire afin d'évaluer ces performances. C'est dans cette optique d'amélioration sa compréhension, que ce travail de recherche vise à étudier le comportement mécanique et physico-chimique des bétons de sol soumis à haute température et sa durabilité. Pour ce faire, nous avons utilisé deux sols naturels (la latérite et le sable argileux) et trois types de liant : le CEM I 52.5, le CEM II 42.5 et le CEM III 32.5. Le travail expérimental effectué vise tout d'abord à caractériser les différents constituants du béton de sol (sols et ciments). Puis, formuler le béton de sol pour différents dosages (150, 200, 250, 300 kg/m3) et pour une ouvrabilité constante comprise entre 32 et 33 cm correspondant à un béton de sol autoplaçant. Par la suite, une caractérisation physique (masse volumique, teneur en air occlus, …) puis mécanique (compression uni-axiale, module d'élasticité statique, …) du béton de sol a été effectuée. Ces caractérisations ont été complétées par une étude minéralogique (DRX) et microstructurale (MEB). Des essais de durabilités (Cycles H/S et carbonatation) et à haute température ont été effectuées sur les éprouvettes de béton de sol maturés à 90 jours dans l'eau où s'en est suivie une caractérisation physico-chimique et mécanique. Les résultats obtenus de la résistance en compression montrent des valeurs plus élevées pour les formulations avec du CEM III 32.5, suivit du CEM I 52.5 et en fin du CEM II 42.5. Les valeurs de porosité sont comprises entre 43 et 62% et sont plus faibles pour les formulations avec du CEM III 32.5, suivit du CEM I 52.5 et en fin le CEM II 42.5. A haute température, les formulations faites avec du CEM I 52.5 ont une meilleure tenue que les formulations avec du CEM II 42.5 et du CEM III 32.5. L'objectif étant de proposer des formulations stables pour différentes applications
Soil concrete is a material produced by mixing soil with a hydraulic binder. It is a possible solution in today's construction industry for works with low compressive strengths, such as the reinforcement of road foundation soils, waterproofing screens, outdoor landscaping for car parks (paving) and earth retaining screens. This material is produced in situ using the soil in place during construction projects, and as opposed to ordinary concrete, its use makes it possible to reduce the carbon footprint associated with transporting aggregates to construction sites. Due to its very high porosity of between 25 and 65% (Denies et al., 2012), soil concrete structures are subject to significant damage affecting their stability when exposed to high temperatures, H/S cycles and carbonation. Given the wide range of cementitious products available on the market, and the variability in the nature of the soil and its grain size, it is important to have a better understanding of the physical and mechanical properties of soil concrete, through laboratory studies to assess its performance. It is with this aim of improving understanding that this research aims to study the mechanical and physico-chemical behaviour of soil concrete subjected to high temperatures and its durability. To do this, we used two natural soils (laterite and clayey sand) and three types of binder: CEM I 52.5, CEM II 42.5 and CEM III 32.5. The experimental work carried out aims firstly to characterize the various constituents of soil concrete (soil and cement). Then, to formulate the soil concrete for different cement contents (150, 200, 250, 300 kg/m3) and for a constant workability of between 32 and 33 cm corresponding to a self-compacting soil concrete. The soil concrete was then characterized physically (density, entrapped air, etc.) and mechanically (uniaxial compression, static modulus of elasticity, etc.). These characterizations were completed by a mineralogical (XRD) and microstructural (SEM) study. Durability tests (H/S cycles and carbonation) and high-temperature tests were carried out on soil concrete specimens aged for 90 days in water, followed by physico-chemical and mechanical characterization. The results obtained for compressive strength show higher values for formulations with CEM III 32.5, followed by CEM I 52.5 and finally CEM II 42.5. Porosity values range from 43 to 62% and are lower for formulations with CEM III 32.5, followed by CEM I 52.5 and finally CEM II 42.5. At high temperatures, formulations made with CEM I 52.5 hold up better than formulations with CEM II 42.5 and CEM III 32.5. The aim is to offer stable formulations for different applications

La conception écologique des structures et le développement durable jouent un rôle important dans l'industrie de la construction. Les matériaux écologiques de construction tels que le béton de terre, contenant une proportion de divers composants écologiques, sont de grande importace aujourd'hui. L'objectif de la production de ce béton est de réduire la consommation de ciment et donc la production de CO2, de fournir des solutions pour éviter l’épuisement des ressources naturelles comme les granulats et de réduire la consommation d'énergie dans le processus de production.Ces dernières années, de nombreux efforts ont été réalisés dans le domaine de la construction pour remplacer le béton traditionnel par des matériaux alternatifs tels que le béton contenant une forte proportion de divers composants écologiques appelés « vert » en maintenant des propriétés acceptables pour l'application souhaitée. Par exemple, les constructions réalisées à partir de la terre crue sont intéressantes considérant leurs meilleures propriétés thermiques et acoustiques par rapport à un béton ordinaire. Cependant, des recherches additionnelles sont nécessaires pour mieux comprendre leurs propriétés mécaniques et leur durabilité.Cette étude vise à optimiser la composition d’un nouveau béton écologique constitué de sols locaux. Plusieurs mélanges composés de différentes proportions de sols argileux, de sols sableux et de faible quantité de ciment, de chaux et de fibres de chanvre ont été testés. La minéralogie et la composition chimique du sol argileux ont été étudiées par analyse des résultats obtenus par diffraction des rayons X (XRD) et par Microscopie à balayage électronique (ESEM) associée à la spectrométrie dispersive énergétique des rayons X (EDS). Le compactage des mélanges de béton de terre a été réalisé par vibration, comme dans le cas d’un béton ordinaire, pour obtenir l'ouvrabilité requise sur les chantiers de construction. Des essais de compression ont été effectués sur des éprouvettes d’âges différents et conservées dans différentes conditions de cure. La technique non destructive des ultrasons a été utilisée pour suivre le durcissement du béton de terre en fonction des conditions de cure. Les propriétés de transfert de ce béton ont été aussi étudiées en réalisant des essais de perméabilité, de porosité à l’eau, de porosimétrie à mercure et des essais d'absorption d'eau. La carbonatation de ce béton a été également évaluée. La durabilité du béton de terre a été examinée en suivant les déformations différées et plus particulièrement le retrait endogène et de dessiccation ainsi que le fluage en flexion
The ecological design of structures and the sustainable development is nowadays of high importance in the construction industry. Thus, alternative building materials such as soil concrete containing a proportion of various ecological components are of high importance nowadays. The aim of producing ecological concrete is to reduce the consumption of cement and thus the CO2 production, to provide alternatives to the impoverishment of resources and to reduce the energy consumption in the production process.In recent years, many changes have been observed in the construction methods with the aim to replace traditional concrete by alternative construction materials such as concrete containing a high proportion of various ecological component called "green" while maintaining acceptable properties for the desired application. For instance, constructions made of cost effective raw soils are of real interest since the thermal and acoustic properties are more important than that of ordinary concrete. However, more researchs are needed in order to have a better understanding of their mechanical properties and their durability.This study aims to optimize the composition of a new ecological concrete constituted of upgraded excavated soil. Several soil concrete mixtures, composed of different proportions of clayey soil, sandy soil and small quantities of cement, lime and hemp fibers have been tested. The mineralogy and chemical composition of clayey soil was studied by X-ray diffraction (XRD) analysis, and by Environmental Scanning Electron Microscopy (ESEM) coupled with the X-Ray Energy Dispersive Spectrometry (EDS). The casting of the concrete mixtures has been realized by vibration, as ordinary concrete, to obtain the required workability on construction sites.Compressive tests have been carried out on samples at different curing time and conditions. The ultrasonic non-destructive technique has been used for monitoring the hardening of soil concrete in function of the curing conditions. As soil concrete presents important volumetric change that can cause the infiltration of water and impact their durability, an experimental investigation on autogenous and drying shrinkage is reported. Water porosity and water absorption tests have been also carried out to evaluate the transfer property of the porous material. The carbonation of this concrete was also evaluated. The durability of the soil concrete was examined by following the deferred deformations and more particularly the endogenous shrinkage and desiccation as well as the flexural creep

Les problèmes de vieillissement des structures de génie civil nécessitent l'évaluation des indicateurs de durabilité (comme la porosité) et des paramètres d'état (comme la teneur en eau et la teneur en chlorure). Parmi les techniques de contrôle non destructif électromagnétique (EM), le radar géophysique (GPR) est utilisé pour estimer la permittivité du béton. L'étude générale est composée de trois objectifs. Tout d'abord, établir une interaction physique et mathématique entre les ondes et les matériaux. Pour mieux comprendre la propagation des ondes EM à l'intérieur du matériau, nous avons étudié plusieurs modèles de dispersion caractérisant les propriétés diélectriques de béton : le modèle de Debye et le modèle de Jonscher proposant de bonnes performances. Deuxièmement, développer une nouvelle méthode d'auscultation pour détecter les gradients de permittivité dans un matériau dispersif en considérant le matériau comme un guide d'ondes. La vitesse de phase des ondes électromagnétiques guidées est utilisée pour extraire les informations diélectrique et géométrique de celui-ci. Une nouvelle méthode d'inversion est mise en oeuvre pour répondre au problème. Le guide d'onde à une couche est ensuite décliné en guide d'ondes à plusieurs couches à l'aide d'un modèle de mélange diélectrique: le modèle parallèle. Ainsi, le nouveau modèle de guide d'onde multi-couches est validé à la fois sur des données synthétiques et expérimentales. Enfin, un suivi expérimental d'imbibition d'eau dans du béton est réalisé avec cette nouvelle méthode d'auscultation, les résultats étant comparés à ceux de gammadensimétrie, considérée comme référence
Considering the aging problems of civil engineering structures induces the evaluation of durability indicators (such as porosity) and durability monitoring parameters (such as water content and chloride content). From the electromagnetic (EM) non-destructive testing, Ground penetrating radar (GPR) is used by surveying permittivity inside concrete. The general study is composed of three objectives. Firstly, establish a physical and mathematical interaction between the waves and the materials. To better understand the propagation of EM waves inside the material, we have studied on several dispersion models characterizing the dielectric properties of concrete, and used Debye’s model and Jonscher’s model getting good working performance. Secondly, develop a new method for GPR to detect the gradients of relative permittivity in a dispersive material. With knowledge of the speed of radar waves travelling through the medium, we are able to know the relative permittivity of the material. As the material can form a waveguide for EM waves. The phase velocity of the guided EM waves is used to extract the dielectric and geometric information of it. Then, a new inversion method is implemented to estimate the dielectric permittivity and geometry of the waveguides. The one-layer waveguide is developed into multi-layer waveguide by a dielectric mixing model: parallel model. Thus, the new multi-layer waveguide model is validated both on synthetic and experimental data. Finally, monitor water transferring inside the concrete slabs with the new developed method, the results being compared with those from gammadensimetry, considered as reference

Le développement du contrôle non destructif en génie civil s'inscrit dans un contexte de vieillissement du patrimoine d'ouvrages. Ce vieillissement est souvent associé à une altération des propriétés des matériaux de construction, remettant en cause les exigences liées au comportement mécanique, à l'aptitude au service ou encore à l'esthétique de l'ouvrage. Le but de ce travail est l'adaptation de la technologie radar à la caractérisation physique du béton, et, ainsi, à la mise en évidence de conditions favorables au développement de la corrosion des aciers (principale cause de dégradation). Des résultats expérimentaux obtenus sur corps d'épreuves en béton révèlent des aptitudes à l'évaluation de l'état d'humidité du béton, et, dans une moindre mesure, de son degré de contamination par les ions chlorures. Une application relative à la corrosion des armatures de tabliers de pont revêtus d'une couche d'asphalte est également développée et validée in situ par comparaison avec des mesures de potentiel d'électrode. L'approche consiste à cartographier la réflectivité de l'interface asphalte-béton afin de localiser les contrastes d'humidité et, ainsi, les zones à fort risque de corrosion. Enfin, les qualités de la technique (rapidité, simplicité, fiabilité des mesures et caractère non destructif) lui confèrent un grand intérêt lors de campagnes d'auscultation à grande échelle
The development of non-destructive testing in civil engineering is related to the aging of structures. This aging is usually accompanied by some changes in the properties of construction materials, which call the needs concerning the mechanical behaviour, the service ability or the aesthetic characteristics of the structure into question. The aim of this study is to adapt radar technology to the physical characterisation of concrete, in order to highlight the conditions leading to reinforcement corrosion (main cause of damages). Indeed, experimental results on concrete laboratory samples show some interesting aptitudes to the assessment of concrete humidity, and chloride contamination. A specific application to the corrosion of reinforcement of concrete bridge decks with asphalt cover is also developed and verified on site through a comparison with half-cell potential measurements. The approach is just consisting in mapping the reflectivity of asphalt-concrete interface in order to locate humidity contrasts and, thus, areas presenting a high corrosion probability. At least, speed, easiness, reliable and non-destructive measurements are qualities, which give to the radar technique a great interest for large scale auscultation

Ce travail porte sur l’étude des comportements des structures et des analyses sismiques de bâtiments en béton précontraint lors des séismes qui ont eu lieu dans la ville de Mexico au mois de septembre 1985. Tout d’abord on présente un résumé des effets des séismes sur les bâtiments, en mettant l’accent sur les bâtiments en béton précontraint. Puis viennent les analyses linéaires de la réponse dynamique de cinq bâtiments à partir de modèles tridimensionnels, en tenant compte de l’interaction sol-structure. Pour trois de ces bâtiments, des analyses non linéaires ont également été faites, à partir de modèles bidimensionnels représentant les caractéristiques principales de la structure complète. La réponse calculée est ensuite comparée avec le comportement observé et les principales propriétés dynamiques des modèles font l’objet d’une vérification avec les mesures sous vibration du milieu ambiant, effectuées dans les bâtiments. Les périodes calculées sont assez proches des périodes mesurées, lorsqu’on tient compte des déplacements et des rotations à la base du bâtiment, en faisant intervenir les déformations du sol. En général, la réponse calculée du bâtiment sous l’effet d’un séisme comparable à celui de septembre 1985, présente une bonne cohérence avec le comportement observé du bâtiment. Néanmoins, dans certains cas, les analyses font apparaître un comportement non-linéaire qui ne correspond pas au degré de dommages. Quelques raisonnements permettant d’expliquer ces différences sont ici exposés. Des recommandations de calcul sont formulées à partir des conclusions finales pour les bâtiments construits en zone sismique. On souligne notamment l’importance de l’acier non-précontraint, dont la présence permet d’améliorer la ductilité, et des murs de rigidité associés aux portiques en béton précontraint, qui permettent de mieux supporter les effets des forces latérales
This study deals with the structural behaviour and the analysis of the seismic response of prestressed concrete buildings to the earthquake ocurred in Mexico City in september 1985. First, the overall effects of the earthquake on buildings are summarized with specific consideration on the performance of prestressed concrete buildings. Secondly, for five typical buildings, linear analysis of the dynamic response were performed for tridimensionals models, with due consideration of the soil-structure interaction. Additionally, for some buildings, non-linear analyses were performed on planar models representing the behavior of the complete structure. The computed response has been compared with the observed behavior and the main dynamic properties of the models were checked against those derived from ambient vibration tests performed on the buildings. A good approximation was found between computed and measured natural periods of vibration of the structures, when the displacements and rotations at the base of the building due to the deformation of the soil were taken into account. In general terms, the computed response of the building under the effet of a ground motion representative of the one that should have affected it in the 1985 earthquake, corresponded reasonably well the observed performance of the buildings. Nevertheless, in some cases the analysis indicated that the buildings should have eperienced a greater non-linear behavior than what can be percieved from their level of damage. Some reasons for these differences are advanced. Some recommandations about earthquakes resistant design of prestressed concrete buildings are given. The importance of providing lateral stiffness by shear walls of bracing, and of achieving ductility and continuity through ordinary reinforcement, is stressed

Inséré dans un projet national Français, ce travail consiste à analyser le comportement mécanique des anciens collecteurs en maçonnerie renforcés par béton projeté. Le présent rapport synthétise les résultats de ces analyses, effectuées au moyen de la modélisation numérique. En abordant les principaux problèmes liés à ce type de renforcement, l'accent est mis sur l'effet de l'interface «Support-Renfort». Pour cette dernière, une caractérisation expérimentale est effectuée et un modèle numérique existant est développé afin de prendre en compte de 1' adhérence. Grâce au modèle d'interface amélioré et à la technique de l'ajout de la matière sur une structure déformée, également développée dans le cadre de ce travail, la prise en compte des interfaces et de « 1'histoire de 1' ouvrage » est rendue possible. Les modélisations réalisées permettent d'évaluer l'influence, sur le comportement global des collecteurs renforcés, de différents facteurs tels que les caractéristiques du renfort, l'effet du retrait, l'interaction « Sol/Structure », les propriétés mécaniques de l'interface et l'état de la structure existante. Les résultats de la modélisation mettent en évidence le rôle de la liaison « Support Renfort » et de l'interaction« Sol-Structure» ainsi que l'effet néfaste du retrait. Ces résultats permettent de tirer des conclusions pratiques et de proposer des solutions techniques dans l'objectif de réduire l'effet du retrait et améliorer l'efficacité du renforcement
Inserted into a French national project, this work consists to analyze the mechanical behavior of old masonry sewers reinforced by gunite. This present report synthesizes the results of the analysis, undertaken by means of the numerical modelling. In broaching main problems linked to this reinforcement type, we emphasize the « Support-Reinforcement » interface effect. For this last, an experimental characterization is undertaken and a existing numerical model is improved to take into account the adhesion. With the improved interface model and the technique of the matter addition on a deformed structure, also developed within the scope of this work, the taking into account of the interfaces and the « structure history » is possible. The modelling performed allows to evaluate the influence, on the global behavior of reinforced sewers, of different factors such that the reinforcement characteristics, the shrinkage effect, the interaction « Sail-Structure », the interface mechanical properties and the existent structure state. Results of the modelling show the role of the « Support-Reinforcement » liaison, the « Sail-Structure » interaction and the shrinkage harmful effect. These results allow to draw practical conclusions and to propose technical solutions in the objective to reduce the shrinkage effect and to improve the reinforcement efficiency

La gestion des déchets radioactifs est une question environnementale importante, en particulier dans les pays où l'énergie nucléaire est générée. L'Andra (Agence Nationale pour la gestion des Déchets RAdioactifs) étudie la solution d'un stockage géologique profond dans un couche d'argilite Callovo Oxfordienne (COx). L'étanchéité des galeries souterraines est partiellement assurée par une barrière mécanique en béton qui est directement en contact avec l'argilite. Tels projets nécessitent une prédiction de déformations irréversibles dans le temps sur une grande échelle, afin d'évaluer la durabilité de l'accouchement. Même si les propriétés physiques de la plupart des matériaux impliqués (argilite et béton par exemple) sont maintenant raisonnablement connues, ils existent que quelques études sur le comportement des interfaces de contact entre ces matériaux. Ce sujet est d'une grande importance pour prédire une durée de vie provisoire des installations de stockage de déchets nucléaires.Au cours de cette thèse, le comportement mécanique de l'interface argilite / béton a été étudié. Le Callovo Oxfordian est considéré comme une barrière géologique idéale grâce à sa très faible perméabilité. Cependant, son comportement est gouverné par un couplage thermo-hydro-mécanique de haute complexité, qui est en cours d'investigation avec des expériences en laboratoire et textit{in-situ}. Avec la préparation des échantillons d'interface, une étude courte sur l'absorption d'eau liquide dans la non-confinée argilite, a été réalisée. Afin de caractériser le comportement à court terme de l'interface, plusieurs essais de cisaillement direct ont été effectués sous différentes conditions limites, en utilisant le dispositif expérimental BCR-3D situé dans 3SR.Pour l'étude du comportement mécanique à long terme de l'interface, la conception et développement d'un nouvel appareil expérimental. Une des parties les plus importantes de ce travail, comprend la conception et le développement de SInC Box - Shearing Interfaces Creep Box - un dispositif original pour l'étude des déformations différées des interfaces. Plusieurs essais de fluage ont été effectués sur des éprouvettes d'interface, permettant d'étudier le comportement différé de l'interface en cisaillement. Le comportement mécanique post-fluage de l'interface argilite / béton a également été exploité. Les résultats expérimentaux de la réponse différé ont également été analysés selon des modèles analytiques viscoélastiques et simulations numériques
The management of radioactive waste is an important environmental issue, in particular in the countries where nuclear power is generated. In Eastern France, The French National Radioactive Waste Management Agency (ANDRA) is investigating the behaviour of a deep geological repository in Callovo Oxfordian clay-rock (COx). The sealing of the underground repository tunnel, is partly ensured by a mechanical barrier made of concrete, directly in contact with the rock. Such projects require prediction of irreversible deformations over a large time scale, in order to assess the durability of the confinement. Even though the physical properties of most of the materials involved (rock and concrete for example) are now reasonably known, there have been only a few studies of the behaviour of the contact interfaces between these materials. This subject is of great importance for predicting a tentative life-time of nuclear waste storage facilities.During this PhD work the mechanical behaviour of the clay-rock/concrete interface has been investigated. The Callovo Oxfordian is considered as an ideal geological barrier because of its extremely low permeability. However, it is governed by a thermo-hydro-mechanical behaviour of high complexity, which is continuously under investigation with both laboratory and in-field experiments. The preparation of the interface samples involved a short study on the liquid water uptake in the unconfined clay-rock. In order to characterise the short-term behaviour of the interface, direct shear tests have been performed under different boundary conditions, using the BCR3D experimental device located in 3SR.The investigation of the long-term mechanical behaviour of the interface required the design of a new experimental apparatus. One of the most important parts of this study includes the conception and development of SInC Box -- Shearing Interfaces Creep Box -- an original device for the study of delayed deformations of interfaces. Different sets of creep tests have been performed on the interface samples allowing the investigation of the interface's delayed behaviour in shear. The post-creep mechanical behaviour of the clay-rock/concrete interface has also been exploited exhibiting great interest. The experimental results of the delayed response have been further analysed using analytical visco-elastic models and numerical simulations

Cette thèse fait partie du projet FLUXOBAT (ANR-PRECODD 2008), qui a pour objectif global de développer une méthodologie robuste et fiable d'estimation des transferts de Composés Organiques Volatils (COV) du milieu souterrain vers l'air intérieur et extérieur. Ce travail concerne l'étude à l'échelle du laboratoire des transferts d'un COV type, le trichloréthylène (TCE), au travers d'un sol modèle (sable) et surtout du béton, en conditions isothermes et pour des milieux secs. Les moyens utilisés sont la modélisation numérique et une série d'expériences en laboratoire. Une étude préliminaire reproduisant des expériences existant dans la littérature dans le sable uniquement, a tout d'abord permis de mettre en place les outils expérimentaux et numériques nécessaires à la modélisation du problème, avant la réalisation de l'étude sur le matériau béton, bien plus complexe. L'étude des transferts dans le béton a été divisée en plusieurs étapes. Dans un premier temps, les transferts dans la pâte de ciment, plus homogène, ont été caractérisés. En particulier, la valeur du coefficient de sorption du TCE dans ce matériau a été obtenue à l'aide du suivi expérimental de la réponse à un " pulse " de polluant. Puis, les paramètres caractéristiques (porosité, perméabilité, ouverture des fissures, coefficient de diffusion effectif) des échantillons tests de " béton complet " ont été mesurés. Un protocole de caractérisation complète des galettes de béton a été mis au point, associé à la création d'un dispositif permettant la mise en place d'expériences de transferts du TCE (composé dont l'étude est complexifiée par son caractère particulièrement agressif) et applicables à tout milieu poreux consolidé. La problématique de l'hétérogénéité du béton, due à la présence de granulats et de fissures, a été traitée afin de proposer des équations de transfert moyennées donnant une meilleure description des transferts. Les conditions d'un cas de pollution " réel " ont été reproduites à l'échelle du laboratoire, sur un modèle réduit, dans une colonne de sable surmontée d'une galette de béton et d'une cavité en dépression représentant un bâtiment, pour étudier les transferts de TCE et valider la caractérisation développée dans l'étude. Les expériences de transferts réalisées sont reproductibles, ont été interprétées numériquement (sous Comsol multiphysics®), et ont permis de confirmer la pertinence de la simulation des transferts à l'aide de la caractérisation développée dans cette étude. Ce travail a permis de mettre, en particulier, en évidence l'importance de la caractérisation fine du béton, dont les propriétés et l'hétérogénéité sont des facteurs très influents sur les transferts, qui ne peuvent pas être décrits correctement avec des modèles analytiques simplifiés. Les résultats comportent l'estimation des paramètres caractérisant les transferts de COV dans le béton, et une compréhension fine des transferts du TCE dans ce matériau.

Cette thèse fait partie du projet FLUXOBAT (ANR-PRECODD 2008), qui a pour objectif global de développer une méthodologie robuste et fiable d4estimation des transferts de Composés Organiques Volatils (COV) du milieu souterrain vers l4air intérieur et extérieur. Ce travail concerne l4étude à l4échelle du laboratoire des transferts d4un COV type, le trichloréthylène (TCE), au travers d4un sol modèle (sable) et surtout du béton, en conditions isothermes et pour des milieux secs. Les moyens utilisés sont la modélisation numérique et une série d4expériences en laboratoire. Une étude préliminaire reproduisant des expériences existant dans la littérature dans le sable uniquement, a tout d4abord permis de mettre en place les outils expérimentaux et numériques nécessaires à la modélisation du problème, avant la réalisation de l4étude sur le matériau béton, bien plus complexe. L4étude des transferts dans le béton a été divisée en plusieurs étapes. Dans un premier temps, les transferts dans la pâte de ciment, plus homogène, ont été caractérisés. En particulier, la valeur du coefficient de sorption du TCE dans ce matériau a été obtenue à l4aide du suivi expérimental de la réponse à un « pulse » de polluant. Puis, les paramètres caractéristiques (porosité, perméabilité, ouverture des fissures, coefficient de diffusion effectif) des échantillons tests de « béton complet » ont été mesurés. Un protocole de caractérisation complète des galettes de béton a été mis au point, associé à la création d4un dispositif permettant la mise en place d4expériences de transferts du TCE (composé dont l4étude est complexifiée par son caractère particulièrement agressif) et applicables à tout milieu poreux consolidé. La problématique de l4hétérogénéité du béton, due à la présence de granulats et de fissures, a été traitée afin de proposer des équations de transfert moyennées donnant une meilleure description des transferts. Les conditions d4un cas de pollution « réel » ont été reproduites à l4échelle du laboratoire, sur un modèle réduit, dans une colonne de sable surmontée d4une galette de béton et d4une cavité en dépression représentant un bâtiment, pour étudier les transferts de TCE et valider la caractérisation développée dans l4étude. Les expériences de transferts réalisées sont reproductibles, ont été interprétées numériquement (sous Comsol multiphysics®), et ont permis de confirmer la pertinence de la simulation des transferts à l4aide de la caractérisation développée dans cette étude. Ce travail a permis de mettre, en particulier, en évidence l4importance de la caractérisation fine du béton, dont les propriétés et l4hétérogénéité sont des facteurs très influents sur les transferts, qui ne peuvent pas être décrits correctement avec des modèles analytiques simplifiés. Les résultats comportent l4estimation des paramètres caractérisant les transferts de COV dans le béton, et une compréhension fine des transferts du TCE dans ce matériau
This thesis is part of the project FLUXOBAT (ANR-PRECODD 2008), which has the overall objective to develop, a robust and reliable methodology for estimating the transfer of Volatile Organic Compounds (VOC) from the soil to the indoor and outdoor air. This work concerns the study, at laboratory scale, of a typical VOC, the Trichlorethylene (TCE), transfer through a model soil (sand) and through the concrete material, under isothermal and dry conditions. Methods used include numerical modeling and a series of laboratory experiments. A preliminary study replicating experiences existing in the literature, with sand only, was first implemented to develop the tools necessary for experimental and numerical modeling of the problem, before the completion of the study with the concrete material, although more complex. The study of transfers in concrete has been divided into several stages. Initially, the transfers in the cement paste, more homogeneous, have been characterized. In particular, the value of the sorption coefficient of TCE in this material was obtained using the experimental response to a "pulse" of pollutant. Then the characteristic parameters (porosity, permeability, crack opening, effective diffusion coefficient) of "complete concrete" test samples were measured. A protocol for complete characterization of concrete slabs has been developed, associated with the creation of a device for the implementation of TCE transfer experiences (compound whose study is complicated by its very aggressive character) and applicable to any consolidated porous medium. The problem of heterogeneity of concrete, due to the presence of aggregates and cracks, has been treated to propose averaged transfer equations, giving a better description of the transfers. The conditions of a "real" pollution incident were reproduced in laboratory, modeled by a sand column topped by a concrete slab and a vacuum cavity representative of a building, in order to study the transfer of TCE and validate the characterization developed in the study. The transfer experiments are reproducible, were numerically interpreted (with COMSOL Multiphysics®), and have confirmed the relevance of the transfer simulation using the characterization developed in this study. This work has enabled, in particular, to highlight the importance of detailed characterization of the concrete, which properties and heterogeneity are exceedingly influential on transfers, and which cannot be described correctly with simplified analytical models. The results include the estimation of parameters characterizing the transfer of VOCs into the concrete, and a keen understanding of transfer of TCE in this material

Ces travaux de recherche s'inscrivent dans le cadre de l'étude de faisabilité du stockage des déchets radioactifs en couches géologiques profondes. L'option développée actuellement par l'Andra, inclut l'utilisation de plusieurs types de matériaux cimentaires en contact avec l'argilite du site du Callovo-Oxfordien (COX). L'argilite et les bétons sont caractérisés par des solutions porales multi ioniques très différentes en termes de concentrations et de pH. Contrôlée par les différences de concentrations, la diffusion des espèces aqueuses entre ces solides poreux induit des perturbations chimiques et physiques. Cette étude s'appuie sur un travail expérimental, analytique et numérique dans le but d'identifier les mécanismes contrôlant l'influence d'un environnement argileux sur les matériaux cimentaires. Deux pâtes de ciment durcies sont étudiées : une pâte CEM I, et une pâte « bas-pH » (ciment CEM I + fumée de silice + cendres volantes). Cette dernière est développée spécifiquement pour l'application stockage afin de limiter le panache alcalin vers l’argile. Deux montages expérimentaux sont créés : un premier où le matériau cimentaire est immergé dans une solution représentative de l'eau porale du COX, dans des conditions respectant la chimie du milieu argileux (pCO2 élevée, concentrations en carbonates, sulfates, pH neutre…). Les essais sont réalisés de 1 à 10 mois à 25°C. Le second dispositif permet le confinement des matériaux argileux en contact avec une pâte de ciment de 2 à 12 mois à 20 et 50°C. Les porosités des matériaux sont saturées. Les échanges de matière s'effectuent par diffusion en fonction des gradients de concentrations. Systématiquement, le matériau CEM I subit une décalcification, une carbonatation et une précipitation d'ettringite. Le matériau « bas-pH » est soumis à une décalcification, une dissolution de l'ettringite et à la formation de silicates de magnésium hydratés (M-S-H). Une pâte de ciment CEM I immergée dans la solution d'eau de site du COX développe une croûte de calcite recouvrant la totalité de la surface du matériau et limite la progression du front d'altération à une centaine de microns après 10 mois d'interaction (colmatage). Le même matériau en interface avec l'argilite remaniée du COX à température ambiante, présente une altération plus intense, jusqu'à près d'1 mm de profondeur après 1 an, provoquant une ouverture de porosité sur l'ensemble de l'épaisseur d'altération (pas de colmatage, faible carbonatation). Dans cette dernière configuration, à 20°C comme à 50°C, l'évolution du front d'altération est proportionnelle à la durée d'interaction. L'argilite subit une illitisation sous l'effet de la diffusion du KOH, mécanisme libérant du silicium et provoquant la précipitation de C-S-H de faible rapport CaO/SiO2 (0,8) à l’interface. Une pâte de ciment « bas-pH » immergée dans la solution d'eau de site du COX montre une altération intense, une déstructuration totale en surface liée à la décalcification totale de son C-S-H de départ de faible rapport CaO/SiO2 (≈ 0,8), se transformant en silice amorphe. La carbonatation (calcite) est diffuse et se localise entre la surface et la zone saine. Un important réseau de pores capillaires se forme. Le front d'altération évolue en racine carrée du temps (altération supérieure à 1,5 mm après 5 mois). Le même matériau en contact avec l'argilite (ou de la bentonite), montre une altération moins intense, avec la formation de M-S-H à l'interface. Le calcium libéré lors de la décalcification (C-S-H + ettringite) diffuse vers le matériau argileux pour se substituer au sodium dans l'interfoliaire des montmorillonites, aucune illitisation n'est identifiée. Les épaisseurs perturbées des deux côtés de l'interface n'excèdent pas quelques centaines de microns après 1 an. Les simulations numériques (HYTEC) de tous les essais, reproduisent l'ensemble les mécanismes observés expérimentalement et permettent d'identifier les échanges de matière dans l'ensemble des configurations. Ces simulations ont notamment permis de valider l'hypothèse expérimentale de diffusion de silicium de l'argilite vers la pâte de ciment CEM I en lien avec l'illitisation, source de précipitation de C-S-H à l'interface
These research works are carried out as part of the radioactive wastes geological disposal feasibility study. The current option developed by Andra, includes several cementitious materials in contact with the surrounding Callovo-Oxfordian (COX) (an argillite). Concretes and argillite present very different pore solutions (ionic concentrations and pH). Controlled by the concentrations differences, the aqueous species diffusion in the solids generates chemical and physical disturbances. This study is based on experimental, analytical and numerical works, in order to identify the mechanisms controlling the clayey environment influence on cementitious materials. Two hardened cement pastes (HCP) are studied: a CEM I HCP and a “low-pH” HCP (CEM I cement + silica fume + fly ashe). The latter is especially developed for the geological disposal application in order to reduce the alkaline plume towards the host-rock. Two experimental devices are created: first, the HCP is immerged in a COX pore solution. The conditions are in agreement with the clayey environment chemistry (high pCO2, carbonates and sulfates concentrations, neutral pH…). The tests are carried out at 25°C, over several months (up to 10). The second device allows the clayey rock containment in contact with a HCP at 20°C and 50°C, over several months (up to 12). The materials are saturated: only diffusion controls the soluble species exchanges. All the results obtained show that the CEM I HCP presents decalcification, carbonation and ettringite precipitation; where as the “low-pH” HCP undergoes decalcification, ettringite dissolution and silicate magnesium hydrates formation (M-S-H). When a CEM I HCP is immerged in the COX solution: a calcite crust formation is observed on the external surface, which slows down (clogging) the alteration front progression (100 µm after 10 months). When the same material is put in contact with the COX argillite, a much stronger degradation is observed (1 mm depth after 1 year), inducing porosity opening in the degraded zone layer (no clogging, low carbonation). In this last configuration, at 20°C as well as at 50°C, the alteration front evolution is proportional to the interaction duration. The argillite presents illitisation (due to KOH diffusion from the cement HCP). This mechanism releases silicon and induces C-S-H precipitation with a low CaO/SiO2 ratio (0. 8) at the interface. When the “low-pH” HCP is immerged in the COX solution, a total deconstruction linked to the C-S-H decalcification is observed (low CaO/SiO2 ratio ≈ 0. 8), leading to the formation of amorphous silica. Carbonation has occurred as well as decalcification (calcite precipitation), but its effect is not pronounced enough to lead to clogging (as observed for CEM I HCP). An important capillary pore network is formed. The alteration front evolves as a function of the square root of time (1. 5 mm after 5 months). When the same material is put in contact with the COX argillite (or bentonite), a lower alteration is observed, with the M-S-H formation at the interface. The liberated calcium during the decalcification (C-S-H + ettringite) diffuses towards the clayey material and is substituted to the sodium in the montmorillonite interlayer: no illitisation was identified. The altered zone thicknesses, from both sides from the interface, do not exceed a few hundred microns after 1 year. The reactive transport code (HYTEC) is used to describe the experiments detailed above. It allows reproducing all the mechanisms observed experimentally and then estimating the exchange of all soluble species. These simulations have mainly allowed to validate the experimental assumptions concerning the silicon diffusion from the argillite to the CEM I HCP linked to the illitisation, source of C-S-H precipitation at the interface

L'amélioration des sols est à l'origine une solution économique pour rendre un sol constructible, notamment par rapport aux méthodes de fondations profondes utilisant des pieux. L'amélioration de la compréhension du comportement du matériau provenant de soil-mixing ou jet-grouting connait un intérêt grandissant. Ces deux procédés consistent à mélanger le sol en place avec un liant hydraulique afin de former des colonnes ou des panneaux en "béton de sol". Les fondations spéciales ont connu ces dernières décennies un franc succès aux États-Unis, au Japon et dans les pays Scandinaves. En Europe les nouvelles priorités, pour la plupart liées à l'environnement, au coût de la construction et à la valorisation des matériaux encouragent les industriels à contribuer au développement technologique de la discipline. Certains procédés de mélange paraissent désormais suffisamment sophistiqués pour assurer la réalisation d'éléments structuraux tels que les fondations et les soutènements.Contrairement aux matériaux préfabriqués, à cause des incertitudes liées à l'hétérogénéité des sols, aux conditions environnementales et à la qualité du malaxage sur chantier, il reste toutefois difficile de prédire les propriétés du matériau obtenu. Un manque de règles et de recommandations semble également assez flagrant. Pour répondre au besoin de prédiction et de fiabilisation performantielle des bétons de sol l'objectif des travaux de thèse était donc d'étudier l'influence des paramètres de formulation sur les propriétés physiques et mécaniques du matériau. Les fortes quantités d'eau de gâchage nécessaires à l'obtention d'une consistance de BAP et la faible granulométrie des sols limitent les caractéristiques mécaniques de ces bétons. De par leur composition, les bétons de sol sont donc particulièrement sensibles au retrait de dessiccation et l'importante porosité de ces matériaux les aussi rend plus vulnérables aux agressions chimiques. L’objectif ultime des travaux de recherche était donc de déterminer des paramètres pour une meilleure visibilité de la durée de vie des ouvrages en béton de sol.L'approche béton suivie au laboratoire a consisté à étudier différents bétons de sol composés de sols "artificiels", d'un ciment CEM III/C, et avec un rapport E/C efficace constant. L'étude paramétrique met en évidence un pourcentage volumique d’argile dans le sol au-delà duquel la résistance diminue et la rigidité du matériau peut poser problème pour certaines utilisations structurelles. Les gains de résistance et de rigidité associés à l'augmentation du dosage en ciment sont également quantifiés. Les résultats montrent que l'endommagement par chargement mécanique dépend surtout du dosage en ciment. À partir des résultats expérimentaux, des relations mathématiques sont proposées pour la phase de dimensionnement. Divers essais de vieillissement accéléré permettent de définir des seuils pour les indicateurs de durabilité (porosité et la perméabilité à l'eau). L'analyse de la microstructure du matériau montre aussi l'importance de l'interface pâte-granulat et a permis d'identifier certains mécanismes de dégradation en lien avec les conditions d'exposition. Enfin, ce travail est complété par une étude du comportement à haute température
Soil improvement initially has been used as an economical solution to make soil constructible, particularly in the context of deep foundation methods using piles. There has been growing interest to improve understanding of the behavior of soil-mixing and jet-grouting material, which consist of mixing the soil in place with a hydraulic binder in order to form columns or panels of "soilcrete". In recent decades, these special foundations have had a great success in the United States, Japan and the Scandinavian countries. In Europe, the environmental consciousness and the ongoing trend to reuse existing material to reduce cost of construction are driving companies to contribute to the technological development of this discipline. Some mixing processes now seem to be sophisticated enough to provide structural elements such as foundations and supports.Unlike prefabricated materials, it is difficult to predict the properties of the material obtained through deep soil mixing due to uncertainties related to soil heterogeneity, environmental conditions and the quality of mixing on site. The objective of the thesis work is to address this need for prediction and performantial reliability of soilcrete by studying the influence of the formulation parameters on the physical and mechanical properties of the material. The high quantities of mixing water necessary to obtain a BAP consistency and the small particle size of the soil limit the mechanical properties of the soilscretes and as a consequence, are particularly sensitive to desiccation shrinkage. Besides, the high porosity of these materials also makes them more vulnerable to chemical aggressions. The ultimate objective of the research is to determine parameters for a better visibility of the lifetime of concrete structures in the soil.The approach tested in the laboratory consists of studying different soilcretes composed of "artificial" soils, CEM III / C cement and with a constant W/C ratio. The parametric study reveals a proportion by volume of clay in the soil beyond which the resistance decreases and thus the stiffness of the material can be problematic for some structural uses. The increase in resistance and the associated stiffness of the soilcrete by increasing the cement dosage is also quantified. The results show that the damage by mechanical load depends mostly on the cement dosage. From the experimental results, mathematical relations are proposed for the dimensioning phase. Various tests of accelerated aging help define thresholds for the indicators of durability (porosity and water permeability). The analysis of the microstructure of the material also shows the importance of the paste-aggregate interface and made it possible to identify some mechanisms of degradation in relation to the exposure conditions. To conclude, this work is finalised by a study of the behavior at high temperature

La conception des bâtiments selon le code sismique européen ne prend pas en compte les effets de l'interaction sol-structure (ISS). L'objectif de cette recherche est de proposer une technique de modélisation pour prendre en compte l’ISS et l'interaction structure-sol-structure (ISSS). L'approche de propagation unidirectionnelle d’une onde à trois composantes (1D-3C) est adoptée pour résoudre la réponse dynamique du sol. La technique de modélisation de propagation unidirectionnelle d'une onde à trois composantes est étendue pour des analyses d'ISS et ISSS. Un sol tridimensionnel (3D) est modélisé jusqu'à une profondeur fixée, où la réponse du sol est influencée par l’ISS et l’ISSS, et un modèle de sol 1-D est adopté pour les couches de sol plus profondes, jusqu'à l'interface sol-substrat. Le profil de sol en T est assemblé avec une ou plusieurs structures 3-D de type poteaux-poutres, à l’aide d’un modèle par éléments finis, pour prendre en compte, respectivement, l’ISS et l’ISSS dans la conception de bâtiments. La technique de modélisation 1DT-3C proposée est utilisée pour étudier les effets d’ISS et analyser l'influence d'un bâtiment proche (l'analyse d’ISSS), dans la réponse sismique des structures poteaux-poutres. Une analyse paramétrique de la réponse sismique des bâtiments en béton armé est développée et discutée pour identifier les paramètres clé du phénomène d’ISS, influençant la réponse structurelle, à introduire dans la conception de bâtiments résistants aux séismes. La variation de l'accélération maximale en haut du bâtiment avec le rapport de fréquence bâtiment / sol est tracée pour plusieurs bâtiments, chargés par un mouvement à bande étroite, excitant leur fréquence fondamentale. Dans le cas de sols et de structures à comportement linéaire, une tendance similaire est obtenue pour différents bâtiments. Cela suggère l'introduction d'un coefficient correcteur du spectre de réponse de dimensionnement pour prendre en compte l’ISS. L'analyse paramétrique est répétée en introduisant l'effet de la non-linéarité du sol et du béton armé. La réponse sismique d'un bâtiment en béton armé est estimée en tenant compte de l'effet d'un bâtiment voisin, pour un sol et des structures à comportement linéaire, dans les deux cas de charge sismique à bande étroite excitant la fréquence fondamentale du bâtiment cible et du bâtiment voisin. Cette approche permet une analyse efficace de l'interaction structure-sol-structure pour la pratique de l'ingénierie afin d'inspirer la conception d'outils pour la réduction du risque sismique et l'organisation urbaine
Building design according to European seismic code does not consider the effects of soil-structure interaction (SSI). The objective of this research is to propose a modeling technique for SSI and Structure-Soil-Structure Interaction (SSSI) analysis. The one-directional three-component (1D-3C) wave propagation approach is adopted to solve the dynamic soil response. The one-directional three-component wave propagation model is extended for SSI and SSSI analysis. A three-dimensional (3-D) soil is modeled until a fixed depth, where the soil response is influenced by SSI and SSSI, and a 1-D soil model is adopted for deeper soil layers until the soil-bedrock interface. The T-soil profile is assembled with one or more 3-D frame structures, in a finite element scheme, to consider, respectively, SSI and SSSI in building design. The proposed 1DT-3C modeling technique is used to investigate SSI effects and to analyze the influence of a nearby building (SSSI analysis), in the seismic response of frame structures. A parametric analysis of the seismic response of reinforced concrete (RC) buildings is developed and discussed to identify the key parameters of SSI phenomenon, influencing the structural response, to be introduced in earthquake resistant building design. The variation of peak acceleration at the building top with the building to soil frequency ratio is plotted for several buildings, loaded by a narrow-band motion exciting their fundamental frequency. In the case of linear behaving soil and structure, a similar trend is obtained for different buildings. This suggests the introduction of a corrective coefficient of the design response spectrum to take into account SSI. The parametric analysis is repeated introducing the effect of nonlinear behaving soil and RC. The seismic response of a RC building is estimated taking into account the effect of a nearby building, for linear behaving soil and structures, in both cases of narrow-band seismic loading exciting the fundamental frequency of the target and nearby building. This approach allows an easy analysis of structure-soil-structure interaction for engineering practice to inspire the design of seismic risk mitigation tools and urban organization

La modélisation des problèmes d'interactions sol-structure et fluide-structure couvre plusieurs domaines de recherche très actifs qui traitent une multitude d'aspects tels que la géométrie non bornée du sol et dans certains cas du fluide stocké, les effets dissipatifs visqueux et radiatifs, l'application du chargement sismique, le choix des variables de base, les propriétés algébriques des systèmes d'équations résultant du couplage,... etc. Dans le présent travail, différents modèles numériques de couplage sol-structure et fluide-structure ont été examinés. Les limites de troncature géométrique du sol et du fluide on été traitées avec des éléments infinis dont les performances ont été comparées à celles des conditions de radiations. Le problème de vibrations libres couplées des systèmes fluide-structure a été résolu en introduisant de nouvelles techniques de symétrisation efficaces. De plus, une nouvelle formulation symétrique en éléments de frontière a été proposée. Cette formulation permet de produire une matrice symétrique définie positive et aboutit ainsi à un système algébrique similaire à celui qui découle de la discrétisation en éléments finis. La matrice bâtie dite "raideur équivalente" peut facilement être assemblée ou couplée avec les matrices de la formulation en éléments finis. Toutes les applications qui ont servi soit à comparer des modèles soit à valider les programmes développés, ont été effectué es dans le cas des barrages poids en béton. Ce cas constitue un problème de couplage fluide-sol-structure typique

La durabilite des conteneurs de dechets radioactifs de faible activite, doit etre garantie pour 300 ans. Dans ce but des modeles previsionnels ont ete developpes: ils prennent en compte les degradations que peut subir le beton de conteneur sous l'effet d'une part des agents agressifs transportes par les eaux d'infiltration, et d'autre part d'alterations mecaniques. Un programme de recherche destine a prendre en compte les aspects mecaniques dans l'evaluation de la duree de vie des conteneurs s'est mis en place avec la commissariat a l'energie atomique. Dans une premiere etape nous avons developpe une methodologie et des outils destines a la caracterisation d'un etat de fissuration. Dans une deuxieme etape nous avons etudie la variation de certaines proprietes en fonction de l'etat de fissuration du beton. Ces grandeurs ont ete choisies car elles sont essentielles vis-a-vis du role de stockage des conteneurs, c'est-a-dire vis-a-vis des transferts dans le beton. Il s'agit de la permeabilite a l'air, et de la diffusion du tritium, du cesium 137, et des ions chlorures

Le géoradar, ou Ground Penetrating Radar (GPR) en anglais, est une méthode non destructive couramment utilisée pour l'auscultation des ouvrages en béton. L'intérêt de cette méthode réside sur sa capacité à ausculter rapidement des très grandes surfaces, elle est de plus en plus employée en Génie Civil. Habituellement, cette méthode est utilisée en Génie Civil pour la localisation les aciers de renforcements, ou bien pour l'estimation de l'épaisseur d'enrobage du béton. Toutefois, la méthode GPR peut aussi être utilisée pour l'auscultation du béton. En effet, le béton est un matériau diélectrique poreux qui peut modifier la propagation des ondes électromagnétiques (EM). Les résultats les plus récents présentent la capacité du GPR à évaluer la teneur en eau. Cependant, le GPR pourrait très bien aussi être utilisé pour la détection des ions chlorure présents dans la solution interstitielle du béton, car comme les chlorures modifient la conductivité du béton ils sont susceptibles d'atténuer les ondes électromagnétiques. Néanmoins, seulement quelques études ont été menées dans ce domaine. Par conséquent, dans cette étude, nous proposons d'utiliser les ondes EM du géoradar pour estimer conjointement la teneur en eau et la teneur en chlorure du béton pour différents corps d'épreuves. Pour cela, plusieurs séries de corps d'épreuves sont utilisées avec des modes de contaminations par les chlorures différents. Une procédure de mesure de la vitesse à partir de l'analyse des signaux réfléchis est proposée. On démontre que la vitesse des ondes EM est essentiellement affectée par la teneur en eau alors que l'atténuation est sensible à la fois à la teneur en eau et à la teneur en chlorures. Ensuite, dans un second temps, nous testons différents modèles de permittivité pour prédire les mesures de constante diélectrique et du facteur de pertes évalués à partir des mesures par GPR ou de résistivité électrique
Ground Penetrating Radar (GPR) is an usual nondestructive testing method for the assessment of concrete structures. The benefit of this method lies within its ability to assess quickly a large scale of concrete surface. Generally, GPR is used for the localization of reinforcements or for the thickness measurements. However, GPR can be also used for the diagnosis of concrete because concrete is a porous dielectric material which can modify the propagation of the electromagnetic (EM) waves. Most common results present the ability of GPR to assess moisture. But, GPR could be also used to detect the presence of chlorides into the interstitial concrete solution as chlorides can modify the concrete conductivity and altered the electromagnetic signal waves. However, only few studies have been carry-out on that field. Therefore, in this study, we propose to use GPR electromagnetic waves to evaluate both the water content and the chloride content inside the interstitial concrete solution of several tests concrete samples. So, several groups of concrete samples with the same formulation will be conditioned for different chloride contamination modes. Thereafter, a velocity measurement process will be proposed from the reflected signal wave analysis. In that process, we will show that the velocity is only affected by the water content while the attenuation strongly affected by both the water content and the chloride content. Furthermore, we will test several permittivity models to predict the dielectric permittivity and the loss factor estimated from the concrete samples measurements with the GPR device and the electrical resistivity device

Abstract : Fragility curves are a very useful tool for seismic risk assessment of bridges. A fragility curve describes the probability of a structure being damaged beyond a specific damage state for different levels of ground shaking. Since more than half of all bridges in the province of Quebec (Canada) are in service for more than 30 years and that these bridges were designed at that time without seismic provisions, generating fragility curves for these structures is more than necessary. These curves can be used to estimate damage and economic loss due to an earthquake and prioritize repairs or seismic rehabilitations of bridges. Previous studies have shown that seismic damage experienced by bridges is not only a function of the epicentral distance and the severity of an earthquake but also of the structural characteristics of the bridge and the soil type on which it is built. Current methods for generating fragility curves for bridges do not account for soil conditions. In this work, analytical fragility curves are generated for multi-span continuous concrete girder bridges, which account for 21% of all bridges in Quebec, for the different soil profile types specified in the Canadian highway bridge design code (CAN/CSA-S6-06). These curves take into account the different types of abutment and foundation specific to these bridges. The fragility curves are obtained from time-history nonlinear analyses using 120 synthetic accelerograms generated for eastern Canadian regions, and from a Monte Carlo simulation to combine the fragility curves of the different structural components of a bridge||Résumé : Les courbes de fragilité sont un outil très utile pour l’évaluation du risque sismique des ponts. Une courbe de fragilité représente la probabilité qu'une structure soit endommagée au-delà d'un état d'endommagement donné pour différents niveaux de tremblement de terre. Étant donné que plus de la moitié des ponts dans la province de Québec (Canada) ont plus de 30 années de service et que ces ponts n'ont pas été conçus à l'époque à l'aide de normes sismiques, la génération de courbes de fragilité pour ces structures est plus que nécessaire. Ces courbes peuvent servir à estimer les dommages et les pertes économiques causés par un tremblement de terre et à prioriser les réparations ou les réhabilitations sismiques des ponts. Des études antérieures ont montré que l'endommagement subi par les ponts suite à un tremblement de terre n'est pas seulement fonction de la distance de l'épicentre et de la sévérité du tremblement de terre, mais aussi des caractéristiques structurales du pont et du type de sol sur lequel il est construit. Les méthodes actuelles pour générer les courbes de fragilité des ponts ne tiennent pas compte des conditions du sol. Dans ce travail de recherche, des courbes de fragilité analytiques sont générées pour les ponts à portées multiples à poutres continues en béton armé, soit pour 21% des ponts au Québec, pour les différents types de sol spécifiés dans le Code canadien sur le calcul des ponts routiers (CAN/CSA-S6-06). Ces courbes prennent en compte les différents types de culée et de fondation spécifiques à ces ponts. Les courbes de fragilité sont obtenues à partir d'analyses temporelles non linéaires réalisées à l'aide de 120 accélérogrammes synthétiques généres pour l’est du Canada, et d'une simulation de Monte Carlo pour combiner les courbes de fragilité des différentes composantes du pont.

L'évaluation non destructive des ouvrages en béton vise un objectif majeur : obtenir des informations de nature à contribuer au diagnostic de l'état de l'ouvrage ou à alimenter des modèles de prédiction de durée de vie et/ou de requalification. Parmi les informations intéressantes à évaluer in situ, les teneurs en eau et en chlorures des bétons sont des indicateurs pathologiques pertinents, notamment vis-à-vis du risque de corrosion. La quantification de ces grandeurs physiques in situ et l'évaluation de leurs variations spatiales au sein des structures présentent donc un intérêt évident. L'objectif de ce travail de recherche s'inscrit dans ce contexte. Il porte sur l'application de la technologie radar à l'évaluation quantitative des teneurs en eau et en chlorures des bétons. Le problème a été abordé selon une approche statistique, basée sur le concept des réseaux de neurones artificiels. Une banque de données expérimentales, associant caractéristiques physiques de bétons et signatures radar, a été constituée en laboratoire. Cette banque de données a permis de développer un modèle neuromimétique d'inversion de la mesure radar capable de prédire, avec une précision acceptable, les teneurs en eau et en chlorures des bétons
The main objective of the non-destructive evaluation is to obtain information permitting the diagnosis of concrete structures or to quantify input data of durability prediction and/or recalculation models. Among the interesting information to be evaluated on site, water and chlorides content of concrete are a relevant pathological features. The on site quantification of these physical factors and the evaluation of theirs spatial variation are very important. The goal of this research work is related to the application of radar technology for the physical characterization of concrete, especially on the quantitative evaluation of water and chlorides content. The problem has been resolved using statistical approach based on artificial neural network model. Experimental data base was then implemented, which related physical characteristics of concrete and radar parameters. This data base has been leaded to develop neural network model of radar measurement able to predict, with satisfactory error, water and chlorides content of concrete made in laboratory

L’interface sol-structure est un aspect important des intéractions entre le sol et la structure car elle permet d’assurer en grande partie la stabilité de la structure concernée. Le comportement mécanique de l’interface joue un rôle significatif dans le dimensionnement des structures de génie civil et dans la prédiction de leur comportement dans le temps. L’interface entre le sol et la structure est une fine couche de sol en contact avec la structure, dans laquelle des contraintes et des déformations se développent. A notre connaissance, les travaux précédents de la littérature qui caractérisent le comportement mécanique de cette interface concernent principalement des sols types tels que sable et argile ou des matériaux naturels, en contact avec des matériaux structurels tels que le béton, le bois ou l’acier. Cependant, les sols naturels sont très complexes, en partie dû aux hétérogénéités qu’ils contiennent et à leur histoire géologique, et la réponse mécanique des sols type ne permet pas toujours de représenter celles des sols naturels, ni celle de sols intermédiaires. Le comportement mécanique de sols intermédiaires entre sable et argile a été largement étudié, cependant celui de l’interface entre ces sols et un matériau structurel n’est que peu représenté, alors que la réponse de l’interface soumise à un chargement mécanique est bien différente de celui du sol seul. De plus, à l’échelle de l’ingénieur, il y a clairement un manque d’informations sur le comportement de cette interface le long d’une fondation chargée dans ces sols intermédiaires, numériquement et expérimentalement, ceci étant en partie lié aux difficultés d’instrumentations in-situ le long des foundations. L’objectif de cette thèse est de caractériser le comportement mécanique de l’interface entre le sol et la structure pour des sols intermédiaires entre le sable et l’argile. Des mélanges artificiels de sable de silice et d’argile riche en kaolinite ont été choisis pour représenter les sols intermédiaires. La thèse est d’abord composée d’une campagne expérimentale d’essais de cisaillement direct d’interface en laboratoire, afin d’identifier le rôle de la fraction massique d’argile sur le comportement mécanique d’une interface sol-béton. Une attention particulière a été apportée sur le montage expérimental et sur la préparation optimisée des échantillons de sol. Les résultats ont ensuite été utilisés dans une campagne de modélisation à l’échelle de l’ingénieur, visant à réprésenter le comportement mécanique de l’interface autour d’un pieu chargé latéralement. Une nouvelle routine MATLAB en éléments finis a été implémentée pour modéliser le comportement de cette interface par des courbes p y. La caractérisation du comportement mécanique de l’interface sol structure pour des sols à fraction massique d’argile variable a permis de mieux mettre en lumière le rôle de la microstructure de l’interface, sur la stabilité des structures de génie civil
In geotechnical engineering, the soil-structure interface is an important aspect to take into account in soil structure interactions because it relates to the stability of the supported structure. In particular, the mechanical behaviour of the interface plays a key role in the design of civil engineering structures and their analysis over time. The interface is a thin zone of soil in contact with the structure where major stresses and strains develop in. To our knowledge, previous works on the characterization of the mechanical behaviour of the soil-structure interface mainly include typical soils (sand or clay) or natural soils, in contact with variable structural materials (concrete, steel, wood). However, natural soils are very complex, partly due to geological heterogeneities, and the mechanical response of typical soils do not always represent accurately intermediate soils between sand and clay. Previous studies on the mechanical behavior of those soils are significantly represented in the literature, especially in experimental research, however it is rather poorly documented on the interface between these soils and structural materials, whereas their response to mechanical loadings is different. Moreover, at the engineering scale, there is still a lack of understanding on how this interface behave along loaded pile within soils between sand and clay, numerically, and experimentally due to instrumentation restrictions along the pile. The objective of this thesis is to characterize the mechanical behaviour of the soil-structure interface for intermediate soils between sand and clay, both by experiments at the laboratory scale and by models at the engineering scale. Artificial mixtures of silica sand and kaolinite-rich clay are chosen to represent intermediate soils in this study. For this propose, the research is organized in a first and main experimental campaign that aims to investigate the effect of the clay content, from 0% (sand) to 100% (clay) on the mechanical behavior of a soil-concrete interface by a new interface direct shear device in the laboratory. A particular attention is given to the design of the setup, and to the investigation of four sample preparations to insure an optimize sample homogeneity. A second and numerical campaign is performed to input the results from the experimental campaign, to model the mechanical response of the interface between sand-clay soils and a lateral concrete loaded pile at the engineering scale. A new subroutine of a MATLAB finite element code is implemented to perform the numerical modelling of the interface’s response via the p-y curves. The characterization of the mechanical behaviour of the soil-structure interface at different clay and sand fractions allows to enlighten the role of soil microstructure at the soil-structure interface on the stability of civil engineering structures

Les opérations d'excavation produisent plusieurs tonnes de sols généralement contaminés par la présence de polluants. Les sols excavés sont considérés comme des déchets et sont soit envoyés en décharge, soit destinés à être réutilisés en fonction du niveau de pollution. Dans tous les cas, les sols doivent être correctement traités afin de : (i) diminuer le relargage de polluants dans l'environnement, et (ii) minimiser les problèmes entrainés dans les projets de génie civil liés aux réactions entre les phases cimentaires et les polluants. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur les sulfates et le molybdène (Mo). Concernant les sulfates, nous avons considéré deux problématiques principales : (i) l'attaque sulfatique externe des structures en béton qui sont en contact direct avec des sols sulfatés (ex : barrages, fondations), et (ii) le relargage de sulfates en solution, en plus du gonflement et de la perte de résistance mécanique dans des sols sulfatés destinés à la valorisation (ex : réutilisation dans la construction de routes). Dans le cas du Mo, il peut se retrouver en solution, entraînant alors des risques importants pour l'environnement. Par conséquent, dans cette thèse, nous avons étudié la réaction du béton au contact des sulfates et la stabilisation des sulfates dans les sols en utilisant des liants alternatifs afin de réduire leur pollution et envisager leur réutilisation. De plus, nous nous sommes intéressés à l'interaction du Mo avec des liants alternatifs et leur capacité à stabiliser le Mo. Dans un premier temps, nous avons étudié la capacité de sept bétons différents à résister à l'attaque sulfatique externe dans des conditions expérimentales similaires. Le ciment Portland ordinaire a présenté des expansions élevées (>0,1%) en raison de la formation d'ettringite en excès provoquée par la réaction entre les aluminates et les sulfates. Pour le ciment Portland sans C_3A, des expansions plus faibles ont été mesurées, mais l'apparition de fissures à plus long terme a été attribuée à la formation de gypse. Par ailleurs, les liants alternatifs ont présenté de faibles expansions, de l'ordre de 0,01 à 0,03%, expliquées par l'absence de C_3A et de portlandite, en plus de la formation d'ettringite lors de l'hydratation (cas des liants ettringitiques) et de l'absence de calcium (cas du géopolymère à base de métakaolin). Dans un deuxième temps, nous avons comparé la capacité de quatre liants à stabiliser les sulfates dans des sols sulfatés. Les liants ayant une teneur élevée en C_3A ont entrainé des expansions élevées (>5%) à cause de la formation d'ettringite en excès. Ces liants ont également rélargué des métaux lourds en solution du fait de leur teneur élevée en clinker. En revanche, les liants contenant du laitier ont conduit à de faibles expansions (<2%), la rétention des sulfates a été d'environ 89%, et avec un relargage limité de métaux lourds.[...]
Excavation operations produce several tons of soil generally contaminated by the presence of pollutants. Excavated soil is considered as waste and it can be either sent to landfill or destined for reuse depending on the level of pollution. In any case, soil should be properly treated in order to: (i) decrease the release of pollutants into the environment, and (ii) minimize the problems involved in civil engineering applications due to the reactions between cementitious phases and pollutants. In the context of this thesis, we focused on sulfates and molybdenum (Mo). Concerning sulfates, we considered two main issues: (i) external sulfate attack of concrete structures, which are in direct contact with sulfate-rich soil (e.g. dams, foundations), and (ii) the release of sulfates into solution in addition to the swelling and mechanical strength loss in sulfate-rich soil intended for valorization (e.g. reuse in road construction). In the case of Mo, its release into solution is also a serious concern as it can lead to significant risks for the environment. Therefore, in this thesis, we investigated the reaction of concrete in contact with sulfates, and the stabilization of sulfates by using alternative binders for pollution reduction and for reuse of soil. Additionally, we studied the interaction of Mo with alternative binders and their capacity to stabilize Mo. First, we studied the capacity of seven different concretes to resist external sulfate attack under similar experimental conditions. It was found that ordinary Portland cement had high expansions (>0.1%) due to the formation of ettringite in excess caused by the reaction between aluminates and sulfates. Portland cement without C_3A presented lower expansions but gypsum was found to be responsible of cracking at later ages. Meanwhile, alternative binders had low expansions in the range of 0.01-0.03% explained by the absence of C3A and portlandite, in addition to the formation of ettringite during hydration (case of ettringite binders) and the absence of calcium (case of the geopolymer-based metakaolin). Second, we compared the capacity of four different binders to stabilize sulfates in a sulfate-spiked soil. Binders having high C_3A content led to high volume expansions (>5%) caused by the formation of ettringite in excess. These binders also released heavy metals into solution due to their high clinker content. In contrast, binders containing ground granulated blast furnace slag (GGBS) led to low expansions (<2%), sulfate retention was about 89% and lower heavy metals contents were detected in solution. Sulfate solubility was controlled by ettringite, which did not lead to expansion probably due to the low kinetics of precipitation in addition to the absence of portlandite, which is often related to expansive ettringite.[...]

L'efficacité de pieux géothermiques (e.g. énergétiques) a été examinée et validée par de nombreuses études à partir de points de vue environnemental et énergétique jusqu'à présent. Néanmoins, la technologie des pieux géothermiques est encore peu connue et rarement appliquée dans la construction, notamment en France comparée à d'autres pays européens. La raison principale du manque d'attention peut être la connaissance limitée sur les impacts du chargement thermomécanique sur le comportement du pieu et celui du sol environnant. Cette thèse vise à étudier les aspects géotechniques des pieux géothermiques grâce aux modélisations physiques et numériques. Un modèle physique est développé afin de mieux connaitre l'interaction sol/pieu sous chargement thermomécanique. Le modèle est composé d'un pieu énergétique équipé des tubes d'échangeur de chaleur, installé dans un sol compacté. Le pieu a d'abord été installé dans un sable sec, puis dans une argile saturée ; il a ensuite été chargé mécaniquement et soumis à des cycles thermiques. L'effet de la charge mécanique, du nombre de cycles thermiques et du type de sol a été étudié. Les résultats montrent la génération de tassements irréversibles au cours des cycles thermiques, dont la quantité augmente avec l'augmentation de la charge en têtes du pieu. La pression totale dans le sol à proximité de la surface du pieu ne change pas par refroidissement et chauffage, tandis que la pression totale au-dessous du pieu augmente progressivement à mesure que les cycles thermiques poursuivent. Les expériences montrent aussi l'évolution des profils de la force axiale avec la température ; la force axiale dans le pieu augmente pendant le refroidissement et diminue pendant l'échauffement. Les comportements au cisaillement du sol (mêmes sols que ceux utilisés dans la première partie) ainsi que de l'interface sol/béton ont été évalués à différentes températures. Pour ce faire, un appareil de cisaillement conventionnel a été équipé d'un système de contrôle de température. Le sol (et l'interface sol/béton) a été soumis à une gamme de contraintes relativement faibles. La consolidation thermique a été effectuée selon un protocole particulier. Il a été observé que l'angle de frottement et la cohésion de matériaux utilisés ne changent pas sensiblement avec température. L'étude numérique a débuté par la simulation d'essais existants dans la littérature sur des pieux énergétiques en appliquant une méthode simplifiée via un code de calcul basé sur la méthode des éléments finis et assez répandu dans la profession. Le changement de la température est simulé en imposant au pieu des déformations volumétriques calculées à partir du coefficient de dilatation thermique du matériau. La méthode prédit correctement le comportement de certains pieux énergétiques à grande échelle en termes de contrainte axiale et de déplacement en tête du pieu. Les résultats mettent en évidence le rôle important joué par le changement de volume du pieu induit par les variations thermiques sur son comportement mécanique. Dans un second temps, un autre code de calcul offrant la possibilité d'inclure les effets thermique a été utilisé pour la modélisation des essais effectués auparavant sur le modèle physique. Ainsi, en comparant aux modélisations numériques précédemment expliquées, le changement de volume du sol induit par les variations de température est également pris en compte. Les résultats numériques et expérimentaux sont ainsi comparés. On en déduit que le modèle numérique est capable de prédire le comportement des pieux sous chargement purement mécanique. En outre, en simulant des essais thermomécaniques, une bonne estimation du transfert thermique dans le sol est obtenue. En ce qui concerne le comportement mécanique du pieu au cours de cycles thermiques, le modèle numérique prédit bien le tassement progressif du pieu. Cependant, en termes de répartition de la force axiale, on obtient des résultats contradictoires
Energy pile efficiency has been tested and validated by numerous studies from environmental and energy-related points of view until now. Nevertheless, energy pile technology is still more or less unknown and rarely applied in construction, especially in France compared to other European countries. The chief reason for this lack of attention might be the limited knowledge of the impact of the coupled thermo-mechanical loading on the behaviour of the pile and that of the surrounding soil. This thesis aims to study the geotechnical aspects of energy piles through physical modelling and some numerical investigations. A physical model is developed in order to better identify the soil/pile interaction under thermo-mechanical loading. The model is made up of a small pile equiped with a heat exchanger loop embedded in compacted soil. The pile was once installed in dry sand and then in saturated clay; it was then loaded mechanically and was subjected to thermal cycles. The effect of mechanical load value, number of thermal cycles and soil type is studied. The results show the appearance of irreversible settlements during thermal cycles, whose quantity increases as the pile head load increases. Total pressure in the soil close to the pile surface does not change by cooling and heating, while total pressure below the pile increases gradually as thermal cycles proceed. This is in accordance with the permanent downward movement of the pile within thermal cycles. Experiments also show the evolution of axial force profiles with temperature, axial force in the pile increases by cooling and decreases by heating. In another part of the experimental work, we focused on the soil/pile interface. The shear behaviour of the soil (the same as the soils used above) and that of the soil/concrete interface was evaluated at different temperatures. To do this, a conventional shear apparatus was equipped with a temperature control system. Soil (and soil/concrete interface) was subjected to a rather low range of stress. Thermal consolidation was performed according to a special protocol. It was observed that the soil friction angle and cohesion do not change considerably relative to temperature. The numerical study was initiated by simulating existing tests in the literature on energy piles through a finite element code well-known to engineers, applying a simplified method. The thermal load was simulated by imposing volumetric strains calculated from the coefficient of thermal expansion of the material on the pile. The method successfully simulates the behaviour of some full-scale energy piles in terms of axial strain and pile head displacement. The results highlight the important role played by the pile thermal volume change on the mechanical behaviour of the energy pile under various thermo-mechanical loadings. In the second stage, another numerical code with the possibility of including temperature effects was used for modelling the tests formerly performed on the physical model. Thus, compared to the first numerical attempts, the soil thermal volume change is also taken into account. The numerical results were compared with the experimental ones obtained from physical modelling. It was deduced that the numerical model could simulate correctly the pile behaviour under purely mechanical loading. Also, simulating thermo-mechanical tests, a good estimation of heat conduction in the soil was achieved numerically. Regarding the mechanical behaviour of the pile under thermal cycles, the numerical model adequately predicts the gradual ratcheting of the pile as observed in the experiments. However in terms of axial force distribution in the pile, the results from numerical modelling are different from the physical one

Deux expériences ont été menées sur la plate-forme expérimentale "SCERES" afin d'évaluer les concentrations et les flux de vapeurs de TCE dans SCERES en présence de deux dalles de béton fissurées installées, l'une après l'autre, à la surface de SCERES. Cet aquifère poreux est un milieu hétérogène de grande échelle (25 x 12 x 3 m3). Les résultats ont montré que le panache de vapeur de TCE couvre la plupart du bassin au bout de 3 semaines depuis la création de la zone source de TCE dans le sous sol. L'hétérogénéité du site SCERES a engendrée une distribution verticale non uniforme de la concentration de vapeurs de TCE. La simulation du panache de vapeur dans SCERES a été effectuée au moyen du code de calcul multiphasique "SIMUSCOPP". La présence sur SCERES de la dalle de béton, un milieu peu perméable et peu diffusif, a constitué une "barrière" en vue du transfert de vapeurs de TCE vers l'interface dalle/atmosphère. Afin de mieux quantifier le flux de vapeurs à travers la dalle de béton, une étude de coefficient de diffusion et de perméabilité des deux dalles a été réalisée. Un mouvement vertical ascendant du toit de la nappe a généré un fort gradient de pression motrice de l'air du sol. Ceci a engendré une forte augmentation des flux de vapeurs à l'interface sol/atmosphère. La quantification de ces flux de vapeurs a été effectuée à l'aide d'une solution semi analytique basée sur la loi de Fick et la loi de Darcy en tenant compte à la fois de l'effet de gradient de pression motrice et l'effet de densité de vapeurs sur le transfert de vapeurs vers la surface du sol. L'intrusion de vapeurs de TCE dans le bâtiment modèle, installé sur la dalle de béton, a été générée par une mise en dépression dans ce dernier. Ce qui a fait augmenter la concentration de vapeurs de TCE sous la dalle ainsi dans le bâtiment. La simulation de l'intrusion de vapeurs dans l'air intérieur de bâtiment a été réalisée par l'intermédiaire du code de calcul multiphysics "COMSOL", avec lequel nous avons démontré l'évolution de la concentration de vapeurs obtenues expérimentalement dans le bâtiment et qui dépend directement de la variation spatio-temporelle du flux massique à travers la dalle.

Deux expériences ont été menées sur la plate-forme expérimentale "SCERES" afin d'évaluer les concentrations et les flux de vapeurs de TCE dans SCERES en présence de deux dalles de béton fissurées installées, l'une après l'autre, à la surface de SCERES. Cet aquifère poreux est un milieu hétérogène de grande échelle (25 x 12 x 3 m3). Les résultats ont montré que le panache de vapeur de TCE couvre la plupart du bassin au bout de 3 semaines depuis la création de la zone source de TCE dans le sous sol. L'hétérogénéité du site SCERES a engendrée une distribution verticale non uniforme de la concentration de vapeurs de TCE. La simulation du panache de vapeur dans SCERES a été effectuée au moyen du code de calcul multiphasique "SIMUSCOPP". La présence sur SCERES de la dalle de béton, un milieu peu perméable et peu diffusif, a constitué une "barrière" en vue du transfert de vapeurs de TCE vers l'interface dalle/atmosphère. Afin de mieux quantifier le flux de vapeurs à travers la dalle de béton, une étude de coefficient de diffusion et de perméabilité des deux dalles a été réalisée. Un mouvement vertical ascendant du toit de la nappe a généré un fort gradient de pression motrice de l'air du sol. Ceci a engendré une forte augmentation des flux de vapeurs à l'interface sol/atmosphère. La quantification de ces flux de vapeurs a été effectuée à l'aide d'une solution semi analytique basée sur la loi de Fick et la loi de Darcy en tenant compte à la fois de l'effet de gradient de pression motrice et l'effet de densité de vapeurs sur le transfert de vapeurs vers la surface du sol. L'intrusion de vapeurs de TCE dans le bâtiment modèle, installé sur la dalle de béton, a été générée par une mise en dépression dans ce dernier. Ce qui a fait augmenter la concentration de vapeurs de TCE sous la dalle ainsi dans le bâtiment. La simulation de l'intrusion de vapeurs dans l'air intérieur de bâtiment a été réalisée par l'intermédiaire du code de calcul multiphysics "COMSOL", avec lequel nous avons démontré l'évolution de la concentration de vapeurs obtenues expérimentalement dans le bâtiment et qui dépend directement de la variation spatio-temporelle du flux massique à travers la dalle
Two experiments were conducted on the experimental platform "SCERES" to assess the TCE vapour concentrations and fluxes in SCERES with two concrete slabs installed, one after the other, on the ground surface. This artificial aquifer is a large scale (25 x 12 x 3 m3) heterogeneous porous medium. The results showed that the TCE vapour plume covers most of the basin 3 weeks after the creation of the TCE source area in unsaturated zone. The heterogeneity of SCERES has generated a non uniform vertical distribution of the TCE vapour concentration. Simulation of vapour plume in SCERES was carried out by the multiphase code "SIMUSCOPP".The presence in SCERES of a low permeability and low diffusive medium compared to the sand in the basin,as a concrete slab, constituted a "barrier" for the transfer of TCE vapour to the interface concrete slab / atmosphere. To better quantify the TOE fluxes through the concrete slab, a study of diffusion coefficient and permeability of both concrete slabs was done. An upward vertical movement of the water table has generated a strong soil air pressure driving gradient, which led to a strong increase in the TCE vapour concentrations near the surface which has increased the vapour fluxes at the interface soil / atmosphere. Quantification of vapour fluxes at the interfaces soil / atmosphere and concrete slab / atmosphere was performed using a semi analytical approach based onFick's and Darcy's laws by taking into account both the effect of the driving pressure gradient and the effect of density vapour on the vapour transfer towards the soil surface.The intrusion of TCE vapours into the model building installed on the concrete slab was generated by creating a vacuum. The results showed that, during the TCE vapour suction from the model building, the concentration of TCE vapours under the concrete slab and in the building increases. Simulation of vapour intrusion into indoor air was done by the computational Multiphysics code "COMSOL", allowing simulation of the evolution of the vapour concentration obtained experimentally in the building. Il was shown that they depend directly on the spatial-temporal variation of the mass flux through the slab

Dans le contexte du stockage géologique des déchets radioactifs, ce travail contribue à la caractérisation de l’effet de l’endommagement diffus sur les propriétés de rétention d’eau et transfert de gaz (perméabilité et percée de gaz). Les matériaux considérés sont les bétons CEM I et CEM V sélectionnés par l’Andra, l’argilite du Callovo-Oxfordien (roche hôte) et les interfaces argilite/béton. Cette étude a fourni des informations sur la microstructure des bétons à partir de leurs propriétés de rétention d’eau mais également à partir de la porosimétrie au mercure. Chaque béton a une microstructure bien distincte, caractérisée par une proportion non négligeable de pores capillaires pour le CEM I et une grande proportion de pores des hydrates pour le CEM V. Plusieurs protocoles d’endommagement ont été développés. L’endommagement contribue à réduire la capacité de rétention d’eau du béton CEM I et à augmenter leur perméabilité au gaz. En revanche, tous les échantillons endommagés présentent une pression de percée au gaz significativement plus faible que celles des matériaux sains, et ceci quel que soit le type de béton. Pour l’argilite, on observe une prise d’eau progressive à HR=100%, qui engendre un endommagement du matériau. Ce dernier réduit sa capacité de rétention d’eau. Par ailleurs, ses propriétés de rétention d’eau et de transport de gaz dépendent fortement de son état hydrique initial ainsi que de son endommagement. Enfin, on observe un phénomène de colmatage au niveau des interfaces, d’abord mécanique, puis hydraulique (et surement chimique) suite à l’injection d’eau. Ceci a pour conséquence de réduire la pression de percée des échantillons d’interface
In the context of geological disposal of radioactive waste, this work contributes to the characterization of the effect of diffuse damage on the water retention and gas transfer properties of concrete (CEM I and CEM V) selected by Andra, Callovo-Oxfordian argillite (host rock) and argillite / concrete interfaces. This study provides information on the concrete microstructure from Mercury porosimetry intrusion and water retention curves: each concrete has a distinct microstructure, CEM I concrete is characterized by a significant proportion of capillary pores while CEM V concrete has a large proportion of C-S-H pores. Several protocols have been developed in order to damage concrete. The damage reduces water retention capacity of CEM I concrete and increases its gas permeability. Indeed, gas breakthrough pressure decreases significantly for damaged concrete, and this regardless of the type of concrete. For argillite, the sample mass increases gradually at RH = 100%, which creates and increases damage in the material. This reduces its ability to retain water. Otherwise, water retention and gas transport properties of argillite are highly dependent of its initial water saturation, which is linked to its damage. Finally, we observed a clogging phenomenon at the argillite/concrete interfaces, which is first mechanical and then hydraulic (and probably chemical) after water injection. This reduces the gas breakthrough pressure interfaces

Le réchauffement climatique et le coût élevé des matériaux de construction conventionnels (ciment, chaux, acier) nous obligent à recourir aux matériaux locaux, disponibles et sans effet négatif sur l’atmosphère. Il s’agit de blocs de terre comprimée (BTC) stabilisés par de la gomme arabique et renforcés avec de la paille de riz. L’objectif principal de ce travail est la valorisation des matériaux locaux et écologiques pour la construction des habitations durables. L’étude concerne la caractérisation mécanique, thermique et la durabilité des éprouvettes fabriquées avec de l’argile, du sable, de la gomme arabique, de la paille de riz et de l’eau en des différentes proportions. A cet effet, les pourcentages massiques de gomme arabique sont de 5%, 10% et 15%. Ceux de la paille de riz sont de 0,5%, 1%, 1,5% et 30% de sable sont retenus pour ce travail de recherche. Des briques en BTC de 30 x 15 x 8 cm et des éprouvettes de dimension 4 x 4 x 16 cm sont fabriquées pour réaliser les essais mécaniques. Une méthode « fil chaud » adaptée sur les éprouvettes cylindriques de 16 cm de diamètre sur 32 cm de hauteur est utilisée pour la détermination des conductivités thermiques. L’utilisation de la gomme arabique comme liant dans la construction a donné des résultats satisfaisants. A un taux de 15% de gomme arabique associée à une contrainte de compactage beaucoup plus élevée, nous permettent d’obtenir des BTC ayant une résistance mécanique acceptable ainsi qu'une meilleure résistance à l’eau de pluie. Les résultats mécaniques montrent que la gomme arabique améliore la résistance mécanique de même que la contrainte de compactage. Par contre l’utilisation de paille de riz dans le mélange fait chuter sa résistance mécanique et allège le matériau. Les valeurs de conductivité thermique mesurées, montrent que les différents échantillons ne peuvent pas être considérées comme étant des matériaux isolants. Les éprouvettes exposées aux aléas climatiques (pluie et humidité) pendant un mois montrent que les blocs de terre non stabilisés se sont détériorés sous la pluie. Par contre les éprouvettes stabilisées par la gomme arabique ont conservé leurs bonnes tenues. De même, des éprouvettes stabilisées et non stabilisées sont immergées dans l’eau. A partir de 15 min, toutes les éprouvettes sont détériorées. Les matériaux argileux stabilisés par la gomme arabique ne pourront pas servir en fondation dans la construction. Ce travail de recherche sera complété par des essais de vieillissement du matériau sur des différents échantillons pour sa validation comme nouveau matériau de construction durable
Global warming and the high cost of conventional building materials (cement, lime, steel) force us to use local, available materials with no negative effect on the atmosphere. These are compressed earth blocks (BTC) stabilized with arabic gum and reinforced with rice straw. The main objective of this work is the valorization of local and ecological materials for the construction of sustainable homes. The study concerns the mechanical, thermal and durability characterization of specimens made of clay, sand, arabic gum, rice straw and water in different proportions. For this purpose, the percentages of gum Arabic are 5%, 10% and 15%. Those of rice straw are 0.5%, 1%, 1.5% and 30% of sand are retained for this research work. BTC bricks measuring 30 x 15 x 8 cm and specimens measuring 4 x 4 x 16 cm are manufactured to perform the mechanical tests. A "hot wire" method adapted to cylindrical specimens 16 cm in diameter and 32 cm in height is used for the determination of thermal conductivities. The use of arabic gum as a binder in the construction has given satisfactory results. At a rate of 15% gum Arabic associated with a much higher compressive stress, allow us to obtain BTCs having an acceptable mechanical strength as well as a better resistance to rainwater. Mechanical results show that gum Arabic improves mechanical strength. As is the compaction constraint. By cons the use of rice straw in the mixture reduces its mechanical strength and lightens the material. The measured thermal conductivity values show that the different formulations cannot be considered as insulating materials. The specimens exposed to the climatic hazards (rain and moisture) for a month show that the unstabilized earth blocks have deteriorated in the rain. On the other hand, samples stabilized by gum Arabic have retained their good habits. Similarly, stabilized and unstabilized specimens are immersed in water. From 15 min, all test pieces are deteriorated. The clay materials stabilized by gum Arabic can not be used as a foundation in construction. This research work will be completed by aging tests on the various formulations for validation as a new sustainable building material

Les granulats de béton recyclé (GBR) contiennent, de par leur origine, de la pâte de ciment résiduelle qui leur confère une forte porosité et des performances modérées. La porosité conduit à une absorption d’eau forte. C’est une difficulté importante sur le plan industriel car elle complique l’ajustement de l’eau dans les bétons qui permet de maitriser leur ouvrabilité en production. Le processus de fabrication des GBR conduit à avoir plus de pâte dans les particules les plus fines et donc plus d’absorption. En conséquence, si aujourd’hui l’industrie recycle relativement bien les gravillons de GBR dans les bétons, elle utilise peu les sables de GBR, du fait de leur plus grande porosité. Or, lors de la fabrication des GBR, on obtient environ 50 % de sables et 50 % de gravillons. En conséquence, la porosité des sables de GBR est un frein à l’économie circulaire du béton. Un certain nombre de techniques ont été proposées pour éliminer ou améliorer la pâte de ciment résiduelle mais elles posent des problèmes de coût. La carbonatation naturelle des GBR par le CO2 atmosphérique contribue à diminuer leur absorptiond’eau en obstruant leur porosité, mais c’est une réaction qui dure plusieurs mois. Des recherches sont en cours pour faire de la carbonatation accélérée (en concentrant le CO2 par exemple) à l’échelle industrielle.Le présent travail explore une idée alternative quiconsiste à former en quelques jours, à l’aide debactéries biocalcifiantes, une gangue de CaCO3 autourdes GBR et surtout de la partie sableuse, afin de limiterl’accès de l’eau à leur porosité.Dans un premier temps,des bactéries candidates non pathogènes ont étéidentifiées, sélectionnées, adaptées au milieu alcalin desGBR, puis nous avons vérifié leur aptitude à produire duCaCO3. Dans un second temps, nous avons déterminéles conditions qui favorisent une croissance des bactéries et une production de CaCO3 homogènes sur la surface de milieux gélosés modèles. L’homogénéité est en effet une condition sine qua non pour obtenir une bonne étanchéité à l’eau. Nous avons ainsi confirmé l’intérêt de sélectionner des bactéries capables de produire du biofilm. Enfin, les procédés développés ont été appliqués à des disques de mortier modèles facilitant les observations visuelles. Les résultats préliminaires confirment qu’il est possible de faire baisser l’absorption de ces mortiers de façon notable à l’échéance d’un mois. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour confirmer ces résultats encourageants sur sable de GBR
Recycled concrete aggregates (RCA) contain, due to their origin, residual cement paste which gives them high porosity and moderate performance. The porosity leads to a strong water absorption. This is a major difficulty on the industrial level because it complicates the adjustment of water in concrete batches, which allows to control their workability in production. The RCA manufacturing process results in having more paste in the finer particles and therefore more absorption. As a result, while the industry today recycles coarse RCA into concrete relatively well, it uses small amounts of RCA sand because of their greater porosity. Yet, during the manufacture of RCA, about 50% sand and 50% coarse aggregates are obtained. Consequently, the porosity of RCA sand hinders the circular economy of concrete. A number of techniques have been proposed for removing or improving the residual cement paste, but they are expensive. The natural carbonation of RCA by atmospheric CO2 helps with decreasing their water absorption by obstructing their porosity, but this is a several month reaction. Research is ongoing to make accelerated carbonation (by concentrating CO2, for example) on an industrial scale. The present work explores an alternative idea, which consists in forming in a few days, using biocalcifying bacteria, a matrix of CaCO3 around the RCA and especially the sand part, in order to limit the access of water to their porosity. First, candidate non-pathogenic bacteria were identified, selected, adapted to the alkaline medium of RCA, then we checked their ability to produce CaCO3. In a second step, we detemined the conditions, which favor uniform bacterial colonization and production of CaCO3 on the surface of model agar media. Homogeneity is indeed mandatory to obtain good water tightness. We thus confirmed the value of selecting bacteria capable of producing biofilm. Finally, the methods developed were applied to model mortar disks facilitating visual observations. Preliminary results confirm that it is possible to significantly lower the absorption of these mortars within one month. Further work is needed to confirm these encouraging results on sand part of RCA

Pour les structures de génie civil avec un rôle d’étanchéité, lors d’un accident grave, la perméabilité du béton est une question clé. Les mesures de perméabilités actuelles ne permettent d'avoir que des grandeurs moyennes (structurelles) qui ne conviennent pas pour des éprouvettes hétérogènes (fissures et/ou armatures). La compréhension des détails de l'écoulement des fluides est cruciale en raison des implications sur les voies préférentielles (interface acier/béton, fissures, etc.). Le but de cette thèse est de proposer une nouvelle méthodologie et de tester un nouveau dispositif expérimental par imagerie neutronique à la ligne de faisceaux D50 à l’Institut Laue Langevin à Grenoble. Le test consiste à injecter de l’eau normale (H2O), sous haute pression, dans un échantillon de béton coulé et saturé en eau lourde (D2O), afin de suivre la progression d’un front d’eau dans le temps par différence d’atténuation entre ces deux eaux. Une campagne expérimentale a été lancée sur des éprouvettes de béton sous différentes configurations (béton sain, béton fissuré et béton avec une armature) et des mesures de perméabilité locale dans les singularités (zone fissurée, interface armature-béton, etc.) ont été faites. Les essais ont montré que les mesures classiques de perméabilité sont sous-estimées et les écoulements dans le béton sont contrôlés par les défauts
For civil engineering structures, especially containment buildings during a severe accident, the permeability of concrete is a key issue. Current permeability measurements allow only average (structural) magnitudes, which are not suitable for heterogeneous samples (cracks and/or reinforcements). Understanding the details of fluid flow is crucial because of the implications of preferred pathways (steel/concrete interface, cracks, etc.). The aim of this thesis is to propose a new methodology, and to test a new experimental setup, using neutron imaging at the D50 beam line at the Institute Laue Langevin in Grenoble to measure flow directly. The test consists of injecting normal water (H2O) under high pressure, into a concrete sample casted and saturated with heavy water (D2O), in order to follow the evolution of a waterfront over time by difference of attenuation between these two waters. An experimental campaign was launched on concrete specimens in different configurations (proper concrete, cracked concrete and concrete with reinforcement) and measurements of local permeability in singularities (cracked zone, reinforcement-concrete interface, etc.) were done. Tests have shown that classical permeability measurements are underestimated and flows in concrete are controlled by defects

L’écaillage de la surface du béton dû aux sels fondants est un phénomène dont les mécanismes sont relativement peu connus. Plusieurs publications et plusieurs recherches se sont penchées sur cette problématique de durabilité du béton. Encore aujourd’hui, aucune théorie prise individuellement ne permet d’expliquer entièrement les causes de ce phénomène et le rôle protecteur d’un bon réseau de bulle d’air sur les bétons qui sont dans des conditions à risque. À prime à bord, les tests sous leur forme actuelle, peuvent sembler moins bien adaptés lorsque l’utilisation de liant ternaire est préférée au liant avec seulement du ciment Portland. Cette recherche s'intéresse donc à valider la sévérité du test d’écaillage BNQ 2621-905 lorsqu’on utilise des liants ternaires. Ce projet se penche également sur l’effet du type et la durée de la cure, du type de superplastifiant utilisé, de la variation du L ̅ et de l’utilisation d’un granulat marginal sur les résistances à l’écaillage des bétons avec liant ternaire. Les travaux réalisés dans le cadre de ce projet démontrent qu’il est possible d’avoir des résultats qui satisfont la norme d’écaillage BNQ 2621-905 avec des paramètres de formulations d’un béton de type V-S avec presque tous les liants ternaires utilisés. De plus, lorsque le réseau d’air est de bonne qualité (L ̅ < 230 µm) l’utilisation de superplastifiant PCP ou PNS ne semble pas d’avoir d’effet marqué. Le facteur d’espacement, actuellement prescrit dans la norme CSA A23.1, moyen inférieur à 230 µm avec aucune valeur dépassant 260 µm permet d’obtenir de bons résultats à l’écaillage en laboratoire pour le liant C. Finalement, l’utilisation d’un granulat marginal au micro-Deval peut avoir un effet sur la quantité de débris de surface d’un échantillon soumis au gel-dégel.

La résistance au cisaillement de l'interface béton-roche est un facteur clé dans l'évaluation de la stabilité contre le glissement des barrages en béton construits sur une fondation rocheuse. Alors que plusieurs études ont montré que la rugosité de la surface rocheuse ainsi que la cohésion initiale contribuent à la résistance au cisaillement de l’interface béton-roche, la plupart des recommandations pour l'évaluation de stabilité des barrages proposent des valeurs conventionnelles pour les paramètres mécaniques de cette interface. De plus, la plupart des critères proposés dans la littérature pour déterminer la résistance au cisaillement des joints rugueux sont basés sur des essais de cisaillement direct réalisés sur des joints sans cohésion initiale. Une autre difficulté majeure réside dans la quantification de la rugosité de surface par un paramètre objectif permettant de décrire l'aspect tridimensionnel ainsi que l'anisotropie observée expérimentalement. Dans ce contexte, l'un des principaux objectifs de cette thèse est de mieux comprendre le comportement en cisaillement des joints cohésifs rugueux de béton-granite et de relier la résistance au cisaillement aux paramètres morphologiques de l'interface.En raison de la complexité du comportement en cisaillement des joints cohésifs et du fait que peu d'études ont été réalisées sur des échantillons cohésifs, il a été décidé de réaliser plusieurs campagnes expérimentales sur différents types de rugosité de surface (joints lisses, bouchardés, joints avec aspérités triangulaires et surfaces naturelles). À cette fin, plus de trente essais de cisaillement direct ont été effectués sur des échantillons cohésifs et à trois niveaux de contrainte normale. L'influence de la vitesse de cisaillement sur le comportement mécanique a également été étudiée. Avant la réalisation des essais, un outil morphologique a été développé afin de fournir une quantification objective de la rugosité de surface basée sur des mesures de surface obtenues avec un profilomètre laser.Sur la base des résultats des essais de cisaillement, deux comportements différents ont été observés pour les joints naturelles en fonction de la rugosité de surface et du niveau de la contrainte normale. Ainsi, une expression analytique a été proposée afin de quantifier la contribution des différents modes de rupture à la résistance au cisaillement. Il est montré que cette expression est capable de bien prédire la résistance au cisaillement des joints naturels. De plus, un nouveau paramètre de rugosité a été proposé afin de quantifier la morphologie des joints naturels et de prendre en compte les différents niveaux de rugosité de surface impliqués dans le mécanisme de cisaillement. Ce paramètre s'est avéré être bien corrélé avec la résistance au cisaillement dans le cas des joints cisaillés à une contrainte normale inférieure à 0.6MPa.D'autre part, une modélisation en 3D des essais de cisaillement direct a été proposée par la méthode des éléments finis en incorporant la surface reconstruite des joints obtenue à partir du profilomètre laser. Deux modèles de comportement différents ont été utilisés: un modèle cohésif-frottant pour la phase de pré-pic et une loi de contact pour modéliser la phase résiduelle de cisaillement. Les paramètres mécaniques de l'interface béton-granite ont été obtenus à partir des résultats des campagnes expérimentales sur des échantillons bouchardés. La comparaison entre les résultats numériques et les données expérimentales a montré un bon accord dans la phase résiduelle et une reproduction de la forme globale de la courbe de contrainte de cisaillement
The shear strength of the concrete-rock interface is a key factor in assessing the stability against sliding of concrete dams founded on rock. While several studies have shown that both surface roughness and the initial cohesion contribute to the shear strength, most of the recommendations for the stability assessment of dams propose conventional values for the mechanical parameters of the dam-foundation interface (i.e. friction angle and cohesion). Moreover, most of the criteria proposed in the literature in order to determine the shear strength of rough joints are based on direct shear tests conducted on joints without initial bonding. Another major difficulty lies in the quantification of surface roughness by means of an objective parameter able to describe the three dimensional aspect of surface roughness as well as the anisotropy observed experimentally. In this context, one of the primary objectives of this thesis is to better understand the shear behavior of bonded rough joints and to relate the shear strength to the morphological parameters of the concrete-rock interface.Due to the complexity of the shear behavior of bonded joints and because few studies have been carried out on cohesive samples, it was decided to perform several experimental campaigns on different types of geometries with an increasingly complex roughness (smooth, bush-hammered, tooth-shaped asperities and natural surfaces). For this purpose, more than thirty direct shear tests were performed on bonded samples at three levels of normal stress. The influence of the shear displacement rate on the shear behavior of joints was also investigated. Prior to the shear tests, a morphological tool was developed in order to provide an objective quantification of surface roughness based on surface measurements obtained with a laser profilometer.Based on the shear test results, two different shear behaviors were observed for the natural joints according to surface roughness and the level of normal stress. Thus, an analytical expression was proposed in order to quantify the contribution from the different modes of failure to the shear strength. It is shown that this expression is able to well predict the shear strength of natural joints. Furthermore, a new roughness parameter was proposed in order to quantify the morphology of natural joints and to account for the different levels of surface roughness involved in the shearing mechanism. This parameter was found to be well correlated with the shear strength of joints sheared at a normal stress less than 0.6MPa.On the other hand, numerical simulations of the direct shear tests were conducted by using a 3D finite element code and by incorporating the reconstructed joint surface obtained from the laser profilometer. Two different models were used: a cohesive-frictional model for the pre-peak phase and a contact law for modeling the residual shear behavior. The mechanical parameters of the concrete-granite interface were obtained from the results of the experimental campaigns on bush-hammered samples. The comparison between the numerical results and the experimental data showed a good agreement in the residual phase. The use of a cohesive-friction model, on the other hand, allowed to mimic the overall shape of the shear stress curve

Nous avons réalisé dans ce travail une étude structurale de composés HDL de type hydrocalumite [Ca2M(OH)6]+[Xn 1/n . xH2O]- avec M=métal trivalent et X=anion, que nous écrivons en notation abrégée [Ca2-M-X]. L'étude de ces composés se révèle intéressante pour l'analogie qui existe avec les phases cimentaires AFm. Nous avons tout d'abord entrepris d'examiner les propriétés d'échange de ces phases notamment l'incorporation d'oxoanions solubles en milieu basique tels que SO4, CrO4, V2O7 et SiO3. L'étude par diffraction des rayons X montre un phénomène de "greffage" partiel des oxoanions sur le feuillet hydroxyde. L'étude de l'ordre local par les spectrométries d'absorption des rayons X au différents seuils K d'absorption (V, Cr et Fe) enregistrés in situ et Mössbauer du 57Fe, a permis une meilleure compréhension de l'évolution structurale de ces matériaux en température. Ils sont plus stables que leurs homologues dans le système hydrotalcite. L'étude spécifique de la phase [Ca2-Fe-CrO4] par absorption des rayons X révèle d'une part un plissement important du feuillet hydrocalumite dès l'ambiante et d'autre part le passage du cation Fe3+ d'un environnement octaédrique à un environnement tétraédrique à 175 ° C. Une étude de la stabilité de la phase monosulfate [Ca2AI(OH)6.1/2 SO4 2-. 2H2O] en condition de coprécipitation (pH = 11.5 et T = 65° C) à d'autre part été réalisée montrant notamment une conversion AFt (ettringite)-monosulfate qui rappelle celle observée dans les ciments. Une étude par spectrométrie Raman de la phase AFt a permis d'obtenir des informations précises sur la symétrie des anions sulfate et la nature du réeau de liaisons hydrogène. Finalement, nous avons montré que l'hydrocalumite pouvait aussi incorporer des cations dans le feuillet hydroxyde par substitution des ions M3+. La résolution structurale de la phase [Ca2-Sc-CI] par la méthode de Rietveld à partir des données de diffraction de rayons X sur poudre, montre une distorsion très importante de l'octaèdre Sc(OH)6 et une flexibilité importante du feuillet, certainement liée à la présence du calcium qui par sa coordinence 6+1 s'accommode d'un environnement très variable et permet ainsi une mise en ordre plus aisée des cations

La modélisation de l’impact des différentes méthodes de réhabilitation, en fonction du temps d’initiation des dégradations, est le défi majeur dans le domaine de la durabilité des structures. La durabilité d’une structure est liée directement aux conditions d’exposition influencées par le climat et l’environnement où l’ouvrage est localisé. Selon le degré d’exposition, la vitesse de dégradation des structures peut alors s’accélérer ou être lente. Ce travail développe une étude approfondie sur l’exposition des structures en condition hivernales, qui comprend l’utilisation des sels de déglaçage. Une enquête a été réalisée pour connaître la quantité de sel utilisée au Québec et au Canada. En complément, les trois types de sel de déglaçage les plus utilisés ont été évalués afin de déterminer sa vitesse de progression dans un béton sous conditions hivernales sévères. Une station météorologique mobile MexStUL, munie des plusieurs capteurs de mesures temporelles, a été développé pour monitorer des conditions d’exposition dans deux sites expérimentaux soumis au climat hivernal rigoureux des années 2018/19. Il a été alors possible de prédire les facteurs climatiques (température, humidité, vitesse et direction des vents, ensoleillement et précipitations) et environnementaux (trafic, condition de route, concentration de sel sur la chaussée, aux éclaboussures et au brouillard salin) relatifs aux conditions d’exposition des structures. Des modèles ont été proposés afin de prédire l’exposition à travers du biais d’une station météorologique mobile ainsi que pouvoir évaluer l’influence spatiale de la concentration de sel de déglaçage. Un nouveau capteur a été développé, mesurant la concentration de brouillard salin sous condition hivernale sévère. Les résultats démontrent une importante variabilité spatiale de concentration pour l’exposition stagnante. Un modèle d’influence spatiale des éclaboussures a été proposé afin de délimiter ce type d’exposition. La concentration du brouillard salin pendant l’hiver montre une évolution importante et un modèle de concentration a été proposé et le volume de brouillard salin pendant l’hiver a pu être estimé.
Modeling the impact of the various rehabilitation methods, as a function of the initiation time of the damage, is the major challenge in the field of structural durability. The durability of a structure is directly linked to the exposure conditions influenced by the climate and the environment where the structure is located. Depending on the degree of exposure, the rate of degradation of structures can then accelerate or be slow. This work develops an in-depth study on the exposure of structures in winter conditions, which includes the use of de-icing salts. A survey was carried out to find out the amount of salt used in Quebec and Canada. In addition, the three most used types of de-icing salt were evaluated to determine its speed of progression in concrete under severe winter conditions. A mobile weather station MexStUL, designed with several sensors of temporal measures, has been developed to monitor exposure conditions in two different experimental sites on severe winter conditions during 2018/19. It was then possible to predict the climatic (temperature, humidity, speed and wind direction, sunshine and precipitation) and environmental factors (traffic, road condition, salt concentration on road, splashes and salt laden mist) relating to the conditions of exposure of the structures. Models were proposed to predict exposure condition using a meteorological station and evaluation of spatial influence of de-icing salt on different types of exposure as well. A new sensor has been developed, measuring the concentration of salt laden mist under severe winter conditions. Results demonstrate an important spatial variability on stagnant water. A model about spatial influence of brine splashes is proposed to delimit this type of exposure. Airborne concentration during winter climate shows an important evolution and a concentration model is proposed and the volume of salt laden mist is also determined during winter.

La cristallisation d'un sel initialement dissous dans l'eau contenue dans des matériaux poreux tels que les ciments, béton, mortiers, briques, ..., est une cause majeure de dégradations intervenant dans les constructions et dans certains éléments de notre patrimoine culturel (monuments, murs, sculptures, fresques, ...). Les sels cristallisés à la surface du milieu poreux (efflorescence) n'affectent pas généralement la durabilité de l'ouvrage mais pose un réel problème esthétique pour les façades des bâtiments. Dans le cas d'une cristallisation interne au milieu, les contraintes exercées sur la matrice solide peuvent endommager l'ouvrage allant jusqu'à l'apparition de fissures. Dans ce contexte, le présent travail porte sur l'évaporation avec cristallisation de sel en milieu granulaire et plus précisément sur l'étude de la localisation des cristaux et des déplacements mécaniques induits. La première partie de cette thèse porte sur l'étude des facteurs contrôlant la localisation des cristaux à la surface d'un milieu hétérogène et s'appuie sur l'identification de deux situations de base. Dans la première situation dite de mèche, le milieu poreux est en contact permanent avec une solution saline qui l'alimente à sa base. Cette situation peut correspondre à des parties basses de murs ou d'ouvrages, lorsque le matériau est proche de l'eau des sols. La deuxième situation dite de séchage peut correspondre à des matériaux situés suffisamment en hauteur dans un mur ou un ouvrage. Contrairement au cas de la situation de mèche, le milieu poreux n'est pas alimenté en solution quand l'évaporation se produit. Ces deux situations conduisent à des localisations exactement opposées: à la surface du milieu grossier en séchage, à la surface du milieu fin pour la situation de mèche. Dans le cas de la situation de mèche, la modélisation proposée montre que la structure de l'écoulement joue un rôle clé dans la localisation de la cristallisation alors que pour la situation de séchage, la désaturation préférentielle du milieu grossier est un effet dominant. Concernant la colonisation de la totalité de la surface du milieu poreux par l'efflorescence, l'étude suggère qu'il existe une vitesse d'évaporation critique au regard de laquelle ce phénomène apparait. La deuxième partie de la thèse est dédiée au phénomène de surrection de surface (" surface heave ") à l'aide d'expériences au sein de cellules quasi bidimensionnelles de type Hele Shaw complétés par des expériences en milieu granulaire confiné au sein de tubes cylindriques. Un modèle de croissance de la subflorescence est proposé dans lequel la loi de croissance de la subflorescence est contrôlée par l'évaporation. Ce modèle prédit une très légère sursaturation en haut de la subflorescence compatible avec l'existence d'une pression de cristallisation. Ce modèle permet d'identifier deux régimes principaux de déplacement: un régime dit de désaturation de la subflorescence et un régime de colmatage. Des expressions simples sont proposées pour estimer la croissance de la subflorescence et donc le déplacement induit. Ces relations permettent de déterminer la sursaturation au sommet de la subflorescence et donc la pression de cristallisation
The crystallization of salt, initially dissolved in water, from porous materials (like cements, concrete, mortar, bricks) is a major cause of degradation occurring in buildings and in certain elements of our cultural landscape (monuments, walls, sculptures, frescoes,). Salt crystallization at the surface of a porous medium (efflorescence) don't affect structure durability but create an aesthetic problem for building construction. However, when salt crystallization occurs inside the porous media (subflorescence), pressure on the solid matrix can damage structures by cracking. In this context, the present work focuses on evaporation with salt crystallization in a granular medium and in particular on the locus of crystals and induced mechanical displacements. The first part of this thesis focuses on the study of the factors controlling the localization of crystals atthe surface of an heterogeneous medium. This study is based on the identification of two basic situations of evaporation. In the first so-called evaporation wicking situation, the porous medium is in contact at its bottom with an aqueous solution and the medium remains fully saturated by the solution during evaporation. This situation may correspond to lower parts of walls or structures, when the material is close to the ground water. The second so-called drying situation can correspond to materials located sufficiently high in a wall or a structure. Contrary to the case of wicking situation, the porous medium isn't supplied with a saline solution when evaporation occurs. These two situations lead to a markedly different locus of the efflorescence formation: on the surface of the coarse medium in drying situation and on the surface of the fine medium for the wicking situation. The study emphasizes the key-role of the velocity field induced in the porous domain in the case of the evaporation-wicking situation. In the case of the drying situation, a key aspect lies in the local increase in the ion mass fraction due to the local desaturation, i.e. the local shrinking of the liquid volume containing the ions. Regarding the colonization of the entire surface of the porous medium by efflorescence, the study suggests that there is a critical evaporation rate against which this phenomenon appears. The second part of the thesis deals with the study of surface heave phenomena using experiments in quasi-two-dimensional Hele-Shaw cell supplemented by experiments in a confined granular medium of cylindrical tubes. A growth model of subflorescence is proposed in which the growing subflorescence is controlled by evaporation and not by the precipitation of salt. This model predicts a very slight supersaturation on the top of the subflorescence compatible with the existence of a crystallization pressure. This model makes it possible to identify two main regimes of displacement: a regime known as desaturation of the subflorescence and a clogging regime. Simple expressions are proposed to estimate the growth of subflorescence and thus the induced displacement. These relationships make it possible to determine the supersaturation at the top of the subflorescence and therefore the crystallization pressure

Dans le cadre du projet de recherche de l'IFSTTAR " Approche performantielle et probabiliste de la durée de vie des ouvrages en béton armé ", la thèse porte sur la modélisation du transport couplé ions-humidité au travers de bétons éventuellement carbonatés. Une plate-forme de modélisation multi-espèces, qui est basée sur les indicateurs de durabilité et avec différents niveaux de sophistication, a été utilisée. En condition saturée, le transport des ions a été décrit par l'équation de Nernst-Plank et complété par des isothermes des interactions ions/matrice. En condition non saturée, l'advection des phases liquides et gazeuses a été décrite par la loi de Darcy généralisée. L'influence de l'activité chimique sur l'équilibre entre l'eau liquide et vapeur d'eau, ainsi que la cinétique de fixation des ions chlorure ont été prise en compte dans les modèles. La fixation des ions alcalins a été également prise en compte, son influence sur le transport des ions chlorure a été étudiée. Les indicateurs de durabilité (porosité, perméabilité intrinsèque à l'eau et aux gaz) servant comme données d'entrée des modèles ont été déterminés par des mesures directes sur des bétons à base de ciment ordinaire et avec des fortes teneurs en additions minérales (cendres volantes et laitiers). Une méthode d'analyse inverse a été mise en œuvre à partir d'une routine qui intègre un algorithme d'optimisation qui nous a permis de déterminer les propriétés des matériaux plus complexes (coefficient effectif de diffusion, paramètres d'isotherme de fixation et perméabilité intrinsèque à l'eau) à partir des résultats d'essais. Le modèle pour des conditions saturées a été validé par des comparaisons entre des profils de chlorure issus des essais de diffusion et des profils de simulation. Des essais de séchage-imbibition avec une solution saline ou de l'eau pure sur les bétons sains et éventuellement carbonatés ont été réalisés pour valider le modèle en condition non saturée, ainsi que pour mettre en évidence l'influence de la carbonatation sur le transport des ions et sur les transferts hydriques. Outre la compréhension des mécanismes physico-chimiques liés à la durabilité des bétons et détermination des indicateurs de durabilité par analyse inverse, la plate-forme nous permet de prédire le transport des ions et d'humidité suivant la complexité des phénomènes et le niveau de sophistication exigé. Les études menées ont mise en évidence la pertinence et la fiabilité de la plate-forme de modélisation physico-chimique

Les besoins en terre végétale pour l’aménagement d’espaces verts urbains induisent un prélèvement de sols agricoles ou naturels. D’autre part, des volumes considérables d’horizons profonds excavés lors de la construction de bâtiments sont mis en décharge en périphérie des villes, avec un impact sur l’environnement. Le recyclage de ces déchets inertes pour la construction de sols des espaces verts apparaît comme une solution prometteuse. Il est toutefois nécessaire de s’assurer que ces Technosols construits peuvent accueillir une diversité végétale et animale pour délivrer des services écosystémiques, comme propose de le faire ce travail de thèse. La composition des mélanges de matériaux (horizons profonds, compost de déchets verts, béton concassé) a été manipulée dans une expérimentation de 4000 m² en collaboration avec l’entreprise ECT et le CD 93. Un suivi de quatre ans a montré que le compost utilisé était responsable de la mort de certains arbres, mais qu’associé au béton, il augmentait fortement leur vitesse de croissance et de colonisation par la macrofaune. En usage prairial, l’ajout de compost a augmenté la production de biomasse et modifié l’assemblage de la communauté végétale, en favorisant les espèces compétitives, mais pas de la macrofaune. Dans une expérience en mésocosmes visant à étudier le lien entre diversité végétale et productivité, une complémentarité entre espèces a été observée pour une des trois communautés, à un niveau de fertilité intermédiaire. Il est donc possible d’améliorer la productivité primaire de nouveaux écosystèmes en manipulant la composition des mélanges de matériaux tout en évitant la dominance de certaines espèces, afin de conserver des communautés diversifiées
Topsoil requirements for the development of urban green spaces induce a harvest of agricultural or natural soils. On the other hand, huge volumes of deep horizons excavated during the construction of buildings are dumped on the outskirts of cities, with an impact on the environment. The recycling of these inert wastes for the construction of soils for green spaces appears as a promising solution. However, it is necessary to ensure that these constructed Technosols are suitable for plant and animal diversity, and can deliver ecosystem services, as proposed by this thesis. The composition of the material mixes (deep horizons, urban green waste compost, crushed concrete) was manipulated in a 4000 m² experiment in collaboration with the company ECT and CD 93. A four-year monitoring showed that the compost used was responsible for the death of some trees, but associated with concrete, it greatly increased their growth rate and macrofaunal colonization. In the meadow land use, the addition of compost increased biomass production and altered the assemblage of the plant community, favoring competitive species, but no effect on macrofauna assemblage was observed. In a mesocosm experiment aiming at studying the link between plant diversity and productivity, complementarity between species was observed for one of the three communities, at an intermediate level of fertility. It is therefore possible to improve the primary productivity of new ecosystems by manipulating the composition of the mixtures of materials while avoiding the dominance of certain species, in order to preserve diversified communities

Trois stratégies de modélisation de structures sont proposées dans ce document. La première consiste à l'utilisation des éléments poutres multifibres de cinématique Timoshenko et des lois de comportement basées sur la mécanique de l'endommagement pour le béton et la plasticité pour les aciers. Après une présentation succincte de plusieurs éléments poutres multifibres existants dans la littérature, un nouvel élément Timoshenko avec des fonctions d'interpolation d'ordre supérieure est proposé. La deuxième stratégie concerne la prise en compte de l'Interaction du Sol avec la Structure (ISS) et le développement d'un élément d'interface 3D modélisant une fondation rigide superficielle reposant sur un massif de sol. Basé sur le concept des macro-éléments, ce nouvel outil est formulé en variables globales (forces et déplacements) et selon la théorie de plasticité, permettant ainsi de diminuer le temps de calcul. Enfin, la troisième stratégie traite de problème de la localisation des déformations et de l'objectivité des résultats des calculs dans un milieu enrichi (milieu avec microstructure). L'évolution de la zone de localisation est étudiée avec des modèles second gradient locaux pour différents types de lois simples basées sur la théorie de plasticité ou de l'endommagement. Des comparaisons avec des résultats expérimentaux et/ou des exemples numériques prouvent la performance des stratégies de modélisation proposées.