Littérature scientifique sur le sujet « Fissuration superficielle »

Les contraintes que le gel développe dans une roche poreuse humide sont de deux espèces : 1) des contraintes d’origine thermique intrinsèquement en régime transitoire; 2) des contraintes dues au gonflement de l’eau humectant la roche lors de l’engel. Ce sont ces contraintes que nous étudions ici à partir d’un modèle mathématique simple : une sphère creuse à l’intérieur de laquelle se développe une pression pi. Lamé (1852) a donné l’équation des contraintes qui apparaissent en un point quelconque de la masse solide en fonction de pi. Par ailleurs, les théories de l’élasticité permettent de déterminer la pression Peq qui se développe dans la cavité au moment de l’engel. Connaissant cette pression, la répartition des contraintes qu’elle provoque dans la matière et la résistance de la roche, on peut déterminer s’il y a ou non fissuration ou éclatement de la roche sphérique. En étendant ce principe aux roches poreuses, il est possible de déterminer un taux critique de porosité au-dessus duquel le gel conduit à la rupture. Mais dans les roches, il faut tenir compte du fait que les canalicules du réseau de porosité débouchant à l’extérieur, il y a extrusion de la glace au moment de l’engel. D’autre part, les roches de la couche superficielle de l’écorce terrestre ayant subi de nombreux cycles de contraintes dues aux variations de température en particulier accusent une certaine fatigue qui diminue leur résistance mécanique.

Les fissures dans les constructions urbaines sont l'une des nuisances les plus coûteuses pour la collectivité. Elles apparaissent lorsqu on bâtit sans précautions sur des sols argileux (98 % des cas) susceptibles de connaître alternativement des gonflements et des retraits, selon l'humidité contenue dans les horizons superficiels des sols. Ces derniers déstabilisent et font jouer les fondations et les murs. Des facteurs aggravants peuvent intervenir comme la pente, la proximité de végétation, etc. Pourtant cet aléa pourrait être aisément contenu car ses mécanismes sont désormais bien connus et des solutions techniques ont été trouvées. L'exemple de la banlieue sud bordelaise, avec établissement d'une cartographie de la sensibilité des sols au risque de fissuration, montre qu'une politique d'information et de prévention est possible. La législation actuelle milite en ce sens. Pourtant l'information est toujours aussi restreinte ce qui laisse augurer que cet aléa ne sera pas maîtrisé dans un avenir proche.

Les traits majeurs du relief de la région de Barberton, au pied du Drakensberg du Transvaal, section du Grand Escarpement d’Afrique australe, relèvent d’une érosion différentielle très nuancée dans le socle cristallin précambrien, à partir d’une surface d’aplanissement gauchie, provisoirement datée de l’Éogène. Les recherches poursuivies par les géologues de l’université du Witwatersrand (Johannesburg) dans le Transvaal oriental montrent quel fructueux parti la géomorphologie peut tirer des reconnaissances détaillées portant sur la pétrographie et le mode de gisement des roches cristallines. Les granites leucocrates de coupole et les granites des plutons superficiels se placent au sommet d’une échelle de résistance, tandis que les granites des plutons plus profonds, les granodiorites en massifs circonscrits et les gneiss infras-tructuraux occupent une position déprimée. Grâce aux racines d’une vieille chaîne de plissement pincées au sein du socle, la distribution des affleurements granitiques s’éclaire dans un contexte tecto-orogénique : au-delà de la composition chimique et minéralogique et de l’arrangement des minéraux, cette relation appelle l’attention sur la fissuration et la perméabilité parmi les facteurs d’érosion différentielle dans les roches cristallines.

Cette thèse se penche sur l'utilisation innovante des anas de lin comme addition pour le béton dans le secteur de la construction, avec un accent particulier sur l'amélioration de la réduction de la fissuration superficielle des ouvrages horizontaux soumis à de fortes évaporations. Au cœur de ce travail de recherche se trouve l'analyse des propriétés physiques et écologiques des anas de lin, un coproduit de l'industrie du lin, principalement produit dans le quart nord-ouest de la France ainsi qu'en Belgique et aux Pays-Bas. L'intérêt pour les anas de lin réside dans leur potentiel à offrir une alternative durable et performante aux composants traditionnels du béton, en contribuant à la réduction des phénomènes de dessiccation et de fissuration, des problématiques majeures pour la qualité et la durabilité des ouvrages produits en béton. L'étude s'inscrit dans le contexte d'une collaboration CIFRE entre Builders Ecole d’Ingénieurs, l’Université de Caen et VINCI Construction, un leader mondial du secteur, mettant en lumière une démarche d'innovation ouverte et de recherche appliquéeLes résultats démontrent que l'intégration des anas de lin dans le béton contribue significativement à la réduction de la fissuration et du retrait, sans compromettre les propriétés mécaniques essentielles telles que la résistance à la compression. Néanmoins, l'ajout d'anas de lin au béton révèle également des défis, notamment en termes d'ajustement des formulations pour maintenir une consistance adéquate et de gestion optimale de l'hydratation et du retrait. L'étude met en évidence que les avantages des anas de lin, intégrés à hauteur de 4 kg/m3 de béton, sont principalement mécaniques, agissant comme un renfort qui limite l'ouverture des fissures, plutôt que par une modification substantielle des processus d'hydratation et de retrait exogène. La conclusion de cette thèse marque une avancée dans la recherche de matériaux de construction durables et met en lumière le potentiel de valorisation des anas de lin pour améliorer la performance et l'impact environnemental des ouvrages en béton
This thesis focuses on the innovative use of flax shives as an additive for concrete in the construction sector, with a particular emphasis on improving the reduction of surface cracking in horizontal structures subjected to high evaporation. At the core of this research is the analysis of the physical and ecological properties of flax shives, a by-product of the flax industry, primarily produced in the north-western quarter of France as well as in Belgium and the Netherlands. The interest in flax shives lies in their potential to offer a sustainable and effective alternative to traditional concrete components, contributing to the reduction of drying shrinkage and cracking, major issues for the quality and durability of concrete structures. The study is part of a CIFRE collaboration between Builders Ecole d’Ingénieurs, the University of Caen, and VINCI Construction, a global leader in the sector, highlighting an approach of open innovation and applied research.The results demonstrate that the incorporation of flax shives in concrete significantly contributes to the reduction of cracking and shrinkage, without compromising essential mechanical properties such as compressive strength. However, the addition of flax shives to concrete also reveals challenges, particularly in terms of adjusting formulations to maintain adequate consistency and optimal management of hydration and shrinkage. The study highlights that the benefits of flax shives, integrated at a rate of 4 kg/m3 of concrete, are primarily mechanical, acting as a reinforcement that limits crack opening, rather than through substantial modification of hydration and shrinkage processes.The conclusion of this thesis marks a step forward in the research of sustainable construction materials and highlights the potential for valorizing flax shives to improve the performance and environmental impact of concrete structures

Mise en evidence par des methodes analytiques et electrochimiques du fait que la deformation des materiaux, dont l'action de la contrainte, a non seulement des consequences sur la passivite des films, mais egalement sur le type de structure electronique de ceux-ci

La crise de l’eau dans le monde et la pénurie des ressources en eau exigent une bonne gestion de cette précieuse ressource. La bonne gestion passe en premier lieu par un réseau d’adduction d’eau potable fiable avec un faible taux de fuite. Les fuites causées par la rupture des canalisations, phénomène assez fréquent en milieu urbain, s’amorcent sur un défaut dû à la corrosion ou autres. L’amorçage et la propagation de la fissure se fait par fatigue sous l’effet de contraintes engendrées par le passage des véhicules, ou brutalement à cause du phénomène de coup de bélier. La gravité de ces phénomènes dépend de plusieurs paramètres y compris la nature du matériau des conduites. Les matériaux polymères, comme le PEHD, occupent une bonne partie du marché de transport d’eau, grâce à leurs multiples qualités (coût réduit, facilité de pose, flexibilité), notamment dans les réseaux de distribution (réseau secondaire). L’utilisation de ce matériau dans les réseaux d’adduction (aqueducs) est en pleine expansion mais beaucoup moins étudier dans les travaux de recherche. L’objectif de la thèse consiste à étudier le risque de rupture des conduites en polyéthylène haute densité destinée à l’adduction d’eau potable ainsi que leurs résistances au phénomène de coup de bélier. Pour répondre à cette problématique, en premier lieu nous avons caractérisé expérimentalement le comportement mécanique à la rupture des conduites en PEHD. Ensuite, nous avons développé un outil numérique de calcul par élément fini permettant de modéliser la rupture des conduites. À l'issue de cette étude nous avons proposé un modèle semi-empirique reliant la pression d’amorçage d’une fissure à la taille du défaut préexistant ainsi qu’aux dimensions de la conduite. Finalement, nous avons appliqué les outils développés sur un réseau d’adduction d’eau potable existant. Le comportement d’une conduite en PEHD soumise à un phénomène de coup de bélier a été analysé
The water crisis in the world and the shortage of water resources require good management of this precious resource. Good management requires, first and foremost, a reliable drinking water supply system with low leakage rate. Leakage caused by the rupture of pipes, fairly frequent phenomenon in urban areas, initiate from a pre-existing defect in the pipe wall. The initiation and propagation of the crack occur under environmental stress caused by passing vehicles, or it can happen brutally due to water hammer phenomenon. The severity of these phenomena depends on several parameters including the nature of the piping material. Polymeric materials such as HDPE, take a great part of the water transport market, thanks to their many qualities (reduced cost, ease of installation, flexibility), especially in secondary network distribution system. Currently, the use of this material in the supply networks (aqueducts) is booming but less studied in research works. The aim of the present work is to study the failure of high density polyethylene pipes for the supply of drinking water and their resistance to water hammer phenomenon. In order to address this issue, first we have characterized experimentally the mechanical fracture behavior of HDPE pipe. Then, we have developed a finite element calculation tool allowing the modeling of pipes subjected to internal pressure loads. As a result of this numerical study, we proposed a semi-empirical model linking the failure pressure to the size of pre-existing defects as well as the pipe dimensions. Finally, we applied the developed tools on an existing drinking water system. The behavior of HDPE pipe subjected to a water hammer phenomenon was analyzed

Le squat est un défaut de fatigue de contact apparaissant à la surface du rail et dont le mécanisme d’amorçage est mal compris. Afin de pallier ce manque, une analyse tribologique locale de la bande de roulement du rail est mise en oeuvre à proximité d’un squat naissant. Cette caractérisation révèle une anisotropie importante des couches superficielles du rail associée aux développements de Transformations Tribologiques Superficielles. Ces résultats témoignent de conditions de contact roue/rail particulières dans la zone d’étude, notamment d’un niveau d’efforts de cisaillement inhabituel pour une voie en alignement. Dans le but de valider ces observations, plusieurs essais sont effectués. D’une part les conditions de contact roue/rail dans une zone de squats sont mesurées à partir d’un train instrumenté. D’autre part, la réponse tribologique de l’acier à rail à ces conditions de contact est étudiée à travers le suivi régulier d’une zone d’essais soumise à la circulation ferroviaire. Ces essais permettent d’identifier un déséquilibre important des efforts de traction sur les bogies moteurs et des glissements locaux élevés de la roue sur le rail. Différents mécanismes d’amorçage thermo-mécaniques sont alors proposés au sein d’un schéma global de la réponse tribologique de l’acier à rail
Squats have recently become recognised as one of the major rolling contact fatigue defects in modern railway networks for which there is currently no solution other than preventive grinding operations or costly rail renewal. To better understand the entire damage mechanism of squat, A tribological and metallurgical analysis of the rolling band and the near surface layer was performed close to an incipient squat. This characterization show a significant anisotropy of the rail surface layer associated with developments of Tribological Transformation of Surface. These results reflect some specific wheel/rail contact conditions in this squat area, including an unusual level of shear forces in a straight track. In order to validate this observations, two tests were performed. On the one hand, the contact conditions in a squat area were measured from an instrumented train. On the other hand, the tribological response of the rail steel was studied through regular monitoring of a test site subjected to railway traffic. These tests allow to identify a high imbalance of the traction forces and the presence of local slips at the wheel/rail interface. Several thermomechanical initiation mechanism of squats are then given in a overall diagram of the tribological response of rail steels