Approche par changement d'échelle du vieillissement des bétons : expérimentations et simulations numériques

Scale changing approach for concrete ageing : experimentations and numerical simulations

• Auteur / Autrice : Joffrey Lhonneur
• Direction : Moulay Saïd El Youssoufi, Yann Monerie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Génie Civil
• Date : Soutenance le 28/04/2021
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et de génie civil (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Djimédo Kondo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Moulay Saïd El Youssoufi, Yann Monerie, Djimédo Kondo, Evelyne Toussaint, Michel Coret, Frédéric Jamin, Céline Pélissou, Cécile Oliver-Leblond
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Evelyne Toussaint, Michel Coret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Béton -- Fissuration

Béton -- Composition chimique

Détérioration

Mots clés libres

Changement d'échelle

Interfaces

Cinétique de fissuration

Corrélation d'images numériques

Modèles de zones cohésives

Apprentissage supervisé

Scale changing

Interfaces

Cracking kinetics

Digital image correlation

Cohesive zone models

Supervised learning

Résumé

Dans le cadre de l’extension de la durée de vie des centrales nucléaires, l’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) s’intéresse au vieillissement des bétons constituant la dernière barrière des enceintes de confinement des éléments radioactifs. Dans cette optique, plusieurs études menées dans le cadre du laboratoire commun (IRSN/CNRS/Université de Montpellier) MIST ont contribué à la mise en place :- d’essais expérimentaux multi-échelles sur des éprouvettes de bétons ;- d’un outil numérique pour la modélisation de la fissuration de matériaux cimentaires.Réalisée dans le cadre du MIST, cette thèse constitue la première confrontation rigoureuse entre une prédiction de l’outil numérique du MIST et des résultats d’essais expérimentaux. Pour se faire, un essai de flexion trois points est mis en place à l’échelle de l’interface ciment/granulat sur des éprouvettes de ciment et des composites ciment/granulat. Un protocole expérimental complet est proposé pour l’extraction d’informations nécessaires (force à rupture, champ des déplacements en surface d’une éprouvette et vitesse moyenne de propagation de fissure) à l’estimation des différents paramètres matériau utilisés dans les simulations.Les paramètres matériau ainsi estimés sont ensuite utilisés pour prédire numériquement la rupture d’une pièce de béton de plus grande dimension, contenant quelques dizaines d’inclusions cylindriques. Un dialogue essais/calculs est alors mené de façon à évaluer le caractère prédictif de l’outil numérique et à proposer des pistes d’améliorations sur les plans numérique et expérimental. Deux de ces pistes ayant fait l’objet d’une étude expérimentale sont présentées et s’accompagnent de perspectives encourageantes pour la suite de ce travail.

In the framework of nuclear power plants lifespan extension, the french institute for radioprotection and nuclear safety (IRSN) focuses on ageing of concrete-based nuclear power plant containment buildings. In this context, several studies carried out in the framework of the joint laboratory (IRSN/CNRS/University of Montpellier) MIST contributed to putting into place:- multi-scale experimental tests on concrete specimens ;- a numerical tool for modeling the cracking of cementitious materials.Carried out in the framework of the MIST, this PhD is the first rigorous confrontation between a prediction by the numerical tool of the MIST and experimental results. To do it, a three-point bending test has been put into place at the cement/aggregate interface scale on cement specimens and cement/aggregate composites. A complete experimental protocol is proposed for the extraction of informations (breaking force, surfacic displacement field, average crack speed) needed to the estimation of several material parameters used in the numerical simulations.These material parameters estimations are then used to numerically predict the cracking of a bigger concrete part contening tens cylindrical aggregates. An experimental/numerical confrontation is then carried out in order to assess the numerical tool predictive nature and to propose both numerical and experimental areas of improvement. Two of these areas of improvement that have been the subject of experimental studies are presented and lead to encouraging outlooks for the rest of this work.