Caractérisation et modélisation thermomécanique de la fissuration en mode mixte de matériau viscoélastique hétérogène: Application à l'étude de la fissuration des enrobés bitumineux sous l'impact des aléas climatiques

par Akoete Kouevidjin

Projet de thèse en Mécanique des solides

Sous la direction de Hachmi Ben dhia.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences (Cachan, Val-de-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec MSSMAT - Mécanique des sols structures et Matériaux (laboratoire) et de CentraleSupélec (2015-....) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 23-10-2017 .


  • Résumé

    La fissuration est l'une des causes de la dégradation prématurée des chaussées bitumineuses. Elle est causée par les effets combinés des sollicitations thermomécaniques dues au trafic routier et aux conditions climatiques auxquelles la chaussée est soumise. Les causes de l'apparition des fissures dans les chaussées sont multiples : retrait thermique, remontée de joint, défaut de mise en œuvre, fatigue, décollement de couches, gonflement différentiel dû au gel-dégel ou au sol support... Depuis les détériorations survenues sur le réseau routier au cours des hivers 2009/2010, 2010/2011, la compréhension de l'impact des aléas climatiques sur les chaussées est devenue un enjeu majeur. A l'heure actuelle, les modèles numériques et méthodes d'essais expérimentales mis au point pour évaluer la fissuration des enrobés bitumineux ne prennent en compte ni la viscoélasticité due au bitume ni l'hétérogénéité due à la présence de granulats dans ce dernier. De plus, les nouvelles méthodes normalisées (EN 12697-44 et AASTHO TP 105-13) se focalisent sur la fissuration en mode I, peu dommageable et peu représentatif de la fissuration en mode mixte qui peut être constaté in-situ. Cette thèse présente une double objectif. Il s'agit dans un premier temps d'analyser la fissuration des matériaux viscoélastiques hétérogènes tels que les matériaux bitumineux, en couplant modélisation-simulation et expérimentation et dans un deuxième temps, d'analyser la résistance à la fissuration d'éprouvettes d'enrobés confectionnées en laboratoire et conditionnées de façon à reproduire sur ces derniers les aléas météorologiques représentatifs des conditions in situ (effet des cycles de gel-dégel et du vieillissement thermique). Ces essais seront mis au profit de l'étude d'impact du changement climatique sur les infrastructures routières et la mise au point de méthodes d'adaptation. Le travail de thèse s'inscrit dans la continuité des travaux initiés par les différentes équipes impliquées dans l'encadrement (Cerema et MSSMat). Le projet rassemble en effet des experts de la caractérisation des matériaux bitumineux et de la modélisation et simulation numérique.

  • Titre traduit

    Characterization and thermomechanical modeling of mixed-mode cracking of heterogeneous viscoelastic material: Application to the impact of climatic variations on the asphalt concrete cracking


  • Résumé

    Cracking is one of the causes of early deterioration of bituminous pavements. It is caused by the combined effects of thermomechanical loads due to road traffic and weather conditions to which the pavement is subjected. The causes of the appearance of cracks in pavements are multiple : thermal shrinkage, joint rise, defect due to bad laying, fatigue, debonding of layers, differential swelling due to freeze-thaw... Since the deteriorations occurred on the road network during the winters 2009/2010, 2010/2011, the understanding of the impact of climatic variations on pavements has become a major issue. Nowadays, the numerical models and experimental test methods developed to evaluate the cracking of asphalt concrete do not take into account the viscoelasticity due to the bitumen nor the heterogeneity due to the presence of aggregates in this later one. In addition, the new standardized test methods (EN 12697-44 and AASTHO TP 105-13) focus on mode I cracking, which is not very damaging and is not very representative of the mixed-mode cracking that can be observed on site. This thesis has two main purposes. Firstly, it aims to analyze the cracking of the heterogeneous viscoelastic materials such as the bituminous materials, by coupling modeling-simulation and experiment. In second step, it aims to analyze the cracking resistance of asphalt specimens made in laboratory and cured in order to reproduce on them the weather variations representative of the conditions on site (effect of freeze-thaw cycles and thermal aging). These tests will be contribute to the investigations of the impact of climate change on road infrastructures and the development of adaptation strategy. The thesis work is in line with the works initiated by the various teams involved in the framework (Cerema and MSSMat). The project brings together in effect experts in the characterization of bituminous materials, modeling and numerical simulation.