Thèse soutenue

Exploration structurelle et environnementale des ouvrages en bois de grande portée
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Auteur / Autrice : Koliann Mam
Direction : Robert Le Roy
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Structures et Matériaux
Date : Soutenance le 08/11/2021
Etablissement(s) : Marne-la-vallée, ENPC
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement
Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Matériaux et structures architecturés
Laboratoire : Laboratoire Navier (Paris-Est)
Jury : Président / Présidente : Pierre Latteur
Examinateurs / Examinatrices : Robert Le Roy, Cécile Bulle, Jean-Luc Coureau, Jean-François Bocquet, Antonella Mastrorilli, Cyril Douthe
Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Bulle, Jean-Luc Coureau

Résumé

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Cette thèse explore les leviers d’optimisation des structures en bois de grande portée tant sur le plan des critères usuels de conception des structures, que sur le plan des impacts environnementaux. L’essor actuel de la construction bois encourage en effet les ingénieurs à s’interroger en profondeur sur les typologies structurelles et les principes constructifs adaptés à ce matériau, notamment autour du comportement mécanique, des moyens de mise en œuvre et du coût des assemblages.Nous proposons dans un premier temps de développer un modèle statistique permettant d’obtenir une loi de comportement simplifiée des raideurs et de la masse d’un assemblage par broches à partir d’un nombre restreint de variables d’entrée (torseur (N,V,M) et facteur de forme de la section) et pouvant être utilisé facilement dans des modèles de calcul de structure. Puis, nous illustrons comment la simple prise en compte du comportement semi-rigide des assemblages peut directement influencer la géométrie et la topologie optimale d’un exosquelette en bois.Par ailleurs, les assemblages, qui concentrent les procédés d'usinage les plus complexes de l'ouvrage, ne peuvent pas être négligés dans le bilan économique et environnemental d'une structure en bois. Dans la suite nous présentons un cadre d'évaluation des impacts environnementaux des structures en bois, intégrant les assemblages et adapté aux premières phases de la conception, là où se font les choix les plus fondamentaux. Ce travail nous conduira à introduire des méthodes de sélection et de réduction du nombre d’indicateurs. L’utilisation des métriques de type endpoint permet tout d’abord d’évaluer sur une échelle commune la contribution de différentes catégories à l’impact total d’un système, et ainsi d’en sélectionner les plus pertinentes. Puis, nous proposons l’utilisation d’un indice de corrélation en classement et en étendue afin de sélectionner les indicateurs non corrélés pour un ensemble de scénarios donné.Finalement, à l’aune de cette sélection d’indicateurs et du modèle d’assemblage simplifié développé dans ce travail, cette thèse explore dans la dernière partie les voies d’optimisation structurelle et environnementale des ouvrages en bois de grande portée. Au travers de l’étude de deux types de structure, le treillis et le gridshell, nous illustrons l’importance de la conception et du comportement des assemblages en lien avec la continuité des éléments, la densité des connexions ou encore le choix des matériaux.