Etude du comprtement thermomécanique des bétons à haute température: Approche multi échelles de l'endommagement thermique

Président : Jean-Marie REYNOUARD Directeurs de thèse : Ghassan MOUNAJED Christian LA BORDERIE Rapporteurs : Hélène DUMONTET Djimédo KONDO Examinateurs : Paul ACKER Béatrice BOURDETTE Hocine. BOUSSAThis research work deals within the framework of the study of durability when subjected to high temperature in case of fire. The aim of this study is to identify the elementary mechanisms leading the degradation of concretes and to propose a predict model allowing the evaluation concrete damage at high temperature. Adopted step consists to uncoupling the thermal damage, of mechanical origin (accompanied with deformations) and which takes place in the macroscopic and tiny scale, of the thermal damage of physical and chemical origin (not accompanied with deformations) and which is due mainly to the physical and chemical alterations in material. in the general finite element code SYMPHONIE. The validation of the model has been achieved on the basis of several tests issued from the literature. Our approach is based on the exploitation of two different models; the “Digital Concrete” microscopic model and the macroscopic damage deviatoric model MODEV, both implemented in the Finite Elements Software SYMPHONIE. Concurrently, an experimental study was achieved in order to feed and to validate the “Digital Concrete” model. The evolution of mechanical characteristics of concrete was studied using multi-scale approach and three point bending tests were performed on 5 cementeous materials, cement past, mortar, ordinary concrete and 2 HPC concretes, after heating/cooling stage. "Digital Concrete" approach allowed to put in evidence the existence of the micromechanical deformation and to propose an original approach allowing identification by simulation the laws concretes behaviour at high temperatures. This approach was also applied successfully to explain the thermo mechanical experimental observations in concrete behaviour when subject to mechanical load, called collectively «thermal creep transit". An application refractory concrete subjected to very high temperatures was also realized.Cette recherche s'inscrit dans le cadre de l'étude de la durabilité des ouvrages en béton en cas d'incendie. Les études expérimentales montrent l'influence importante de la température sur le comportement des bétons et notamment des BHP. La présente recherche a pour objet d'identifier les mécanismes élémentaires conduisant à la dégradation des bétons sous l'effet de la température et de proposer ainsi un modèle prédictif permettant l'évaluation de l'endommagement des bétons sous l'effet de la température. L'endommagent thermique du béton observé expérimentalement est en fait la résultante de plusieurs mécanismes élémentaires qui se produisent à différentes échelles du matériau. La démarche adoptée consiste à découpler l'endommagement thermique d'origine mécanique (accompagné des déformations) et qui a lieu à l'échelle macroscopique et microscopique de l'endommagement thermique d'origine physico-chimique (non accompagné de déformations) et qui est dû principalement aux transformations physico-chimiques de la matière. A l'échelle mésocopique, nous postulons l'existence d'une déformation supplémentaire, appelée déformation micromécanique, responsable de l'endommagement par dilatation différentielle entre le mortier (ou ciment) et les granulats. L'approche est basée sur l'exploitation simultanée du modèle multiphasique Béton Numérique (BN) et du modèle d'endommagement déviatorique (MODEV), implantés dans le code de calcul aux éléments finis SYMPHONIE. Une étude expérimentale a été réalisée afin d'alimenter et de valider le modèle d'endommagement thermique. Cette étude a porté sur 5 matériaux cimentaires, à savoir ; une pâte de ciment, un mortier, un béton ordinaire, un BHP à granulats calcaires et un BHP à granulats silico-calcaires. Des essais de flexion trois points ont été effectués sur des éprouvettes ayant subits au préalable un cycle de chauffage- refroidissement. L'approche multi échelles du modèle BN a permis de retrouver par simulation le comportement à chaud observé expérimentalement. Ceci est effectué en simulant les différents essais réalisés dans le cadre de la présente recherche. L'approche "Béton Numérique" a permis de mettre en évidence l'existence de la déformation micromécanique d'une part et de proposer une approche originale permettant l'identification par simulation des lois de comportement des bétons à hautes températures. Cette approche a été également appliquée avec succès pour expliquer les observations expérimentales du comportement thermomécanique du béton sous chargement mécanique, appelé communément « fluage thermique transitoire ». En fin, une application aux bétons réfractaires soumis à des très hautes températures a été réalisée