Modélisation multi-échelles du comportement thermo-hydro-mécanique des matériaux hétérogènes. Applications aux matériaux cimentaires sous sollicitations sévères. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

Multi-scales modelling for the thermo-hydro-mechanical behaviour of heterogeneous materials. Applications to cement-based materials under severes conditions.

Modélisation multi-échelles du comportement thermo-hydro-mécanique des matériaux hétérogènes. Applications aux matériaux cimentaires sous sollicitations sévères.

Résumé

The work of modeling presented here relates to the study of the thermo-hydro-mechanical behaviour of porous materials based on hydraulic binder such as concrete, High Performance Concrete or more generally cement-based materials. This work is based on the exploitation of the Digital Concrete model, of the finite element code Symphonie developed in the Scientific and Technical Centre for Building (CSTB), in coupling with the homogenization methods to obtain macroscopic behaviour laws drawn from the Micro-Macro relations. Scales of investigation, macroscopic and microscopic, has been exploited by simulation in order to allow the comprehension fine of the behaviour of cement-based materials according to thermal, hydrous and mechanical loads. It appears necessary to take into account various scales of modeling. In order to study the behaviour of the structure, we are brought to reduce the scale of investigation to study the material more particularly. The research tasks presented suggest a new approach for the identification of the multi-physic behaviour of materials by simulation. In complement of the purely experimental approach, based on observations on the sample with measurements of the apparent parameters on the macroscopic scale, this new approach allows to obtain the fine analysis of elementary mechanisms in acting within the material. These elementary mechanisms are at the origin of the evolution of the macroscopic parameters measured in experimental tests. In this work, coefficients of the thermo-hydro-mechanical behaviour law of porous materials and the equivalent hydraulic conductivity were obtained by a multi-scales approach. Applications has been carried out on the study of the damaged behaviour of cement-based materials, in the objective to determine the elasticity tensor and the permeability tensor of a High Performance Concrete at high temperatures under a mechanical load. Also, the study of the strain evolution of cement-based materials at low temperatures. The results obtained has been confronted with experimental results. These results were also analyzed and discussed in order to propose prospects with an aim of improving the approach to simulate a more complex behaviour.
Les travaux de modélisation présentés dans cette thèse concernent l'étude du comportement thermo-hydro-mécanique des matériaux poreux à base de liant hydraulique tel que le béton, les Bétons à Hautes Performances ou plus généralement les matériaux cimentaires. Il s'agit d'exploiter le modèle Béton numérique, du code de calcul par éléments finis Symphonie, conjointement avec les techniques d'homogénéisation, pour l'obtention des lois de comportement macroscopique tirées des relations de passage Micro-Macro. Les échelles d'investigation, macroscopique et microscopique, ont été exploitées par simulation afin de permettre la compréhension fine du comportement des matériaux cimentaires face à des sollicitations d'origines thermique, hydrique et mécanique. La prise en compte de différentes échelles de la modélisation apparaît en effet nécessaire. En s'intéressant au comportement de la structure, nous sommes amenés à réduire l'échelle d'investigation pour étudier plus particulièrement le matériau. Les travaux de recherche présentés proposent une nouvelle approche pour l'identification du comportement multi-physique des matériaux par simulation numérique. En complément de l'approche purement expérimentale, basée sur des observations sur le corps d'épreuve et à des mesures des paramètres apparents à l'échelle macroscopique, cette nouvelle approche permet la compréhension fine des mécanismes élémentaires agissant au sein du matériau. Ces mécanismes élémentaires sont à l'origine de l'évolution des paramètres macroscopiques mesurés expérimentalement. Dans ce travail les coefficients de la loi de comportement thermo-poro-élastique des milieux poreux et la conductivité hydraulique équivalente ont été obtenus par une approche multi-échelles. Des applications ont été menées sur l'étude du comportement endommagé des matériaux cimentaires. A savoir, la détermination des tenseurs d'élasticité et de perméabilité d'un Béton Hautes Performances à hautes températures sous charge mécanique. Mais aussi, l'étude des déformations des matériaux cimentaires à basses températures. Les résultats obtenus ont été confrontés à des résultats expérimentaux. Dans ce travail, ces résultats ont aussi été analysés et discutés afin de proposer des perspectives dans le but d'améliorer l'approche pour simuler des comportements plus complexes.
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Dates et versions

tel-00081145 , version 1 (22-06-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00081145 , version 1

Citer

Frédéric Alain Grondin. Modélisation multi-échelles du comportement thermo-hydro-mécanique des matériaux hétérogènes. Applications aux matériaux cimentaires sous sollicitations sévères.. Mécanique [physics.med-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00081145⟩
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