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National audience

Les murs en sol renforcé présentent de nombreux avantages, mais le comportement de ces ouvrages sous des sollicitations dynamiques est relativement mal connu, ce qui freine leur emploi dans le domaine ferroviaire, notamment pour les lignes à grande vitesse. On se propose d'étudier le comportement de ce type d'ouvrages par voie numérique, en effectuant une étude paramétrique. Celle-ci porte sur un remblai simplifié modélisé par éléments finis, en 2 dimensions, soumis à une seule impulsion à son sommet et sous les hypothèses de comportement élastique linéaire pour la partie dynamique des différentes variables. Le sol renforcé est modélisé soit en considérant des barres discrètes soit en utilisant un modèle homogénéisé prenant en compte à la fois les caractéristiques du matériau de remblai et des armatures. De plus l'interface armature-remblai est supposée parfaitement adhérente. On compare ces deux modèles au remblai non armé. On considère également plusieurs types de sollicitations, de durées variables et de directions horizontale ou verticale. Les réponses en déplacements et contraintes pour les trois modèles de remblai sont analysées. On s'intéresse à trois problématiques différentes : - quelle est la différence d'amplitude de déplacements et de contraintes, pour une même sollicitation, entre un massif armé et non-armé ? - pour les phénomènes dynamiques, les modélisations des barres de renforcement par une approche discrète ou par une approche homogénéisée donnent-elles des résultats différents ? - un déphasage entre contraintes de compression et contraintes de cisaillement est-il constaté ? Les résultats indiquent que le fonctionnement global d'un massif de sol amé est donné principalement par la géométrie et les caractéristiques mécaniques du remblai. Les barres augmentent la raideur globale du massif et influent sur les déplacements horizontaux et la contrainte de cisaillement au sein du remblai. Par ailleurs, les résultats semblent indiquer que la modélisation homogénéisée des barres peut être envisagée en dynamique dans la mesure où la différence entre modèle homogénéisé et modèle discret est comparable à celle présente dans le cas d'un chargement statique. Enfin, des déphasages entre contraintes sont mis en évidence au cours de la propagation des ondes générées par l'impulsion dans le massif. Ces déphasages, notamment au niveau des barres de renforcement, posent la question du fonctionnement de l'interface au cours du chargement.

Dans ce travail, un matériau composite à fibres de verre et à matrice vinylester, obtenu par pultrusion, est soumis à un chargement en flexion 3 points, d'abord sous chargement quasi statique, et ensuite en fatigue à fréquence relativement faible. La technique d'émission acoustique est utilisée lors des essais afin de préciser le seuil d'endommagement et de suivre son développement. Les résultats ont montré que le seuil d'endommagement survient bien avant la fin de proportionnalité permettant de préciser l'intervalle de contrainte le long duquel les essais de fatigue sur ce matériau seront pratiqués, à savoir entre la contrainte correspondant au seuil d'apparition d'endommagement et la contrainte de fin de proportionnalité. Jusqu'à la fin de proportionnalité, le scénario d'endommagement du matériau étudié suggère un mode d'endommagement gouverné principalement par les divers micro mécanismes d'endommagement de la matrice (microfissuration de la matrice longitudinalement et transversalement aux fibres). A un niveau de contrainte plus élevé, les ruptures de fibres en nombre engendrent l'activation concomitante de multiples autres mécanismes d'endommagement. Le réarrangement du matériau composite lors du rechargement s'accompagne d'une activité acoustique importante. Ceci est prouvé par une distribution très large des amplitudes des événements acoustiques.

Les performances des matériaux composites doivent être les meilleures possibles et adaptées à différents environnements (expositions prolongées en environnement extérieur, température, humidité et rayonnement solaire), afin d’être utilisés comme composants structuraux dans le génie civil ou comme matériaux de construction. A l’aide d’une installation spécifique, des échantillons en résine vinylester monolithique, ainsi qu’en matériau composite vinylester/fibre de verre ont été exposés à un rayonnement UV très dense. Afin d’évaluer l’impact de cette exposition aux UV, les techniques de nanoindentation instrumentée et de microscopie confocale ont été utilisées. Cette dernière a permis la visualisation 3D et la quantification de la rugosité du vinylester due à l’exposition aux UV alors que la technique de nanoindentation mesure le module d’Young local et la dureté sur la surface exposée. Sur les échantillons exposés aux UV, une surface très escarpée a été obtenue et dans ces circonstances, l’hypothèse d’une pression hydrostatique lors de l’essai de nanoindentation ne peut plus être vérifiée. Le but de cette étude est de mettre en oe½uvre une technique d’investigation contournant ce problème.

Matériaux bitumineux et comportement rhéologique; - Problématique et objectifs; - Techniques expérimentales et matériaux utilisés; - Faisabilité de la technique de propagation d’ondes pour la détermination de la rigidité d’enrobés secs; - Evolutivité de la rigidité d’enrobés humides en cours de séchage par propagation d’ondes

Travel time information is easy to be perceived by users and has the potential to reduce congestion on both temporal and spatial scales thanks to traveller assistance systems. This thesis addresses the problem of estimating the travel time in city, where traffic is characterized by variable flow and also significant perturbation from/to mid-link source/sink that are not equipped with traffic sensors. This flow disturbs the equation of conservation of vehicles. The bibliography contains deterministic and stochastic approaches, using, in specific experimental situations, either inductive loops or probe vehicles, or both. We propose a stochastic approach based on unscented Kalman filtering. Its dynamic model is based on the classical analytical procedure that considers the time difference between the total of incoming and outgoing vehicles for each segment of the network. The formulation of this model is not explicit, which justifies the use of an unscented filter. The observations are both loop counters at the exit sections and probe vehicles map-matched to the network. The algorithm is applicable in real time, without prior information on the percentage of turning movements at intersections, and under any condition of perturbation. The variance estimation output by the filter measures the confidence in the estimated travel time and allows the rejection of outliers. The validation was shown based on simulations on a simple network with three intersections, variable entering flows, variable percentage of perturbation, and a variable percentage of probe vehicles.; La notion de temps de parcours est une information simple à intégrer par les usagers des transports et a le potentiel, via des systèmes d’assistance, de réduire la congestion aussi bien de manière temporelle que spatiale. Cette thèse porte sur la problématique de l’estimation du temps de parcours en ville, où la circulation se caractérise par un débit variable et un flux significatif de/vers des voies transversales non équipées de capteurs de trafic, flux qui agit comme perturbation de l’équation de conservation des véhicules. La bibliographie présente des approches déterministes et stochastiques, utilisant, selon les situations expérimentales, soit des boucles inductives, soit des véhicules traceurs, soit les deux. Nous proposons une méthode stochastique du type filtrage de Kalman sans parfum. Son modèle dynamique est basé sur la méthode analytique classique des stocks qui considère le décalage temporel entre les cumuls de véhicules entrants et sortants dans chaque tronçon du réseau. La formulation de ce modèle n’est pas explicite, ce qui justifie l’utilisation d’un filtre sans parfum. Les observations utilisées sont à la fois les boucles magnétiques à la sortie des tronçons et les véhicules traceurs après map-matching sur le réseau. L’algorithme est applicable en temps réel, sans connaissance a priori des affectations aux carrefours, et sous conditions éventuelles de perturbation. En sortie de filtre, on dispose des variances d’estimation, ce qui mesure la confiance dans le temps de parcours estimé et permet de rejeter des mesures aberrantes. La validation a été montrée sur la base de simulations sur un réseau simple à trois intersections, avec des flux variables et des perturbations, et pour quelques pourcents de véhicules traceurs.

Le procédé CASC (contrôle acoustique pour la surveillance des câbles) est un système de surveillance de structures comprenant des câbles tendus (notamment les ponts suspendus, ponts à haubans, structures à précontrainte intérieure ou précontrainte extérieure). Une fois en place, il permet la détection et la localisation des ruptures des fils constituant ces câbles, par l'énergie et les ondes acoustiques qu'ils libèrent lorsqu'ils se rompent. Le système, muni de moyens de transmission, permet la mise en oeuvre d'alarmes et la télésurveillance des structures concernées. Le présent guide décrit le procédé, à travers les phénomènes physiques sur lesquels il se base et l'appareillage qu'il mobilise. Il donne à son utilisateur tous les conseils nécessaires pour la bonne mise en oeuvre de cette méthode sur les ouvrages d'art, de la réflexion préalable jusqu'à l'interprétation des résultats servant à la prise des décisions relatives à la gestion de l'ouvrage.

La pérennité des performances des ouvrages en béton précontraint repose sur la double vérification du maintien de l'intensité de la force de précontrainte et de la section restante des câbles. EDF R&D et le LCPC ont construit un programme de recherche articulé autour de questions pratiques : - quel est l'intensité de la contrainte dans le béton ou dans les câbles ? - combien y a-t-il de fils rompus dans les câbles et où ? - où sont les zones de défaut de protection des câbles ? - les câbles sont-ils le siège d'une activité corrodante qui compromettrait leur durée de vie ? Ce programme nommé ACTENA (pour Auscultation des Câbles Tendus Non Accessibles) a tenté de relever le défi de l'évaluation de l'état de la précontrainte à travers l'exploration et le développement de méthodologies non-destructives : acousto-élasticité du béton et de l'acier, réflectométrie ultrasonore et électromagnétique, impact-echo, imagerie infra-rouge, émission acoustique. Cet ouvrage présente les avancées réalisées au cours des quatre années (2006-2009) du programme ACTENA soutenu financièrement par l'Agence nationale de la Recherche, EDF R&D et la contribution des 15 laboratoires partenaires de ce programme. L'ouvrage est complété par la présentation de la méthode capacitive LCPC pour l'auscultation des conduits de précontrainte extérieure.

Cette etude presente le comportement vis-a-vis de la corrosion par piqure et de la fragilisation par hydrogene de deux nuances d’aciers inoxydables a hautes caracteristiques mecaniques. Ceci a pour objectif de verifier si, pour ces aciers, un ecrouissage important associe a un detensionnement thermomecanique engendre une baisse notable de leur comportement en corrosion. L’etude electrochimique « a contrainte œ nulle » montre que le potentiel de piqure E pit de la nuance austeno-ferritique (duplex) est plus faible que celui de la nuance austenitique, contrairement a ce que prevoit le Pitting Resistant Equivalent Number (PREN). La presence de precipites de nitrure de chrome semble pouvoir expliquer ce resultat. Les observations realisees apres les essais de fragilisation par hydrogene montrent que la fissuration s’amorce sur des piqures. La nuance duplex presente cependant une duree de vie plus importante que celle de la nuance austenitique. Le piegeage de l’hydrogene aux joints de grains α /γ pourrait expliquer la grande resistance de la nuance duplex.

En France, EDF gère un important parc d’ouvrages hydrauliques en terre dédié à la production hydroélectrique, avec des enjeux économiques et sécuritaires conséquents. D’autres ouvrages à charge permanente sont présents sur le territoire, par exemple le grand linéaire de voies navigables (transport, tourisme). Du côté des digues "sèches" (digues de protection contre les inondations), 7500 km de digues protégeant plus de 15000 km2 de zones inondables où vivent 2 millions d’habitants sont recensés. Pour ces ouvrages particuliers, il n’y a pratiquement pas d’année sans rupture et plus de 70 incidents ont été recensés en 25 ans par le Comité Français des Grands Barrages. L’érosion interne et la surverse sont les principales causes de ruptures et d’incidents de levées, digues et barrages en France et dans le Monde. L’Imagerie de Résistivité Électrique (IRE) est une méthode d’imagerie très sensible aux paramètres d’état d’un sol : la nature du sol et son contenu argileux, sa teneur en eau et la salinité de l’eau, son état de compacité et sa température. Elle fait donc partie des méthodes pertinentes pour la reconnaissance et la surveillance des ouvrages hydrauliques en terre. Ainsi, elle est complémentaire de méthodes de reconnaissance à grand rendement (ex : Profilage par méthodes électromagnétique à basses fréquences) en offrant localement des images du corps de digue et de sa fondation. En surveillance, alors que les méthodes basées sur les Potentiels Spontanés ou les mesures de température par Fibre Optique sont particulièrement sensibles aux écoulements d’eau (donc aux fuites à travers le corps de digue), l’IRE peut contribuer à imager les variations des propriétés d’état dans le temps de la structure interne de l’ouvrage (phénomène évolutif d’infiltration combiné ou non à de l’érosion interne). Cependant, dans l’utilisation conventionnelle de l’IRE, le manque d’information provenant des mesures, ainsi que la mauvaise prise en charge de ces mesures et de l’information a priori, entraînent la formation d’artéfacts dans les résultats d’imagerie. Dans ce sens, de nouvelles démarches d’acquisition et d’inversion sont développées, intermédiaires entre les techniques plus classiques 2D et 3D. Ces nouvelles approches, dont le but est de tirer le meilleur compromis entre coût d’acquisition et robustesse (fiabilité) du modèle final sont le fruit du développement d’un problème direct par éléments finis et d’un algorithme d’inversion 3D de type Gauss-Newton. Enfin, des campagnes d’auscultations sur ouvrage semi-contrôlé et sur ouvrage réel ont été réalisées afin de confronter ces développements à la complexité de cas réelles. Ces études révèlent que la qualité de la reconstruction et la capacité d’interprétation peuvent être considérablement améliorées par l’utilisation des approches développées.

Dans le cadre du contrôle non destructif et de la caractérisation de divers ouvrages du génie civil à l’aide d’ondes électromagnétiques, nous étudions des géométries d’antennes planaires ultra large bande dans la bande [0.25;2.6] GHz, de faible coût, aux dimensions les plus réduites possibles, et qui doivent être adaptées à diverses impédances de sol. Ces antennes doivent être blindées pour s’affranchir des réflexions multiples induits par les objets de la surface et pour constituer un système émetteur-récepteur (radar de surface bistatique). Les géométries d’antennes proposées de type dipôle magnétique (antenne à ouverture) ont été développées à partir de simulations 'full wave 3D' fondées sur l’approche FDTD. Des études paramétriques détaillées relatives à la géométrie des différentes antennes ont été conduites afin d’optimiser leur rayonnement en présence de sols de permittivité variée et aussi de réduire leur polarisation croisée. Par la suite, l’intégration des antennes dans un système radar bistatique en présence d’un sol comprenant une ou plusieurs hétérogénéités est modélisée afin d’optimiser la configuration du radar en vue de détecter et de caractériser des modifications de propriétés diélectriques, des défauts ou des objets enfouis.

International audience; L'utilisation des structures à base de matériaux composites à matrices polymères dans le géni civil et les constructions (y compris celles maritimes) devient de plus en plus attractive. Afin de convaincre les industriels pour une introduction massive, les performances de ces matériaux doivent demeurer les meilleures possibles, mêmes après des expositions prolongées en environnement extérieur, sous température, humidité et rayonnement solaire. Dans ce travail, des échantillons en résine vinylester monolithique, ainsi qu'en matériau composite vinylester/fibre de verre ont été exposés à un rayonnement UV, très dense. Afin d'évaluer l'impact de cette exposition aux UV, les techniques de nanoindentation instrumentée et de microscopie confocale ont été utilisées. Cette dernière a permis la visualisation 3D et la quantification de la rugosité du vinylester due à l'exposition aux UV alors que la technique de nanoindentation permet de mesurer le module d'Young local et la dureté, sur la surface exposée. Le but de cette étude est de mettre en oeuvre une technique d'investigation contournant le problème de la topographie très escarpée des surfaces exposées aux UV.

International audience; L'objectif de cette étude est de développer et démontrer la faisabilité d'une gamme de fabrication de poutres composites par placement de fibres et co-injection. Les poutres de section droite en I sont drapées par une cellule de placement de fibres sèches dont la dépose est programmée sur un logiciel de conception assistée par ordinateur et co-injectées selon un procédé d'infusion surfacique sous vide breveté par EADS. Cette étude présente le préformage par dépose de fibre sèche automatisé ainsi que le procédé d'obtention de trois poutres de section I par co-injection. Les difficultés rencontrées lors de la programmation et du drapage des mandrins avec ce moyen sont explicitées et solutionnées.

National audience; Afin de caractériser la diffusion d'humidité dans des composites unidirectionnels, Mulle et Collombet [4] ont réalisé des mesures à coeur par réseaux de Bragg. Cette méthode, historiquement dédiée à la mesure de déformations locales, permet également de suivre l'évolution de l'humidité à partir de la déformation qu'elle engendre en fonction du temps, à des endroits bien localisés, sans soustraire l'échantillon du milieu humide. La difficulté de cette méthode réside dans l'insertion du capteur au sein du matériau et au caractère intrusif des fibres optiques utilisées. Dans ce travail, nous déterminons, à l'aide d'une simulation par Eléments Finis (Comsol ®), le gradient de la diffusion d'humidité et celui des états mécaniques induits au sein d'une plaque instrumentée par des capteurs à réseaux de Bragg. L'absorption d'humidité est supposée suivre une loi de Fick. L'idée est d'estimer, dans un premier temps, la perturbation générée par le capteur intrusif sur la diffusion afin, dans un second temps, d'exploiter les résultats expérimentaux et de traduire les mesures en teneur en eau.

International audience; Dans ce travail, nous avons analysé l'évolution de la déformation de cisaillement locale (à l'échelle du micron) dans un matériau sandwich à âme PVC et peaux composites. Ce matériau est soumis à un chargement de flexion trois et quatre points. Par rapport aux mesures usuelles en surfaces [1,2], nous avons utilisé des capteurs à fibre optique, basés sur l'effet Rayleigh [3]. Cette technique a permis d'effectuer des mesures in-situ de la déformation au coeur de la mousse PVC et également au sein de l'interface mousse-composite. Une approche numérique basée sur la méthode des Éléments Finis est associée aux mesures expérimentales. Les simulations permettent de connaître les états mécaniques dans les zones où sont placées les fibres optiques. Ainsi, le caractère intrusif des fibres optiques est discuté.

This report synthetises the tests carried out on one of the specimens, with a representative scale, tested in the frame of the National R&D Project Orthoplus. This specimen is a representative element of a bridge orthotropic deck with dimensions 2m40 x 4m, with a 3,5cm thick UHPFRC (BSI Ceracem®) topping layer and connected with a square mesh of welded rebars. The thickness of the orthotropic deck is 10 mm. We assess here the impact of a local load on the static and fatigue behaviour of the structure, at the junction between stiffeners and the steel plate. The global and local behaviour of the structure are analysed to better understand how this assembly of orthotropic deck and UHPFRC topping works, and to give all the elements to modelize such assemblies.; Ce rapport fait la synthèse des essais effectués sur l'un des corps d'épreuve de laboratoire, à échelle représentative, testé dans le cadre du projet national Orthoplus. Ce corps d'épreuve est composé d'un élément représentatif de dalle orthotrope de dimension 2m40 x 4m revêtue d'une couche de BFUP (BSI Ceracem®) de 3,5cm d'épaisseur coulée en place et connectée à l'aide d'un treillis soudé. L'épaisseur de la tôle de platelage est de 10 mm. Nous évaluons ici l'impact d'une charge locale sur le comportement statique et en fatigue de la structure, à la jonction auget - tôle de platelage. Le comportement global et local de la structure est analysé pour comprendre le mode de fonctionnement de cet assemblage tôle métallique BFUP et fournir ainsi tous les éléments aux futurs modélisateurs.

Nous nous intéressons à l'estimation d'un signal par moindres carrés sous contrainte sur la pseudo-norme L0, dans le cas particulier d'un problème de déconvolution, lorsque le signal inconnu est fortement parcimonieux. Dans une telle situation, la recherche exhaustive est envisageable mais reste très coûteuse. Notre contribution consiste à optimiser cette recherche sans sacrifier l'optimalité. Nous proposons une stratégie permettant d'écarter sans explorer une partie significative des solutions. L'algorithme proposé est appliqué à un problème de contrôle non-destructif radar, en comparaison d'algorithmes sous-optimaux modernes. Dans ce contexte, l'intérêt de l'optimisation exacte apparaît clairement.

In the frame of the joint R&D Project Orthoplus, loading tests have been carried out on an orthotropic deck with a 14mm thick steel deck with a 70 mm thick bituminous topping layer. Load models from Eurocode but also real wheel loads have been applied for static loading.We assess here the impact of a local load on the static and fatigue behaviour of the structure, at the junction between stiffeners and the steel plate. The results are compared with those on the same orthotropic deck without topping layer to determine the influence of the bituminous layer.; Dans le cadre du projet Orthoplus des essais de chargement ont été réalisés sur une dalle orthotrope constituée d'une tôle de platelage d'épaisseur 14 mm revêtue par 70 mm de béton bitumineux. Les chargements statiques ont consisté à appliquer des modèles de charge de l'Eurocode mais des roues de camion ont également été utilisées. Nous évaluons ici l'impact d'une charge locale sur le comportement statique et en fatigue de la structure, à la jonction auget - tôle de platelage. Les résultats sont comparés avec ceux sur la même dalle orthotrope non recouvertes pour évaluer l'influence de la couche de béton bitumineux.

Dispositif et méthode d'identification de la conductivité et/ou de la capacité thermique d'une paroi.

Full Wave Inversion (FWI) is a multiparameter quantitative method of seismic imaging that is currently booming. Taking into account all propagation phenomena recorded, especially the surface waves, makes it a promising technique for near surface applications on geotechnical and environmental issues. However, adapting a seismic method validated on synthetic data to the context of near surface or on deep imaging applications remains a difficult task. What we are proposing here is a reduced scale physical modelling approach using a laboratory of non contact laser-ultrasonic measurement, which will have been set up as part of this thesis. The various elements of the laboratory were validated for reduced scale seismic modelling, and particular attention has been paid to the simulation of the source. The acquired data has been validated by comparison with data obtained by numerical modelling using algorithmes provided by Géoazur within the context of the ANR SEISCOPE project. In a second step, we evaluated the potential of the use of FWI for near surface applications by using a joint approach of numerical modelling and experimental modelling. By this dual approach, we have thus shown that FWI allows to obtain information on the morphology of underground cavities by taking into account surface waves. Furthermore, on the various multilayer models we studied, the FWI was able to exploit the information on the most superficial areas supplied by dispersive surface waves.; L'inversion des formes d'ondes (FWI) est une méthode d'imagerie sismique quantitative multiparamètre actuellement en plein essor. La prise en compte de l'ensemble des phénomènes de propagation enregistrés, en particulier des ondes de surface, en font une technique prometteuse pour des applications de la subsurface sur des problématiques géotechniques ou environnementales. Cependant, l'adaptation au contexte de la subsurface d'une méthode sismique validée numériquement ou sur des applications d'imagerie profonde est une tâche difficile. Nous proposons ici une approche par modélisation physique à échelle réduite à l'aide d'un laboratoire de Mesures laser-Ultrasonore Sans Contact (MUSC) mis en place dans le cadre de cette thèse. Les différents éléments du laboratoire ont été caractérisés pour la modélisation sismique à échelle réduite et une attention particulière a été portée à la simulation de la source. Les données acquises ont été validées par confrontation avec des données obtenues par modélisation numérique à l'aide des codes fournis par Géoazur dans le cadre du projet ANR SEISCOPE. Dans un deuxième temps, le potentiel de la FWI pour des applications de la subsurface a été évalué par l'approche conjointe de la modélisation numérique et de la modélisation expérimentale. Nous avons ainsi pu montrer par cette double approche que la FWI permet d'obtenir une information sur la morphologie de cavités souterraines grâce à la prise en compte des ondes de surface. Par ailleurs, sur les différents modèles multicouches étudiés, l'information sur les zones les plus superficielles fournie par les ondes de surface dispersives a pu être exploitée par la FWI.