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Le centre émetteur d’Europe 1 à Berus-Überherrn est un lieu de mémoire porteur de l’histoire de la Sarre, territoire imprégné des relations franco-allemandes et semi-autonome au lendemain de la Seconde Guerre mondiale. Implanté en 1954-1955 à quelques centaines de mètres de la frontière française pour contourner le système de radiodiffusion publique en France qui n’autorisait pas les radios et télévisions privées sur son territoire, il faisait partie des radios dites « périphériques » dont le marché principal était la France. Pour assurer leur part du marché, ces radios privées étaient obligées d’équiper leurs stations des dernières techniques de radiodiffusion. L’histoire mouvementée de la construction du hall émetteur, avec son immense toiture en voile mince de béton, est associée à Bernard Laffaille, René Sarger et Eugène Freyssinet, trois célèbres ingénieurs français, auxquels s’est ajouté Pierre Xercavins qui a consolidé la construction au début des années 1980. La symbiose entre technique de radiodiffusion moderne et construction d’avant-garde fait de cette « cathédrale des ondes » une œuvre clé de l’après-guerre et un repère unique dans le paysage frontalier. Faisant partie des monuments historiques exemplaires du xxe siècle en Sarre dès 1999, l’émetteur est à l’arrêt depuis 2015. La préservation durable de ce bâtiment exceptionnel, désigné « monument emblématique de l’art de l’ingénieur en Allemagne » en 2021, devient alors un objectif politique à tous les niveaux. The Europe 1 transmitter center in Berus-Überherrn is a site of memory that carries the history of Saarland, a region that is semi-autonomous since the end of World War II and where Franco-German relations are deeply engrained. Installed in 1954-55, only a few meters away from the French border so as to bypass the public broadcasting laws in France, which did not allow private radio and television stations, it was part of the so-called “peripheral” radios whose main market was France. To ensure their market share, these private radios had to equip their stations with the most advanced transmission technologies. The eventful history of the construction of the transmission structure, with its huge roof made of a thin concrete veil, is associated with Bernard Laffaille, René Sarger and Eugène Freyssinet, three famous French engineers, with the later addition of Pierre Xercavins who consolidated the construction in the early 1980s. The symbiosis between the modern transmission technique and avant-garde construction, make this “cathedral of waves” a key work in post-war Europe and a unique landmark on the border’s landscape. The transmitter is one of the significant historical monuments of the 20th century in Saarland since as early as 1999, but it is unused since 2015. The sustainable preservation of this exceptional building, which will be designated as a "landmark of engineering in Germany" in 2021, is being heralded as a political objective on all levels.

IABSE Congress 2020, Resilient Technologies for Sustainable Infrastructures , Christchurch, NOUVELLE-ZELANDE, 03-/02/2021 - 05/02/2021; The article describes recent cases of tendon ruptures by corrosion and investigations carried out on some bridges. Several causes related to HDPE ducts have been identified as damages during handling, degradation during threading and tensioning of strands, defective connection of the duct to the anchor body, damage during construction or operation, low quality of HDPE material, etc. A warning note on existing structures with external prestressing has been updated by Cerema in November 2018. It describes the diagnosis methodology based on detailed inspection, destructive and non-destructive techniques. New non-destructive investigation techniques such as guided-wave ultrasonic technique and magnetic leakage field test using permanent magnets and induction coils are presented. Innovative methods of local repair of the ducts are presented. Different protective devices are analyzed with regards of safety of workers in the case of a sudden failure of tendon.

The prediction of delayed strains is very important in prestressed concrete structures. Temperature and relative humidity of concrete structures are two important parameters for this prediction and, on site, are varying over time. Based on model code 2010 and superposition principle, we propose an analytical method to take into account these varying temperature and relative humidity. The coupling between delayed strain of concrete and relaxation of stress in prestressing bars are also considered. We validate the proposed method against in-situ measurement on the mockup of VeRCoRs which is a 1/3 scale mockup of a biaxially prestressed confining building. In the end, we discuss the importance of taking into account the coupling between delayed strain and relaxation of stress, the influence of varying temperature on delayed strain of concrete and also the value of Poisson's ratio of drying creep.

The characterization of the mechanical behavior of the cutaneous tissue is of paramount importance for several fields such as dermatology, cosmetology, etc. This study of the mechanical behavior of the skin always raises current issues because of the complexity of this material. Hence, the development of specific tools for the characterization of human skin is needed. In this work, we combine experiments and modeling in order to identify the mechanical properties of human skin in vivo. This study emerges particularly through the use of experimental indentation devices providing non-invasive measurements in vivo. Two devices were used and a particular interest focused on the natural prestress of the cutaneous tissue. Numerical simulations using the finite element method allow to evaluate the mechanical properties of the cutaneous tissue by comparing its results with the experimental data or with an analytical solution. The effect of aging was investigated as well as the choice of the parameters of the experimental test on the identified viscoelastic parameters. Beyond these results, a local stress generated by an air jet impact, we followed the propagation of a resulting wave on the surface of the skin. The calculus of the wave propagation speed allowed us to determine another property of the skin, namely natural prestress, which is an indicator of ageing and an image of the natural tension of the fiber network.; La caractérisation du comportement mécanique du tissu cutané s'avère d'une importance primordiale pour plusieurs domaines à savoir la dermatologie, la cosmétologie, etc. Cette étude du comportement mécanique de la peau soulève toujours des problématiques d'actualité vu la complexité de ce matériau et l'évolution accrue des techniques utilisées. D'où la nécessité du développement d'outils spécifiques pour la caractérisation de la peau humaine. Le travail de cette thèse associe expérimentations et modélisations et il a pour but d'identifier les propriétés mécaniques de la peau humaine in vivo. Il émerge particulièrement par l'utilisation de dispositifs expérimentaux d'indentation assurant des mesures in vivo non-invasives. Deux dispositifs ont été utilisés et un intérêt particulier a été porté à la précontrainte naturelle du tissu cutané. Les simulations numériques au moyen de la méthode de calcul par éléments finis permettent d'évaluer les propriétés mécaniques du tissu cutané en comparant ses résultats aux données expérimentales ou encore à une solution analytique. L'effet du vieillissement a été investigué ainsi que le choix des paramètres de l'essai expérimental sur les paramètres viscoélastiques identifiés. Au-delà de ces résultats, en partant d'une sollicitation locale se manifestant par un essai d'impact avec jet d'air, nous avons pu suivre une onde résultante qui se propage à la surface de la peau. Un calcul de sa vitesse de propagation nous a permis de déterminer une autre propriété de la peau, à savoir la précontrainte naturelle, étant un indicateur de vieillissement et une image de la tension naturelle du réseau des fibres.

National audience; Cette étude consiste à développer un modèle analytique et analyser le comportement mécanique des liaisons boulonnées qui assemblent les demi-roues d’avions avec la présence d’un chargement fortement excentré. Ces travaux s’inscrivent dans le cadre de la mise en oeuvre d’un outil de pré-dimensionnement exploitable dans un contexte de conception préliminaire. Le but est de disposer d’une méthode de calcul suffisamment robuste pour prédire la tenue mécanique des fixations de roues en un temps réduit. Ce modèle interactif sera exploité dans des boucles de calcul pour étudier l’influence de paramètres de conception. Le modèle analytique non-linéaire proposé est adapté à une géométrie de roue d’avion par l’intégration de deux coefficients spécifiques (q1 et q2). Cette nouvelle formulation permet de calculer les contraintes de traction et de flexion dans les boulons. Pour valider ce modèle analytique, des simulations numériques par éléments finis ont été réalisées pour différents cas de chargement. Une analyse des résultats en contrainte montre une bonne corrélation du modèle proposé.

This doctoral thesis focuses on the calculation by the finite element method of the dynamic behavior of prestressed elastic tanks containing an internal liquid with a free surface. We consider that the hydrostatic pressure exerted by the incompressible internal fluid on the flexible walls of the tank causes large displacements, thus leading to a geometric non-linear equilibrium state. The change of stiffness related to this prestressed state induces a shift in the resonance frequencies of the coupled linear vibration problem. The main objective of the work is therefore to estimate, through precise and efficient numerical approaches, the influence of geometric nonlinearities on the hydroelastic behavior of the reservoir/internal liquid system around different equilibrium configurations. The methodology developed is carried out in two stages. The first one consists in calculating the non-linear static state by a total Lagrangian finite element approach.The action of the fluid on the structure is modelled here by hydrostatic following forces. The second step is the calculation of linearized coupled vibrations. In particular, an original reduced order model is proposed to limit the calculation costs associated with the estimation of the added mass effect. Finally, various examples are proposed and compared with results from the literature (from numerical simulations or experimental tests) to show the effectiveness and validity of the different numerical approaches developed in this work., Cette thèse de doctorat porte sur le calcul par la méthode des éléments finis du comportement dynamique de réservoirs élastiques précontraints contenant un liquide interne à surface libre. Nous considérons que la pression hydrostatique exercée par le fluide interne incompressible sur les parois flexibles du réservoir est à l’origine de grands déplacements, conduisant ainsi à un état d’équilibre non-linéaire géométrique. Le changement de raideur lié à cet état précontraint induit un décalage des fréquences de résonances du problème de vibrations linéaires couplées.L’objectif principal du travail est donc d’estimer, par des approches numériques précises et efficaces, l’influence des non-linéarités géométriques sur le comportement hydroélastique du système réservoir/liquide interne autour de différentes configurations d’équilibre. La méthodologie développée s’effectue en deux étapes. La première consiste à calculer l’état statique non-linéaire par une approche éléments finis lagrangienne totale. L’action du fluide sur la structure est ici modélisée par des forces suiveuses hydrostatiques. La deuxième étape porte sur le calcul des vibrations couplées linéarisées. Un modèle d’ordre réduit original est notamment proposé pour limiter les coûts de calcul associés à l’estimation de l’effet de masse ajoutée. Enfin, divers exemples sont proposés et comparés à des résultats de la littérature (issus de simulations numériques ou d’essais expérimentaux) pour montrer l’efficacité et la validité des différentes approches numériques développées dans ce travail.

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National audience

Les Rencontres ouvrages d'art 2018, Champ-sur-Marne, FRANCE, 19-/06/2018 - 19/06/2018; Lorsqu'un grand nombre d'ouvrages de même type sont atteints à des degrés divers par une pathologie comme la réaction sulfatique interne (RSI), il est nécessaire de les classer et de les hiérarchiser afin d'organiser au mieux la politique de gestion (surveillance, méthodes préventives ou curatives, voire réparations éventuelles), et ce en optimisant les moyens mis en oeuvre pour évaluer l'état des structures. La présente étude s'intéresse à un parc de 25 passages supérieurs à poutres précontraintes par fils adhérents (ponts PRAD) dont certaines poutres présentent des signes de dégradation par RSI, en raison d'échauffements précoces liés à l'étuvage en phase de préfabrication. Les données disponibles (relevés périodiques de fissuration, suivi fissurométrique et dimensionnel de quelques poutres, analyses de quelques carottes de béton) sont tout d?abord analysées en tenant compte de la spécificités des poutres PRAD; la cohérence interne de ces informations est vérifiée. On propose ensuite une méthode de classification qui prend en compte à la fois l'état actuel de chaque poutre et son évolution supposée. Les éléments structurels sont regroupés en un nombre restreint de classes. Sur la base de cette classification, on dégage les besoins d?informations supplémentaires (instrumentation, investigations et recalculs) et on propose des politiques de gestion adaptée à chaque cas de figure.

International audience; The present study is devoted to the long-term behavior of composites (GFRP) subjected to permanent bending. The specificity of this study largely rests on the original conditions of in situ aging of the specimens within an experimental structure of elastic gridshell in 2006. Built from rectilinear tubes designed to be elastically deformed, the prototype had to be disassembled in spring 2014. The various structural members constituted as many relaxation tests in ambient conditions as curvatures in the structure. After dismounting thus, the tubes were sorted according to their bending prestress or permanent curvature in the structure. They were then subjected to three kinds of tests: recovery, longitudinal bending and transverse bending tests. The results are then compared with those obtained during the construction of the prototype before aging as well as those of members aged under the same conditions but not mechanically solicited. All these results confirm the usual recommendations for using composites in civil engineering, which suggests limiting flexural stresses to 30% of the tensile strength to avoid damage or creep problems. At the same time, this confirms the safety and longterm robustness of the concept of double curvature structure obtained by elastic deformation of a composite plane grid.; La présente étude est consacrée au comportement à long terme des matériaux composites (GFRP) soumis à une flexion permanente. Sa spécificité repose largement sur l’originalité des conditions de vieillissement in situ des échantillons au sein d’une structure extraordinaire de type gridshell élastique. Construite en 2006 à partir de tubes rectilignes déformés élastiquement, le prototype a été démonté au printemps 2014. Les différents éléments de la structure ont ainsi constitué autant d’essais de relaxation en conditions ambiantes qu’il y avait de courbures dans la structure. Après démontage, les segments de tube ont été triés en fonction de leur courbure en place, c’est-à-dire de leur contrainte permanente de flexion. Leur courbure résiduelle a été mesurée à plusieurs instants et leurs propriétés mécaniques résiduelles (raideur et résistance) dans les sens longitudinal et transverse ont été caractérisées. Ces résultats ont ensuite été comparés aux propriétés initiales ainsi qu’à celles de certains tubes témoins non chargés mais soumis aux mêmes conditions de vieillissement. Tous les résultats confirment les recommandations usuelles qui suggèrent qu’en limitant les contraintes permanentes à 30% de la contrainte à rupture on évite tous les problèmes d’endommagement et de fluage. Ils confirment également la sécurité et la robustesse de ce concept de structurelle.

Assessing the strength of existing structures has become a major issue for structural engineers. Such analyses are often performed after changes of use of the structure or due to new design codes requirements. This is particularly relevant with respect to the shear strength of post-tensioned concrete bridges. Such structures were often designed in the past with fairly low amounts of shear reinforcement and do not comply with current code requirements in terms of amount of transverse reinforcement or shear strength. However, it should be noted that codes of practice cover the design of a wide range of cases and sometimes neglect some load-carrying actions or may be too conservative for assessing others. Therefore, the use of more refined models may potentially increase the predicted shear resistance and avoid unnecessary strengthening of existing structures. In this paper, an investigation on the behaviour of post-tensioned beams with low amounts of shear reinforcement and flanges is presented. First, the results of an experimental programme on twelve reinforced concrete beams (10.0 m long, 0.78 m high) failing in shear are described. The test series is used to analyse the most significant parameters influencing the shear strength and the failure modes. Its results are compared to a number of design codes showing different levels of accuracy. The test results are finally compared to the results of analyses based on elastic–plastic stress fields. This technique shows excellent results when compared to the test results and allows investigating on the role of the various shear-carrying actions, of the prestressing level and on the transverse reinforcement amount with respect to the various potential failure modes.

Journées Ouvrages d'Art, METZ, FRANCE, 14-/06/2017 - 15/06/2017; Le grenaillage de précontrainte est un traitement de surface qui s'applique à tous les matériaux métalliques soudés ou non. Il a pour objet de substituer les contraintes résiduelles existantes de traction par des contraintes résiduelles de compression de fortes amplitudes. L'écrouissage à température ambiante permet également de réduire le coefficient de concentration de contrainte en éliminant les défauts de surfaces comme les traces d'usinages ou les défauts au pied de cordon de soudure. Ces deux phénomènes combinés permettent d'augmenter la durée de vie en fatigue des pièces mécaniques.Il peut être utilisé de façon préventive et peut parfaitement s'appliquer en maintenance à condition d'éliminer les fissures existantes puis de choisir des paramètres adaptés et d'appliquer un procédé contrôlé suivant les normes existantes. Nous avons étudié ce procédé sur des cordons de soudure d'éprouvettes en acier S355 de grandes tailles. Le procédé de soudage utilisé pour réaliser les éprouvettes en T est le procédé Metal Active Gas (MAG). Les contraintes résiduelles après soudages et après grenaillage ont été mesurées au pied du cordon de soudure par la technique de diffraction aux rayons X. Celles-ci ont montré que les opérations de soudages créent des contraintes résiduelles de traction de l'ordre de +100 MPa sur une profondeur de 1 mm alors que le grenaillage quant à lui, permet de créer des contraintes de compression de plus de -200 MPa sur la même profondeur. Les essais de fatigue en traction ondulée, réalisés sur les éprouvettes grenaillées donnent des durées de vie 10 fois plus importantes que les éprouvettes brutes de soudage. Des investigations numériques validées par les résultats expérimentaux ont en outre permis de réaliser une étude paramétrique permettant l'optimisation des procédés de soudage et de grenaillage de précontrainte. L'application du traitement sur site nécessite des précautions particulières mais est parfaitement réalisable.

CONSEC 2016, 8th International Conference on Concrete under Severe Conditions-Environment & Loading , Lecco, ITALIE, 12-/09/2016 - 14/09/2016; In the case of exceptional accidents, nuclear containment structures may be submitted to an internal temperature increase. This may have an influence on the prestressed concrete structures behavior regarding both its mechanical performance and its porosity. The presented study got interested on the impact that a temperature increase may have on the mechanical behavior of the steel reinforcement for both prestressing strands and rebars. In order to remain in realistic situations, it was chosen to study temperatures between 20°C and 140°C. In a first part, a bibliography review will be presented to assess the expected results of the led experimental investigations. Then, some investigations regarding steel rebars will be presented. Two kinds of tests have been carried out: some tensile tests to determine how their mechanical behavior was affected by the temperature, and some pull-out tests to get some insight of the evolution of the adherence within concrete. Finally, some investigations on steel strands will be described: some tensile tests at different temperatures, and some relaxation tests to check how the level of prestress loss may be affected by the temperature. This experimental study is part of a national French project (MACENA) aiming at assessing the impact of an accident on the behavior of nuclear containment structures. The gathered experimental data should be useful for the assessment of their damage.

TINCE 2016, 3rd Conference on Technological Innovations in Nuclear Civil Engineering, Paris, FRANCE, 06-/09/2016 - 09/09/2016; Nuclear containment structures aim at preventing fluids leakage in case of exceptional accidents inducing internal pressure and temperature increase. The porosity of such a structure is strongly affected by the behavior of the concrete itself, but also by the steel reinforcement (rebar and prestressing tendons as nuclear containment are generally made using prestressed concrete). This study focuses on the presentation of experimental investigations made to understand how such an accident would influence the behavior of the steel reinforcement, regarding more particularly the influence of the temperature increase (up to 140°C). This work is part of a French national project MACENA focusing on this issue. All the tested materials come from the EDF research project VERCORS. In the case of the steel rebars, it was decided to carry out two different types of experimental investigations regarding firstly the influence of the temperature on the tensile behavior of the rebar alone, and secondly, its influence on the adhesion of the rebar with concrete. If the influence of the temperature on the tensile behavior of the steel rebars proved to be low and in agreement with the literature, the decrease of the adhesion in concrete was found to be more important than expected and not included within existing design codes. In the case of prestressing tendon, it was decided to study the influence of the temperature on the tensile behavior of the prestressing wire alone, and on its relaxation. As for the steel rebars and for the studied temperatures (under 140°C), the influence of the temperature on the tensile behavior of prestressing wires proved to be low and in agreement with the literature. Regarding the relaxation, the influence proved to be important and more particularly in the case of a prestress level of 0.8 of the ultimate capacity (figure 1). This is in agreement with the literature, but not included in current design codes.

Elastic guided waves are of interest for the non-destructive evaluation of cables. Such structures are usually helical, multiwired and highly prestressed, which greatly complicates the understanding of wave propagation from a theoretical point of view. A remarkable feature is the occurrence of a missing frequency band in experimental time–frequency diagrams, sometimes referred to as notch frequency in the literature. The central frequency of this band increases under tensile loads. Recently, a numerical model has been proposed to compute the dispersion curves of prestressed helical seven-wire waveguides. Results have shown that the notch frequency indeed corresponds to a curve veering phenomenon between two longitudinal-like modes and that the increase of the notch under tensile loads is mainly due to interwire contact mechanisms. The main goal of this paper is to highlight the origin of this curve veering phenomenon, which is still unexplained up to the author׳s knowledge. This paper also provides further results which allow us to clarify the accuracy of numerical solutions as well as the influence of contact assumptions. First, the static part of the model, necessary to compute the prestress state including contact effects, is checked from reference analytical solutions. Owing to the importance of contact, the accuracy of results is discussed both in statics and in dynamics. The influence of slip contact conditions is outlined. Then, some numerical tests are conducted by varying the Poisson coefficient and the helix lay angle. These tests allows us to find out that the radial displacement constraint imposed on peripheral wires by the central one in the contact regions constitutes the main source of curve veering. More precisely, it is shown that a similar curve veering does occur for an uncoupled single peripheral wire when constrained by a radially blocked motion localized in its contact zone. Indeed, such a localized boundary condition completely breaks the circular symmetry of the wire cross-section, yielding coupling between longitudinal, flexural and torsional motion together with curve veering phenomena.

Elastic guided waves are of interest for the non-destructive evaluation of cables. Cables are most often multi-wire structures, and understanding wave propagation requires numerical models accounting for the helical geometry of individual wires, the interwire contact mechanisms and the effects of prestress. In this paper, a modal approach based on a so-called semi-analytical finite element method and taking advantage of a biorthogonality relation is proposed in order to calculate the forced response under excitation of a cable, multi-wired, twisted, and prestressed. The main goal of this paper is to investigate how the energy transfers from a given wire, directly excited, to the other wires in order to identify some localization of energy inside the active wire as the waves propagate along the waveguide. The power flow of the excited field is theoretically derived and an energy transfer parameter is proposed to evaluate the level of energy localization inside a given wire. Numerical results obtained for different polarizations of excitation, central and peripheral, highlight how the energy may localize, spread, or strongly change in the cross-section as waves travel along the axis. In particular, a compressional mode localized inside the central wire is found, with little dispersion and significant excitability.

International audience; The aim of this study is to predict the mechanical behaviour of beams which were in sea water for 40 years. Mechanical experimentations were carried out after inspection of beams: loading in four-point bending and loading in direct tension. The mechanical behaviour of the beams is modelled before and after being corroded, with the software Eficos. The steel corrosion is taken into account only by a reduction in steel cross section because steels have no anchorage. A good correlation is obtained between simulations and experimental results for bending in the case of reinforced concrete.; Cette étude a pour but de simuler le comportement mécanique des poutres de la Rance qui ont été immergées pendant 40 ans en eau de mer. Ces poutres après auscultation ont été testées mécaniquement en flexion 4-points et en traction directe. Notre travail porte sur la modélisation du comportement mécanique des poutres avant et après corrosion à l'aide du code de calcul Eficos. La prise en compte de la corrosion est limitée aux pertes de sections des aciers qui sont des ronds lisses. On obtient une bonne adéquation entre simulations et résultats expérimentaux, en particulier dans le cas de la flexion en configuration béton armé.

9th GDR Conference on Wave Propagation in Complex Media for Quantitative and Non Destructive Evaluation, AUSSOIS, FRANCE, 07-/12/2015 - 11/12/2015; Guided wave based methods are of potential interest for the non destructive evaluation of cables. However, the understanding of mechanisms governing the propagation of guided waves is particularly complicated owing to the helical and multi-wire structure of strands, the basic elements constituting cables. The complexity of the problem is further increased by the effect of high tensioning forces applied on cables. A typical dispersion curve veering phenomenon, sensitive to the applied loads, occurs in seven-wire strands, a common type of strands in modern constructions. The main goal of this paper is to highlight the origin of this phenomenon.

The growing interest of researchers and of the construction industry demonstrates the enormous potential that steel fibre reinforced concrete (SFRC) may bring to reinforced concrete structures. In order to address modern durability concerns, it is necessary to control and anticipate cracking problems. This thesis aims to identify the thriving mechanisms of crack propagation under sustained loading, and simulate these mechanisms using a finite element approach. Three experimental programs were conducted on different SFRC specimen sizes: beams of 0.7 m; four beams of 4 m, one reinforced with steel fibres only, one with traditional reinforcement, one with bonded strands and one with unbonded strands; and one beam of 8 m. The results are used to compare the evolution of the global behaviour (deflection, compliance, etc.) and the local behaviour (crack openings, number of cracks, etc.) for three beam sizes and reinforcement conditions.For the small beams, the results show that crack propagation governs the failure of SFRC beams submitted to high sustained loadings and that an exponential relation exists between the secondary deflection and CMOD rates per unit load and sustained load levels greater than 60%, suggesting that the creep mechanism is the same regardless of the global or local scale of observation.For the 4 meters beams, the results show that the thriving mechanism of creep, resulting in the evolution of the compliance, and thus the evolution of the damage state under sustained loading, is the same for all beams, regardless of the reinforcement type. Moreover, the contribution of the reinforcement influences the secondary creep deflection rates once the efficiency of the bridging effect of fibres decreases. A greater contribution of the reinforcement leads to a lower secondary creep deflection rate.Finally, the prediction of the evolution of cracking in time in order to increase the lifetime of structures is an advantageous and promising perspective that only numerical models consistent with the cracking mechanisms of SFRC may offer. To this end, a numerical model is proposed to analyze the evolution of cracking of SFRC under high sustained loadings. This model is based on a probabilistic discrete cracking approach. The model takes into account the heterogeneity of the material in the cracking process, thus taking into account scale effects. The model is validated using the experimental results, L'intérêt grandissant des chercheurs et de l'industrie démontre l'énorme potentiel que les bétons renforcés de fibres (BRF) peuvent procurer aux ouvrages de béton armé. Afin de répondre aux enjeux modernes que pose la durabilité, il est nécessaire de maîtriser et d'anticiper les problèmes de fissuration. Ce projet de thèse a pour objectif d'identifier les mécanismes conduisant à la propagation de la fissuration sous charge soutenue, et de modéliser ces mécanismes par la méthode des éléments finis. Pour ce faire, trois programmes expérimentaux en plus des essais de caractérisation furent conduits sur des éprouvettes de différentes tailles en BRF : des poutrelles de 0.7 mètres ; quatre poutres de 4 mètres, une renforcée de fibres uniquement, une renforcée de barres d'armature traditionnelle, une de torons adhérents, et une de torons non-adhérents ; et enfin une poutre de 8 mètres. Les résultats permettent de comparer l'évolution du comportement global (flèche, complaisance, etc.) et du comportement local (ouvertures de fissures, nombre de fissures, etc.) pour trois grandeurs de poutres, et pour des conditions de renforcement différentes. Les résultats des essais sur les poutrelles montrent que la propagation de la fissuration gouverne la rupture des poutres en BRF soumises à des niveaux élevés de charge maintenue constante. Et qu'il existe une relation exponentielle entre les vitesses secondaires de flèche et d'ouverture de fissure et les niveaux élevés de charge maintenue constante. Les résultats des essais sur les poutres de 4 mètres montrent que le mécanisme moteur de la propagation de la fissuration des BRF sous charge soutenue conduisant à l'augmentation de la complaisance, et donc de l'évolution de l'endommagement global, est le même pour toutes les poutres, indépendamment du type de renforcement. De plus, la contribution de l'armature influence les vitesses secondaires de flèche une fois que l'efficacité du pontage des fibres diminue. La vitesse secondaire de flèche tend à diminuer lorsque la contribution du renforcement augmente. Finalement, la prédiction de l'évolution de la fissuration dans le temps dans le but d'accroître la durée de vie des structures est une perspective avantageuse et prometteuse que seuls les modèles numériques cohérents avec les mécanismes de fissuration des bétons peuvent offrir. À cet effet, un modèle numérique est proposé pour l'analyse de l'évolution de la fissuration des BRF sous charge soutenue à de hauts niveaux de chargement. Ce modèle est basé sur une approche probabiliste de la fissuration. Il a pour particularité de prendre en compte le rôle de l'hétérogénéité du matériau dans les processus de fissuration et notamment sur leur caractère aléatoire. La capacité du modèle numérique à prédire le comportement global et l'évolution de la fissuration est vérifiée à l'aide des résultats expérimentaux. Les résultats montrent que l'approche proposée est une des approches possibles pour simuler la propagation de la fissuration des BRF sous des niveaux élevés de chargement soutenu

Elastic guided waves are of interest for the non-destructive evaluation (NDE) of cables. Guided waves are multimodal and dispersive. Cables are complex structures, helical, multi-wired and highly prestressed. This further complicates the interpretation of measurement. Numerical models are required for understanding guided wave propagation and optimizing inspection systems. This paper reports on the modeling of wave propagation inside seven-wire strands, typically encountered in civil-engineering cables, including complicating effects such as geometry curvature and prestress. Special attention is given to the interwire energy transfer occurring in a seven-wire strand excited by a source localized in a single wire. Numerical results show how the energy transfer decreases with frequency, which leads to the discovery of a compressional mode of local type. This mode may have interesting features for the NDE of cables.

Ce livre, qui comporte six chapitres et cinq annexes, est le fruit d'une oeuvre collective. Il a été rédigé sous la direction de Bruno Godart, et sous l'égide de l'Association française de génie civil (AFGC). Il constitue une forme de plaidoyer pour la pérennité du béton précontraint qui, rappelons-le, est une invention française, mise au point par Eugène Freyssinet au début du xxe siècle. Après un premier chapitre consacré à un historique de la précontrainte, le second chapitre présente un historique très détaillé de la construction des ponts en béton précontraint en distinguant cinq grandes périodes et en mentionnant, pour chacune de ces périodes, les aspects réglementaires, les évolutions de la conception et des techniques de construction, ainsi que les problèmes rencontrés, le tout étant abondamment illustré. Le troisième chapitre dresse un état aussi exhaustif que possible du patrimoine des ouvrages en béton précontraint par post-tension. Il aborde quatre grandes familles d'ouvrages : les ponts, les structures contenant des liquides, les ouvrages maritimes et les plates-formes offshore. Le quatrième chapitre traite de la pré-tension dans le bâtiment en présentant les produits et composants précontraints utilisés dans le bâtiment et en effectuant un inventaire des pathologies liées aux produits et les solutions qui ont été trouvées pour y remédier. Il aborde ensuite les pathologies des bâtiments constitués d'éléments précontraints par pré-tension et leurs remèdes associés. Le cinquième chapitre illustre la facilité avec laquelle des structures précontraintes peuvent être réparées ou renforcées, et illustre également le grand intérêt que présente la technique de la précontrainte en matière de réparation et de renforcement de structures que celles-ci soient en béton, en maçonnerie, et même en métal. Le sixième chapitre est à la fois le dernier et le plus important de ce livre, car il présente les diverses conditions à respecter pour une maîtrise de la durabilité des structures précontraintes. Il aborde successivement les règles de conception, le choix des matériaux et des composants de la précontrainte, leur mise en oeuvre, l'auscultation et la maintenance des structures. Il s'achève sur la promotion d'une démarche stratégique afin d'atteindre le niveau de durabilité souhaitée pour la précontrainte selon l'environnement et la qualité de la protection apportée par la structure. Ce livre constitue une mine d'informations sur l'histoire de la précontrainte, sur la constitution d'un patrimoine extraordinairement varié d'ouvrages en béton précontraint, sur les règles de l'art de la construction en béton précontraint et surtout sur l'art d'assurer la pérennité de ces ouvrages pour le bonheur des futures générations.

For members and flat slabs without shear reinforcement, the shear and punching shear strength are often the determining design criteria. These failure modes are characterized by a fragile behaviour implying possible partial or total collapse of the structure. Despite extensive research in this field, shear and punching shear in reinforced and prestressed concrete structures, remain complex phenomena so much that the current approach is often empirical or simplified. The ability of Steel Fibre Reinforced Concrete (SFRC) to reduce shear reinforcement in reinforced and prestressed concrete members and slabs,or even eliminate it, is supported by several experimental studies. However its practical application remains marginal mainly due to the lack of standard, procedures and rules adapted to its performance. The stationary processes in precast industry offer optimal possibilities for using high performance cementitious materials such as Self Compacting Concrete (SCC) and High Strength Concrete (HSC). For the author, the combination of High Performance Concrete and steel fibres is the following step in the development and the optimization of this industry. The High Performance Fibre Reinforced Concrete (HPFRC) stands between conventional SFRC and Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete (UHPFRC). The HPFRC exhibiting a good strength/cost ratio is, thus, an alternative of UHPFRC for precast elements. The principal aim of this work was to analyse the shear and punching shear behaviour of HPFRC and UHPFRC structures without transversal reinforcement and to propose recommendations and design models adapted for practitioners. Several experimental studies on structural elements, i.e. beams and slabs, were undertaken for this purpose. Firstly, an original experimental campaign was performed on pre-tensioned members in HPFRC. A total number of six shear-critical beams of a 3.6 m span each, and two full scale beams of a 12 m span each, were tested in order to evaluate the shear and flexural strength. The principal parameter between the specimens was the fibres (…); Pour les poutres et les dalles ne comportant pas d'armatures de cisaillement, la résistance à l'effort tranchant ou au poinçonnement est souvent un critère important de dimensionnement. Ce type de rupture est caractérisé par un comportement fragile pouvant conduire à l'effondrement partiel voir total de la structure. Malgré de nombreuse recherche dans ce domaine, la résistance à l'effort tranchant et au poinçonnement des structure en béton armé ou précontraint demeure un phénomène complexe et dont l'approche normative est souvent empirique est simplifiée. La capacité des bétons renforcés de fibres métalliques à réduire voir à remplacer totalement les armatures de cisaillement des structures en béton armé et précontraint a été mis en évidence par plusieurs études expérimentales. Cependant, et malgré ses nombreux atouts, l'application à l'échelle industrielle des bétons de fibres est restée marginal, principalement due au manques d'un cadre normatif cohérent et reconnu. Les processus fixes d'une usine de préfabrication d'éléments en béton offre des possibilités optimales pour utiliser des matériaux cimentaires à hautes performances tel que les bétons autoplaçant, les bétons à hautes résistances, etc. Du point de vue de l'auteur, l'utilisation de bétons à hautes performances renforcés de fibres métalliques est le pas de développement et d'optimisation pour cette industrie. Les Bétons Fibrés à Hautes Performances (BFHP) reprennent une matrice similaire aux Bétons à Hautes Performances (BHP) auxquels est ajouté une certaine quantité de fibres métalliques conférant au matériau un comportement au niveau de la structure exploitable dans le dimensionnement. Les BFHP présentent un ratio résistances/coûts intéressant ainsi qu'une alternative au Béton Fibré Ultra-Performants (BFUP). L'objectif principal de ce travail est d'analyser le comportement au cisaillement et au poinçonnement d'éléments de structures en BFHP et en BFUP sans armatures de cisaillement et proposé des recommandations et des règles de dimensionnement adaptées aux ingénieurs de la pratique (…)

Shape memory alloys (SMAs) are active materials that exhibit special properties such as pseudoelasticity and memory effect. These properties are resulting from austenite vs. martensite reversible transformations governed by temperature and mechanical stress states. The austenite phase (A) and the martensite phase (M) are present respectively at high and low temperature. The shape memory effect is the ability of the material to retain a deformation gained in the martensite phase, i.e. at low temperature, and then to recover its initial shape when it returns to the austenite phase upon temperature increase. The mechanical behaviour of structural concrete is governed by a process of damage. The damaging process can be delayed by applying a uni- or multiaxial compression in order to counterbalance local tensile stresses in the material. The present thesis deals with the use of shape memory alloys (SMAs) to create prestress states in concrete components. The work is based on two approaches: experimental and modelling. In the first part, preliminary tests concern the studies of the thermomechanical behaviour of Ni-Ti SMA. This complex response is studied singly by means of a MTS uniaxial testing machine and heating-cooling systems. Then, SMA wires are used to create prestress states in small-scale concrete beams as well as confinement states in concrete cylinders. They were given a prestrain in a martensitic state before being firmly fixed on concrete components. Thermal activation of the memory effect in the SMA wires caused their tensioning, which resulted in reaction in the creation of stresses in the concrete. Moreover, crush tests of concrete cylinders are performed in order to estimate the improvement of the mechanical performance of concrete confined by means of SMA wires. The test results show that the confinement effect can improve strongly the mechanical performance of concrete. In the second part, a thermomechanical model is performed to analyze the behaviour of SMA with an extension to allow for uniaxial traction-compression. A steps by steps process of the numerical simulation is developed for SMAs during the process of prestress creation. This simulation gives a detailed description of the mechanisms of SMA wires which lead to the process of experimental studies on the SMAs-concrete components. A complex interaction between the concrete and the SMAs is evidenced by means of the thermomechanical model of SMAs. Finally, studies presented in the present thesis confirm the possibility to use SMA as preventive reinforcement for application to civil engineering structures., Les Alliages à Mémoire de Forme (AMF) sont des matériaux actifs ayant des propriétés mécaniques spectaculaires comparées aux autres métaux : effets mémoire simple et double sens, pseudo-élasticité et amortissement. Les propriétés des AMF ont pour origine physique une transformation austénite – martensite pilotée par la température et le niveau de contrainte dans le matériau. Les phases austénite (A) et martensite (M) sont présentes respectivement à haute température et à base température. L’effet mémoire, quant à lui, réside dans la capacité du matériau à retrouver la forme austénitique initiale par élévation de température, après avoir été déformé de manière permanente à l’état martensitique à basse température. Le comportement mécanique des structures en béton est gouverné par le processus d’endommagement du matériau. Ce processus peut être retardé en appliquant un chargement uni ou multi-axial de compression, dans le but de contrer les contraintes locales de traction auxquelles le béton est peu résistant. Cette thèse porte sur l’utilisation d’alliages à mémoire de forme (AMF) pour la création d’états de précontrainte dans des composants en béton. Le travail repose sur deux approches : expérimentation et modélisation. Dans la première partie, des essais préliminaires concernent l’étude du comportement thermomécanique de l’AMF en Ni-Ti. Cette réponse complexe est étudiée de manière séparée à l’aide d’une machine de traction – compression uni-axiale couplée à des moyens de chauffage et de refroidissement. Ensuite, des fils d’AMF sont utilisés pour la création de précontraintes dans des poutrelles et de confinements dans des cylindres en béton. Les fils sont étirés à l’état martensitique avant d’être fixés à leurs extrémités sur des éprouvettes en béton. L’activation thermique de l’effet mémoire provoque la mise en contrainte du béton. Et puis, des essais d’écrasement des cylindres sont réalisés pour estimer l’amélioration des performances du béton confiné à l’aide de fils d’AMF. Les résultats montrent que l’effet de confinement permet d’améliorer fortement la performance mécanique en compression du béton. Dans la deuxième partie, un modèle thermomécanique est élaboré pour l’analyse du comportement de fils d’AMF sollicités en traction-compression alternée uni-axiale. Une procédure de calcul numérique pas-à-pas est développé pour la simulation du comportement de fils en AMF pour l’ensemble de la procédure de création d’effet de précontrainte. Cette simulation donne une description fine des mécanismes au sein du fil au cours des essais sur des composants en béton-AMF. L’interaction complexe entre le béton et l’AMF est précisément analysée grâce à l’utilisation du modèle thermomécanique de l’AMF. Enfin, les études de cette thèse confirment une possibilité du champ d’application des AMF dans la thématique du renforcement préventif des structures en béton.

We are interested at this work in the prestressing by pre-tensioning of Ultra High-Performance Fibre Reinforced Concrete (UHPFRC) with Carbon Fibre Reinforced Polymer bars (CFRP). The combination of these two materials should allow to produce prestressed members with high strength and durability. This intensive experimental study was conducted in three phases. The first phase involves the study of bond between the PFRC and UHPC at which the optimal configurations of surface reinforcements (rods) are presented. In the second phase we propose an anchoring system for pretensioning of CFRP bars. This system keeps all of the tensile strength of PFRC bars. The third phase is devoted to an experimental campaign of 4 points bending tests conducted on UHPC beams prestressed by CFRP bars and steel strands. The overall behavior of prestressed beams in bending is analyzed in terms of stiffness, followed by cracking, loss of prestresse, bearing capacity and ductility. The results are very encouraging and open up prospects for the use of CFRP as reinforcement for prestressing; Nous nous intéressons dans ce travail à la mise en précontrainte par pré-tension d'éléments en Béton Fibré Ultra Performant (BFUP) par des renforts en Polymères Renforcés de Fibres de Carbone (PFRC). L'association de ces deux matériaux doit permettre de réaliser des éléments précontraints présentant une haute résistance mécanique et une grande durabilité. Cette étude à forte composante expérimentale s'est déroulée en trois phases. La première phase concerne l'étude de l'adhérence entre les PFRC et le BFUP au cours de laquelle des configurations de surface optimales des renforts (joncs) sont présentées. Dans la deuxième phase nous proposons un système d'ancrage permettant de mettre en tension les joncs de précontrainte. Ce système permet de conserver l'intégralité de la résistance en traction des joncs PFRC. La troisième phase est dédiée à une campagne expérimentale d'essais de flexion 4 points menée sur des poutres BFUP précontraintes par des joncs PFRC et des torons acier. Le comportement global des poutres précontraintes en flexion est analysé en termes de rigidité, de suivi de la fissuration, de pertes de la précontrainte, de capacité portante et de ductilité. Les résultats obtenus sont très encourageants et ouvrent des perspectives pour l'utilisation des PRFC en tant que renforts actifs pour la précontrainte

We are interested at this work in the prestressing by pre-tensioning of Ultra High-Performance Fibre Reinforced Concrete (UHPFRC) with Carbon Fibre Reinforced Polymer bars (CFRP). The combination of these two materials should allow to produce prestressed members with high strength and durability. This intensive experimental study was conducted in three phases. The first phase involves the study of bond between the PFRC and UHPC at which the optimal configurations of surface reinforcements (rods) are presented. In the second phase we propose an anchoring system for pretensioning of CFRP bars. This system keeps all of the tensile strength of PFRC bars. The third phase is devoted to an experimental campaign of 4 points bending tests conducted on UHPC beams prestressed by CFRP bars and steel strands. The overall behavior of prestressed beams in bending is analyzed in terms of stiffness, followed by cracking, loss of prestresse, bearing capacity and ductility. The results are very encouraging and open up prospects for the use of CFRP as reinforcement for prestressing; Nous nous intéressons dans ce travail à la mise en précontrainte par pré-tension d'éléments en Béton Fibré Ultra Performant (BFUP) par des renforts en Polymères Renforcés de Fibres de Carbone (PFRC). L'association de ces deux matériaux doit permettre de réaliser des éléments précontraints présentant une haute résistance mécanique et une grande durabilité. Cette étude à forte composante expérimentale s'est déroulée en trois phases. La première phase concerne l'étude de l'adhérence entre les PFRC et le BFUP au cours de laquelle des configurations de surface optimales des renforts (joncs) sont présentées. Dans la deuxième phase nous proposons un système d'ancrage permettant de mettre en tension les joncs de précontrainte. Ce système permet de conserver l'intégralité de la résistance en traction des joncs PFRC. La troisième phase est dédiée à une campagne expérimentale d'essais de flexion 4 points menée sur des poutres BFUP précontraintes par des joncs PFRC et des torons acier. Le comportement global des poutres précontraintes en flexion est analysé en termes de rigidité, de suivi de la fissuration, de pertes de la précontrainte, de capacité portante et de ductilité. Les résultats obtenus sont très encourageants et ouvrent des perspectives pour l'utilisation des PRFC en tant que renforts actifs pour la précontrainte

L'application de méthodes électrochimiques de protection contre la corrosion (protection cathodique et déchloruration) en présence d'armatures de précontrainte est susceptible de provoquer une production d'hydrogène et par conséquent un possible phénomène de fragilisation par hydrogène de l'acier. Des essais permettant de déterminer l'influence d'une surprotection électrochimique sur des câbles de précontraintes dans des solutions corrosives simulant le milieu cimentaire environnant ont été réalisés. Les paramètres étudiés au cours de ces essais sont la densité de courant imposé, la composition et la concentration de la solution corrosive. L'analyse et l'appréciation de la dégradation des armatures et notamment le phénomène de fragilisation par hydrogène sont ensuite réalisés au moyen d'essais de type mécanique, électrochimique et de dosage d'hydrogène. Cet article présentera les premiers résultats obtenus et les premières conclusions mettant en avant la fragilisation par hydrogène dans l'acier.

Les nouvelles normes européennes pour la conception et le calcul des structures en acier (Eurocode 3, série EN 1993) et pour leur exécution (série EN 1090) sont en rapport étroit avec l'introduction d'une série de nouvelles normes européennes relatives aux boulons précontraints et non-précontraints. Cette contribution offre une vue générale des différents types de boulons à haute résistance aptes à la précontrainte européens et montre les aspects les plus importants de leur utilisation.

National audience; Les ondes guidées sont utilisées pour contrôler des composants de grandes dimensions comme les plaques et tubes. Elles présentent l'avantage de se propager sur de longues distances avec peu de perte d'énergie. Néanmoins, l'interprétation des signaux mesurés est souvent délicate en raison de la nature multimodale et dispersive des ces ondes. Lors d'un essai de contrôle non-destructif (CND) par ondes guidées, la simulation est un outil susceptible de faciliter l'interprétation de ces signaux, voire d'optimiser les configurations de contrôle. Le but de ce travail est de modéliser la propagation des ondes élastiques dans des guides hélicoïdaux soumis à un chargement axial. Le CND des ressorts et des torons multi-brins est une application potentielle du modèle proposé. L'étude de la propagation des ondes dans un guide hélicoïdal sous chargement nécessite l'écriture des équations tridimensionelles de la dynamique des structures précontraintes dans un système de coordonnées hélicoïdales. L'écriture de ces équations dans une base associée à l'hélice permet de rendre le problème invariant par translation le long de cette hélice. La méthode des éléments finis semi-analytiques (SAFE) peut ensuite être appliquée, réduisant ainsi le maillage à la section du guide (bidimensionelle). Le problème aux valeurs propres obtenu peut être résolu en fixant le nombre d'onde ou la fréquence. Par ailleurs, le calcul de l'état précontraint statique est résolu par une méthode de type multi-échelle dans laquelle est prise en compte l'invariance hélicoïdale de la structure. Une validation du modèle SAFE est effectuée avec une solution semi-analytique de poutre de Timoshenko hélicoïdale chargée. Les courbes de dispersion obtenues mettent en évidence les effets de précontrainte sur des guides hélicoïdaux de différents angles et rapports de rayon. Comme pour les guides droits, l'effet du chargement se révèle significatif en basses fréquences, avec toutefois un comportement plus complexe lié à la courbure du guide.

Guided waves are used to control large components such as plates and tubes. They have the advantage to spread over long distances with little loss of energy. Because of the dispersive and multimodal behavior of guided waves, simulation becomes a very helpful tool for a proper analysis of these tests. The aim of this work is to model the elastic waves propagation in helical waveguides subjected to axial load. This study requires the development of elastodynamics equations in a helical coordinate system, which is translationally invariant along the helix centerline. The semi-analytical finite element (SAFE) method may then be applied, reducing the mesh to the section of the guide (two dimensional). The eigen-problem can be solved by fixing the wavenumber or frequency. Moreover, the computation of the prestressed state is solved by a 2D model based on the asymptotic expansion in which the invariance of the helical structure is taken into account. Results for single straight and helical wires are first computed in order to validate the approach. A dispersion analysis for a seven wire strand with simplified contact conditions is then performed.

Most of France's energy is nuclear. The reactor building comprises a internal and external containment. The internal containment is prestressed to limit the flow of leakage in the internal-external space. The prestress decreases during time by the creep of concrete. It may propagate the cracks by the accidental internal pressure. So we define two research problems : propagation of macrocracks in viscoelastic structure ; effective behavior of microcracked viscoelastic material. Firstly, we develop a Burger viscoelastic model of concrete with two approaches: numerical and analytical. Then we solve the problem of single cracks in developing thermodynamically the concept of energy release rate. In the third part we develop a viscoelastic model to study the effective behavior of microcracked materials in the case without propagation. The problem of propagation of microcracks is then studied by a numerical approach based on the "representative pattern morphology". These studies are finally applied to solve the problems of crack propagation and damage of containment under accidental internal pressure, La plupart de l'énergie en France est d'origine nucléaire. Le bâtiment de réaction comporte une enceinte interne et une externe. L'enceinte interne est en béton précontraint, pour limiter le débit de fuite dans l'espace interne-ence inte. La précontrainte diminue au cours du temps à cause du fluage du béton. Il risque de se propager des fissures par une pression accidentelle interne. On pose alors deux problèmes de recherche : propagation de macrofissures dans une structure viscoélastique ; comportement effectif d'un matériau viscoélastique microfissuré. On développe tout d'abord un modèle viscoélastique de Burger pour le béton avec deux approches de calcul numérique et analytique. On traite ensuite le problème de fissure unique en développant thermodynamiquement la notion du taux de restitution d'énergie. Dans la troisième partie, on établit un modèle viscoélastique pour modéliser le comportement effectif des matériaux microfissurés dans le cas sans propagation. Le problème de propagation de microfisures est étudié ultérieurement par une approche numérique basée sur le "motif morphologique représentative". Ces études sont finalement appliquées pour traiter les problèmes de propagation de fissure et endommagement d'une enceinte de confinement sous l'application d'une pression accidentelle interne

This thesis is devoted to the modeling of elastic wave propagation in helical waveguides subjected to axial loads. Non destructive testing (NDT) of springs and multi-wire strands is a potential application of the proposed model. The study of wave propagation in loaded helical waveguides requires the expression of tridimensional equations describing the motion of prestressed structures in a helical coordinate system. The semi-analytical finite element method (SAFE) is then applied considering the property of translational invariance and the problem is reduced to the cross-section (2D). The eigenproblem obtained can be solved by fixing the wavenumber or the frequency. The computation of the prestressed static state is solved by a helical homogenization method accounting for the invariance. The correlation between the static computational model and an analytical model of the literature indicates the validation of our model for springs. Moreover, agreement between our model and a 3D finite element model found in the literature for the case of seven-wire strands is satisfactory. The SAFE model is validated with a model of Timoshenko helical beams subjected to axial loads. It is shown that wave propagation is sensitive to axial loads in terms of prestress and geometry deformation and that this influence is significant only at low frequencies. Finally, the elastic wave propagation in seven-wire strands subjected to axial loads is analysed. The dispersion curves obtained numerically are compared to experimental data in the literature. A good agreement is found for the first compressional-like modes and their veering central frequency., Le travail de cette thèse est consacré au développement d'un modèle de propagation des ondes élastiques dans un guide d'onde hélicoïdal soumis à une sollicitation axiale. Le contrôle non destructif des ressorts et des torons multi-brins est une application potentielle du modèle proposé. L'étude de la propagation des ondes dans un guide hélicoïdal soumis à un chargement axial nécessite l'écriture des équations tridimensionnelles de l'élastodynamique dans un système de coordonnées hélicoïdales. La méthode des éléments finis semi-analytique (SAFE) est ensuite appliquée en exploitant la propriété d'invariance par translation, réduisant ainsi le maillage à la section. Le problème aux valeurs propres obtenu peut être résolu en fixant le nombre d'onde ou la fréquence. Par ailleurs, le calcul de l'état précontraint statique est résolu par une technique d'homogénéisation hélicoïdale dans laquelle est prise en compte l'invariance de la structure. Le modèle de calcul statique est validé par un modèle analytique pour les ressorts et par un modèle éléments finis 3D pour les torons, issus de la littérature. Le modèle SAFE est validé pour les ressorts par un modèle de poutre hélicoïdale sous chargement axial. Il est montré que l'effet du chargement agit en fonction de la précontrainte et de la déformation de la géométrie et n'est significatif qu'en basses fréquences. Finalement, la propagation des ondes élastiques dans un toron à sept brins soumis à un chargement axial est analysée. Les courbes de dispersion obtenues numériquement sont comparées à des données expérimentales. Une bonne concordance est obtenue pour les premiers modes de type compression et le phénomène de fréquence "manquante" associé.

In a pre-stressed fastener, forces are transmitted between two elements by friction which is made possible by the application of transversal compression forces. The aim of this work was to apply this principle to timber fasteners. Thanks to former results, a preliminary experimental study was done on stubbles of bamboo. This ?grass? has a higher transversal compression resistance than wood. In order to transpose the principle of pre-stress from bamboo to timber, it was necessary to increase the compression resistance of timber. The idea proposed here is the densification of wood by localised cold compression beyond its elastic limit. Picea abies was characterized in transversal compression beyond its elastic limit. This analysis gave stress-strain curves which depend on the density of the wood. The influence of the densification on the resistance in longitudinal tension was also measured. This resistance is constant and then it decreases rapidly from a critical densification rate function of the density of the wood. The pre-stress of the tested timber and bamboo fasteners was modelled by a finite elements model. The anisotropy of the materials was taken into account by the superposition of a crushable foam model (non linear behaviour in transversal direction) and beams (longitudinal direction). This structural mesoscopic model allowed simulating the densification, the loading and unloading of the fasteners until their failure which lead to an optimization of the connectors., Dans un assemblage précontraint, des efforts sont transmis entre les pièces par mobilisation du frottement suite à l'application d'une contrainte de compression normale. L'objectif de ce travail était de transposer ce principe de transmission des efforts au matériau bois. A partir de résultats existants, une étude expérimentale préliminaire a été menée sur des chaumes de bambou. L'intérêt de cette « graminée » par rapport au bois est sa résistance importante en compression transversale. Pour appliquer ce principe à des avivés de bois, il a été nécessaire de les densifier par compression localisée à froid au-delà de leur limite élastique. Une caractérisation de Picea abies en compression transversale au-delà de sa limite élastique a été réalisée. Cette analyse a abouti à une loi de comportement fonction de la densité de l'éprouvette. De plus, l'influence de la densification du bois sur sa résistance en traction longitudinale a été mesurée. Il s'avère que cette résistance est constante puis chute à partir d'un taux de densification critique fonction de la masse volumique du bois. La phase de mise en place de la précontrainte dans les assemblages bois et bambou testés a été modélisée par éléments finis. L'orthotropie des matériaux a été pris en compte par la superposition d'un modèle mousse (comportement non-linéaire transversal) et d'un modèle poutre (direction longitudinale) créant une structure dont la taille des éléments ne descend pas en dessous de celle des cernes. Ce modèle structural mésoscopique a permis de simuler les phases de densification, charge, décharge de l'assemblage et d'atteindre la limite à rupture, permettant d'aller jusqu'à une démarche d'optimisation.

Des prélèvements ont été effectués en février 2008 sur deux poutrelles de BPR (béton fibré ultra-performant maintenant intégré comme matériau structurel au sein de la gamme ®Ductal) fabriquées en mai 1996 et placées ensuite au pied d'un aéroréfrigérant de la centrale nucléaire de Cattenom dans l'Est de la France. Exposées à une aspersion intense de gouttelettes d'eau, ces poutrelles précontraintes maintenues dans un état de flexion permanente constituent des témoins de durabilité vis-à-vis de la poutraison située en partie supérieure. Les observations microscopiques et les mesures mécaniques et chimiques effectuées sur ces prélèvements sont fournies et analysées et permettent de conclure au très haut potentiel de durabilité de ces structures en BFUP.

The goal of this paper is to numerically investigate the effect of prestress on the propagation of elastic waves in straight and helical waveguides. The simulation technique, based on a semi-analytical finite element (SAFE) method, reduces the problem to the two-dimensional cross-section. The three-dimensional equilibrium equations of prestressed structures are written in the covariant and contravariant bases and used for the SAFE method. The eigenproblem can be solved by fixing the wavenumber and finding the angular frequency or inversely. Dispersion curves for single straight and helical wires will be computed to quantify the effect of prestress on the wave propagation.

The goal of this paper is to investigate jump conditions for unsteady small perturbations at impermeable interfaces, slip or bonded, plane or not, between fluids and structures in the presence of initial flow and prestress. Based on conservative equations obtained from a mixed Eulerian–Lagrangian description, interface conditions are first derived in an elegant and straightforward manner thanks to the concept of generalized functions in distribution theory. These conditions are validated with exact conditions derived from a direct linearization of the standard jump conditions. For a straightforward comparison between both approaches, all conditions are written in terms of a curvilinear coordinate system attached to the interface. The normal Lagrangian displacement continuity across the interface is proved to be a sufficient condition. The jump conditions for mass, momentum, energy and entropy are discussed, yielding conditions for the Lagrangian perturbations of displacement, stress, heat flux and temperature. Displacement and stress jump conditions are shown to coincide with literature results. The mixed Eulerian–Lagrangian description is likely to be advantageous over its fully Eulerian or Lagrangian counterparts. It yields an interesting unification between existing formulations for inviscid fluids (Galbrun’s equation) and solids (updated Lagrangian formulation), together with simpler jump conditions.

La technique d'émission acoustique (EA) est étudiée dans le cadre de l'auscultation de la corrosion sous contrainte des câbles de précontrainte. Cette méthode de contrôle non destructive semble particulièrement adaptée puisqu'elle permet de détecter des défauts actifs en temps réel. Dans cette étude, les mécanismes de corrosion sont reproduits de manière accélérée en utilisant une solution de thiocyanate d'ammonium. Ce travail propose dans un premier temps de caractériser les différentes phases d'endommagement des armatures par des paramètres d'EA. La seconde partie de cette étude consiste à appliquer la méthode d'EA sur une structure proche des configurations in-situ. Le choix et le positionnement des capteurs ont été particulièrement examinés. Ces premiers résultats montrent la difficulté de détecter des ondes propageant dans le câble enrobé de coulis de ciment. Néanmoins certains capteurs apportent des résultats prometteurs.

Ce travail de recherche est réalisé dans le cadre du programme national ACTENA (Auscultation des Câbles Tendus Non Accessibles) co-financé par l'Agence National de la Recherche (ANR) et Electricité De France (EDF). Nous nous attacherons, lors de cette thèse, à adapter l'émission acoustique aux exigences structurelles des ouvrages d'art en béton précontraint ainsi qu'à détecter et caractériser les phénomènes corrosifs. Ce travail a pour principal objectif de mettre au point, en laboratoire, la technique de détection sur des éléments de structure de taille réduite reprenant les dispositions constructives rencontrées sur ouvrages ainsi que d'étoffer et valider les connaissances théoriques de la discipline. L'EA est également utilisée dans le but de mieux appréhender les mécanismes de fragilisation par l'hydrogène.

Les méthodes de contrôle non destructif sont de plus en plus nombreuses et variées. La plupart d'entre elles ne permettent pas le contrôle en temps réel de l'évolution de la structure. À l'inverse de l'émission acoustique (EA). Grâce à la réception, par les capteurs placés sur la structure, d'ondes acoustiques émises par des défauts actifs, une détection et une localisation des défauts peuvent être réalisées. Naturellement, une méthode de contrôle non destructif doit être adaptée non seulement au type d'endommagement, mais aussi à la structure à surveiller. Les ouvrages d'art étudiés, dans le cadre de ce travail, sont les ponts en béton précontraint.