2 Principaux résultats des opérations closes fin 2009

Deux journées de séminaires organisées à l’ENPC dans le cadre de cette opération ont donné lieu à deux numéros spéciaux du BLPC et de la RFG qui rassemblent l’ensemble des travaux présentés au cours de ces journées :

- « Rencontre sur le risque rocheux », ENPC, 16 avril 2004 (E. Dimnet, A. Pouya)

n° Spécial du BLPC (Juil.Août.Sept 2006, 263-264).

- « Discontinuités et joints et dans les massifs rocheux » organisée en commun avec le CERMES le 24 mai 2007 (A. Pouya, J. Sulem).

n° spécial éparation pour 2008.

Thèses associées

Yi Zhang (LCPC/ FDOA) : Analyse et dimensionnement d’ouvrages de protection contre les chutes de blocs (soutenue 2006)

Marion Bost (LCPC/ MSRGI) : Altération par le gel des massifs rocheux : Etude expérimentale et modélisation des mécanismes de génération des contraintes dans la fissure (soutenue 2008)

Johan Kasperski (LR Lyon) : Apport de l’imagerie multi-sources à la compréhension de la dynamique du mouvement des versants (soutenue 2008)

Pedram Bémani Yazdi (LCPC/MSRGI) : Modélisation de la stabilité des massifs rocheux avec prise en compte de l’endommagement des joints et mécaniques (soutenance prévue fin 2009)

Publications

En dehors d’une quarantaine de rapports et d’une vingtaine de communications aux congrès spécialisées (JNGG, GEOLINE, EUROCK, ISRM, NUMGE...), les travaux de cette opération ont produit :

- 4 Articles BLPC :

Ph Berthet Rambaud, «  Exploitation analytique et modélisation numérique des essais d’impact sur dalle pare-blocs structurellement dissipante », BLPC n° n°262-263, 19-42 (2006)

A. Pouya, Ch. Leonard, P. Alfonsi, “Application d’un modèle de joint frottant visqueux activé par la pluie au glissement de La Clapière”, Bulletin des Laboratoires de Ponts est Chaussées, n° 263-264, juil/aout/sep (2006), pp 71-83.

LeHir C.,Dimnet E., Berger F. (2006) Etude de la trajectographie des chutes de blocs en forêts de montagne. Bulletin des Laboratoires des Ponts et Chaussées, no 263-264 numéro spécial Risque rocheux.

S. Dal Pont, Eric Dimnet, Simulation numérique du comportement des matériaux hétérogènes par la méthode A-CD2. Accepté par le Bulletin des laboratoires des Ponts et Chaussées (2007).

- 2 Articles RFG :

Ahmad Pouya, Farhad Elmi, Emmanuel Bourgeois, Pedram Bémani , Eléments joints dans le code CESAR-LCPC, Application aux milieux fracturés, fissurés et aux problèmes d’interface , RFG 2008, article accepté (2008)

M. Gasc-Barbier, D. Virely, J. Guittard, Comportement au cisaillement d’un joint rocheux naturel, RFG 2008n, article accepté (2008)

- 5 Articles de revues internationales ou de rang A :

A. Pouya, Ch. Leonard, P. Alfonsi, “Modelling a viscous rock joint activated by rainfall : Application to the La Clapière landslide”, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 44 (2007) 120-129.

C. Le Hir, F. Berger, É. Dimnet, R. Cojean, 2006. Méthodologie de modélisation spatialisée du rôle des peuplements forestiers dans la protection contre les chutes de blocs. European Journal of GIS and Spatial Analysis, no de juillet-décembre 2006, pp 527-544.Edition Lavoisier.

S. Dal Pont , E. Dimnet, 2006. A theory for multiple collisions of rigid solids and numerical simulation of granular flow. International journal for Solids and Structures, Vol 43-11, pp 3655-3674.

Dal Pont, S., Dimnet, E., 2007. Theoretical approach of instantaneous collisions and numerical simulation of granular media using the A-CD2 method. Accepté par International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanic.

S. Maiolino, “Proposition of a general yield function in geomechanics”, Comptes Rendus Mécanique 333 (3), 279-284

Pour plus d’information : contact Ahmad Pouya : ahmad.pouya@lcpc.fr-

11M061 – Prévoir le bruit en milieu urbain

Responsable : Guillaume Dutilleux et Judicaël Picaut – DT Réf : M. Boulet

Durée  : 4 ans (2006-2009)

Enjeux et objectifs

La prise en compte des nuisances sonores au niveau européen a donné lieu à la promulgation d’une directive européenne prescrivant de réaliser des cartes de bruit dans toutes les agglomérations de plus de 100 000 habitants à l’horizon 2012.

La complexité du secteur urbain soumis à de multiples sources de bruit, nécessite d’importants travaux de recherches pour doter les décideurs d’outils de prévision et d’évaluation performants et fiables.

Sujets traités

1 - caractérisation acoustique de catégories de véhicules mal connues (2-roues, tramways, autobus) typiques de l’urbain

2 - évaluation d’impact sonore d’aménagements urbains sur la base de la simulation dynamique du trafic, et de mesures

3 - étude des phénomènes propagatifs (micro-météorologie, diffusion par les façades) en milieu urbain et développement de modèles de prévision

Partenariats

CSTB, Ecole Centrale de Nantes, Université du Maine, Université de La Rochelle, IRSTV, GdR « Bruit des Transports »

Projet européen SILENCE

Contrat DEUFRAKO P2RN (conception de revêtements peu bruyants en collaboration avec COLAS, Eiffage TP, ENPC, INRETS, ENTPE, BASt, Müller-BBM.

Contrat ADEME OPALHA (Outil de Prévision Acoustique pour l’Habitat et le milieu urbAin)

Contrat Région des Pays de La Loire EM2PAU (effets de la micro-météorologie sur la propagation acoustique en milieu urbain)

Résultats principaux

Sur le plan de l’émission sonore, les résultats principaux sont une meilleure connaissance des 2-roues. Un ensemble de campagnes de terrain avec des véhicules du flot et des véhicules maîtrisés apportent les fondements d’un modèle d’émission adapté à ces véhicules.

L’évaluation de l’impact des aménagements de voirie (giratoires, chicanes, ralentisseurs,...) est désormais accessible à la simulation, grâce à ISAUr, un outil logiciel qui combine SIG, simulation dynamique du trafic (collaboration INRETS/LICIT), émission sonore des véhicules (collaboration INRETS/LTE) et propagation acoustique.

Sur le plan de la propagation sonore, les possibilités de la méthode TLM ont été largement étendues par la formulation de conditions aux limites absorbantes et impédance (Thèse de Gwenaël Guillaume). Ces développements permettent la simulation d’un milieu infini (atmosphère) dans un domaine fini et une description réaliste de l’absorption du sol et des bâtiments.

Mesures sur piste d’émission sonore de 2-roues (cliché ERA 32)

Le logiciel iSimpa est une interface utilisateur qui permet la définition/visualisation de simulations de propagation acoustique en acoustique extérieure et intérieure sans préjuger du modèle de prévision.

Simulation TLM en configuration urbaine (Thèse G. Guillaume)

Interface générique iSimpa (J. Picaut - N. Fortin)

Principaux produits

• méthode de caractérisation de l’émission sonore des véhicules en mouvement par des sources équivalentes (thèse de Francis Golay)
• méthode de mesure d’absorption acoustique en régime stationnaire adaptée aux chaussées
• état de l’art des sources urbaines, indicateurs de gêne, développement de méthodes simplifiées pour la cartographie urbaine (Projet ANR – EvalPDU)
• ISAUr : outil d’évaluation de l’impact sonore des aménagements de voirie
• conditions aux limites impédance et « PML » en TLM (thèse de Gwenaël Guillaume)
• modèle de diffusion pour la prévision du bruit à l’intérieur, à l’extérieur et de la transmission extérieur / intérieur (Projet OPALHA)
• prototype de diffuseur pour façades comme solution de réduction de bruit urbain
• I-Simpa : interface utilisateur générique de définition/visualisation de calculs acoustiques multi-modèle
• toolboxes Scilab pour l’acoustique : émission, propagation, météorologie pour l’acoustique, indicateurs, traitement du signal
• code de calcul de prévision du bruit en milieu urbain

Thèses associées

Gwenaël Guillaume, Application de la méthode TLM à la modélisation de la propagation acoustique en milieu urbain. Thèse de doctorat de l’Université du Maine, 2009, 141 p.
Francis Golay, Caractérisation de l’émission sonore des véhicules étendus. Thèse de doctorat de l’Université du Maine. En cours.

Pour plus d’information, contact Guillaume Dutilleux : guillaume.dutilleux@developpement-durable.gouv.fr-

11M062 – Hydrologie des milieux urbains pour la maîtrise de la pollution des eaux et des sols

Responsable : Emmanuel Berthier, DREIF/LROP – DT Réf : Hervé Andrieu
Durée  : 4 ans (2006-2009)

Enjeux et objectifs

Mieux maîtriser la pollution des eaux et des sols en milieu urbain. L’opération a l’ambition d’aborder tout le cycle de l’eau en ville, depuis l’arrivée de la pluie jusqu’à l’impact des rejets dans les milieux récepteurs.

Partenariats

- Institut de Recherche des Sciences et Techniques de la ville, Fédération de recherche du CNRS située à Nantes, qui rassemble des compétences en sciences et techniques (ECN, CSTB, ..), en architecture et urbanisme, et en sciences humaines et sociales.

- HURRBIS : Réseau des Observatoires Français en Hydrologie Urbaine, qui comprend les équipes du LEESU (ENPC), de l’INSA de Lyon, du CEMAGREF, du LSE (ENTPE), …

- plusieurs collectivités territoriales, en particulier la Communauté Urbaine de Nantes

Résultats principaux

- avancées importantes vers une modélisation intégrée complète du cycle de l’eau en ville (modèle URBS). Le couplage avec les écoulements souterrains a été réalisé sur quelques bassins versants tests et URBS a été intégrée dans la plateforme de modélisation LIQUID qui permet de coupler différents modèles couvrant différents milieux. Les bases de données du Site Atelier Pluridisciplinaire (SAP) de Nantes ont été complétées ;

- la mesure en continu des flux polluants à l’intérieur des réseaux d’assainissement a été améliorée, en particulier grâce à des capteurs de turbidité dont les conditions d’usage sont mieux maîtrisées et les résultats mieux interprétés (y compris dans leurs incertitudes) ;

- le recours aux indicateurs biologiques traditionnels (IBG et IBD) pour évaluer l’impact d’un déversoir d’orage sur une petite rivière urbaine s’est avéré moyennement satisfaisant. Ces indicateurs ont du mal à traduire les dynamiques spatiales et temporelles de l’impact du rejet ;

- les filtres plantés de roseaux sont apparus comme efficaces pour traiter des surverses unitaires par temps de pluie. Les côtés simple et robuste de la technique sont de réels atouts pour un développement opérationnel de traitement des rejets pluviaux ou unitaires par temps de pluie ;

- enfin les Structures Alvéolaires Ultra-légères (SAUL) sont apparues comme des techniques d’avenir pour une meilleure gestion des eaux pluviales en ville. Leur tenue mécanique mérite toutefois encore quelques travaux.

Produits principaux obtenus

- publication d’un ERLPC synthétisant les résultats de l’opération et organisation d’un séminaire de clôture orienté vers les opérationnels (1er semestre 2010) ;

- intégration du schéma URBS dans la plateforme de modélisation LIQUID du cycle de l’eau (cible : le milieu scientifique) ;

- logiciel (prototype) permettant de simuler les infiltrations d’eau du sol dans les réseaux (diffusable à des partenaires) ;

- guide sur l’utilisation des SAUL pour la rétention des eaux pluviales.-

Développement d’une mesure des faibles débits dans un réseau d’eaux pluviales (SAP à Nantes)

Schéma de principe des échanges hydriques représentés dans le modèle URBS

Thèses associées 

- E. Muca, Effet de la stratification sur l’écoulement et le transport de colloïdes dans un milieu poreux représentatif des sols urbains
- O. Raynaud, Efficacité de politiques de réduction des eaux claires parasites
- A.-L. Le Delliou, Modélisation intégrée des flux d’eau dans la ville
- C. Lacour, Intérêt de la mesure en continu de la turbidité

Pour plus d’information, contact Emmanuel Berthier

email : emmanuel.berthier@developpement-durable.gouv.fr

11M063 – Caractérisation et gestion des résidus de l’assainissement pluvial routier et urbain

Responsable : V. Ruban DT Réf : J-P. Magnan

Durée  : 3 ans (2006-2008)

Enjeux et objectifs

Le devenir des sédiments issus de l’assainissement pluvial est une préoccupation forte des gestionnaires de bassins et voiries. En effet, ces résidus représentent des quantités importantes et sont fréquemment pollués en éléments traces, matière organique et hydrocarbures. Leur gestion constitue donc un réel enjeu économique et environnemental.

Pour que les solutions proposées reposent sur des bases techniques solides, il est nécessaire d’acquérir une meilleure connaissance des polluants. En particulier, une identification fine de ces polluants est indispensable. Par ailleurs, la solution la plus satisfaisante pour limiter la pollution est sa réduction à la source. À cette fin, identifier les polluants est aussi une démarche primordiale. Enfin, pour que les produits traités soient réutilisables, les risques liés à leur utilisation potentielle doivent être évalués.

Partenariats

- RST : LR Bordeaux, LR Lille, Lyon, LROP, LR Nancy, L.S.E-ENTPE

- Université de Poitiers

- BRGM

- St Dizier Environnement

Financement : Agence de l’Eau Seine-Normandie, SETRA

Résultats principaux

Des expérimentations batch/colonne, des observations au MEB et un travail de modélisation de l’équilibre chimique dans les éluats ont été réalisés afin d’étudier le potentiel de relargage des sédiments et de caractériser les phénomènes de transport. Les expérimentations en laboratoire ont permis de constater qu’à quelques exceptions près les concentrations en métaux mobilisés étaient du même ordre de grandeur pour les différents matériaux. Ceci conduit à penser que les formes des polluants sont relativement identiques dans les eaux de ruissellement, indépendamment du site. Les niveaux d’extraction restent faibles dans les conditions de l’expérimentation mais on a pu souligner que tous les métaux sont soit sensibles à une modification des conditions physico-chimiques de type salinité de l’eau de ruissellement, soit à des périodes d’arrêt et de reprise de débit.

Concernant la toxicité des matériaux, l’analyse sommaire faite à partir des teneurs en métaux comparées aux seuils de toxicité aquatique et les résultats des essais en microcosmes menés concordent assez bien. En effet, la première analyse suggère que, pour la plupart des lixiviats de résidus d’assainissement routier, le risque de toxicité aquatique due aux métaux est écarté après dilution par 100 (concentration en lixiviat de 1%), alors que les essais en microcosmes indiquent une absence d’effets significatifs pour des concentrations ? 10%. Il faut également se rappeler que les lixiviats produits au laboratoire sont généralement plus chargés que dans la réalité du fait des conditions de contact entre l’eau et les matériaux solides, et que les apports de polluants diminuent au fur et à mesure que les matériaux sont lessivés (lorsque L : S augmente).

Sur le plan du traitement des sédiments, l’étude proposée présente une solution innovante (ATTRISED) pour permettre la valorisation des sédiments de l’assainissement pluvial en remblais routier, de tranchées ou de surface et en couches de forme. A travers la conception d’une unité pilote basée sur des séparations granulométriques et sur une technique d’attrition, le traitement mis en place permet d’isoler les polluants organiques et métalliques au sein des particules fines (< 60 µm) et de valoriser les fractions grossières dépolluées. Les rendements sont très encourageants avec 45 à 87 % des résidus bruts réutilisables. La conservation des ressources naturelles est inscrite dans le Grenelle de l’environnement. ATTRISED apparaît donc comme une solution innovante pour le traitement des sédiments de l’assainissement pluvial et pourra également être adapté à d’autres sédiments issus du curage de réseaux ou du dragage de canaux, fleuves et rivières.

Produits principaux obtenus

- Guide technique LCPC « traitement et la valorisation des sédiments de l’assainissement
pluvial routier et urbain- Apport des tris physiques »

- Rapport de synthèse « les sédiments de l’assainissement pluvial routier et urbain :
caractérisation, risques pour l’environnement, traitement et valorisation »

- Film : « traitement des sédiments de l’assainissement pluvial » disponible auprès de la division Eau et Environnement (V. Ruban)

- Ouvrage : Ruban V. (2006). Gestion et valorisation des sédiments. In Gestion et traitement des eaux pluviales, classeurs Techni.cité, sous la direction de J-Y. Viau.

Unité pilote de traitement des sédiments (ATTRISED)

Principe du traitement

Thèses associées 

— F. Pétavy : traitement et valorisation des sédiments de l’assainissement pluvial (2007)
- K. Lamprea : origine des polluants en milieu urbain (2009)

Pour plus d’information contact : Ruban Véronique E-mail : veronique.ruban@lcpc.fr

2.4 Programme N – Diagnostic et maintenance des infrastructures

13N051 – ACTENA – Auscultation des câbles tendus non accessibles

Responsable : Jean-Louis Chazelas - DT Réf : B. Godart

Durée  : 5 ans (2005-2009)

L’opération ACTENA, issue d’un appel à idées de l’ANR, porte sur des recherches relatives à 7 méthodes potentiellement intéressantes pour l’auscultation des câbles de précontrainte, des tirants et des ancrages de câble.

• la réflectométrie d’ondes Ultra-Sonores
• la réflectométrie d’ondes ElectroMagnétiques
• l’acousto-élasticité dans les câbles
• l’acousto-élasticité dans le béton
• la méthode impact-écho
• la thermographie infra-rouge
• l’émission acoustique

Partenariats

EDF,

Projet ANR ACTENA

Résultats principaux

• Réflectométrie US : Grands progrès dans la modélisation numérique de la propagation dans les câbles : une thèse en cours devrait permettre d’obtenir un code simulant complètement cette géométrie très complexe. Cela a pour avantage de permettre un choix judicieux des fréquences à propager selon les câbles et à terme l’interprétation de l’interaction avec les défauts.
• Réflectométrie EM : La démonstration physique a été faite de l’impossibilité de propager une onde EM interprétable au delà de la plaque d’ancrage. Une étude de faisabilité de l’utilisation de câbles conducteurs isolés parallèles devrait achever le travail.
• Impact Echo : Un banc de mesure à grand rendement a été développé et est en cours d’utilisation à Lyon. Les traitements numériques ont évolué grâce à l’utilisation de traitements en ondelettes. Cependant cette méthode rencontre une évolution sensible due à la découverte d’une nouvelle interprétation des ondes intervenant dans le phénomène observé : les ondes de Lamb. Cette nouvelle approche pose de nouveaux problèmes et offre en parallèle de nouvelles possibilités en cours d’exploration.
• Acousto-élasticité dans le béton : cette étude de faisabilité se conclut pas la négative : le phénomène existe et est mesurable mais les facteurs d’influence sont trop nombreux et complexes pour rendre l’approche utilisable à court terme
• Acousto-élasticité dans les câbles : cette étude de faisabilité se conclut par une opportunité et un verrou à lever : Le phénomène est mesurable et reproductible mais il exige l’accès en deux points sur le câble. Il est donc envisageable de l’utiliser avec l’ouverture de fenêtres sur le câble.
• Thermographie IR : de gros progrès ont été réalisés dans les méthodes de chauffage. Des travaux sont en cours sur les méthodes de traitement fréquentiel des images et sur la prise en compte du ferraillage passif.
• Emission acoustique : Le phénomène de corrosion et d’émission acoustique liée à la corrosion est mieux compris. Les différentes méthodes d’attaque chimique ont été explorées et comparées. L’évolution temporelle et l’évolution fréquentielle des salves d’émission acoustique est désormais connue. Il convient maintenant de travailler en particulier sur les phénomènes à vitesse d’évolution réelle pour voir dans quelle mesure les études en éléré seront transposables sur ouvrage réel.-

Produits principaux

Matériel 3CP -Dispositif d’auscultation pour la localisation des défauts dans les conduits de précontrainte

un graphique et sauvegardée en temps réel.

3CP -Dispositif d’auscultation pour la localisation des défauts dans les conduits de précontrainte

Pour plus d’information contact Jean-Louis Chazelas : jean-louis.chazelas@lcpc.fr-

11N052 – Prévention, modélisation et réparation des ouvrages atteints de réaction sulfatique interne

Responsable : Loïc Divet – DT Réf : Bruno Godart

Durée  : 5 ans (2005-2009)

Enjeux et objectifs

Cette recherche s’inscrit dans le cadre de la politique de prévention et de maintenance du patrimoine d’ouvrages d’art. La réaction sulfatique interne est une maladie récente du béton puisque les premiers cas identifiés en France datent de 1998. Il n’existe pas de recommandations pour se prémunir de ce phénomène. De même, nous sommes dépourvus d’outils d’analyse et de prédiction pour aider le gestionnaire dans sa prise de décision. Il n’existe pas non plus de méthodologie de traitement et de réparation des ouvrages malades qui soit efficace. Les objectifs de cette recherche sont doubles :

• Connaître les moyens pour concevoir des ouvrages exempts de réaction sulfatique interne ;

• Mieux gérer les ouvrages atteints de cette maladie.

Partenariats

- Divisions Physico-chimie des Matériaux et Fonctionnement et Durabilité des Ouvrages d’Art du LCPC

- Laboratoires Régionaux des Ponts et Chaussées d’Angers, Autun, Clermont Ferrand, Lille, Lyon, Saint Brieuc et Toulouse.

- Division Ouvrages d’Art du CETE de Lyon

- ATILH

- CERIB

- EDF

- Stucky

- APRR

- Laboratorio Nacional de Engenharia Civil (Lisbonne)

Résultats principaux

Les actions proposées dans le cadre de cette recherche ont été regroupées en quatre sujets :

• Etude des méthodes préventives
  Les travaux ont permis de mieux connaître l’influence des différents paramètres (liés à l’environnement, aux conditions de mise en œuvre, au béton et au ciment) sur la cinétique et l’amplitude de la réaction sulfatique interne. Ces données ont permis de trouver des solutions techniques pour éviter de rencontrer ce phénomène dans les nouvelles structures.

• Expérimentations sur structures
  Les déformations subies par des structures simples, armées ou non, développant de la réaction sulfatique, couplées ou non avec l’alcali-réaction sont étudiées. Les phénomènes hydriques et thermiques sont reproduits. Le suivi des corps d’épreuve soumis à des déformations hétérogènes est actuellement en cours. Il permettra d’étudier le lien entre les phénomènes à l’échelle du matériau et ceux à l’échelle de la structure.

• Modélisation numérique
  Les travaux ont permis de développer un outil de modélisation et de prédiction des structures atteintes de réaction sulfatique interne. Le recalcul de structures dégradées est destiné à fournir aux ingénieurs et gestionnaire un résultat quantitatif de l’évolution de la dégradation, d’estimer la résistance résiduelle de l’ouvrage et de prévoir l’effet des traitements et réparations envisagés.

• Traitement et réparation des ouvrages
  Des solutions de traitement et de réparation d’éprouvettes et d’éléments de structures ont été testées en laboratoire. Les solutions les plus prometteuses ont été alors retenues pour les appliquer à des ouvrages « démonstratifs ». Des logigrammes décisionnels ont été élaborés pour identifier l’opportunité et l’intérêt de mettre en œuvre une technique de réparation donnée.

Produits principaux obtenus

- Méthodes d’essai

• Méthode d’essai des lpc n° 66 – Essai de performance : Réactivité d’un béton vis-à-vis de la réaction sulfatique interne, septembre 2007.
• Méthode d’essai des lpc n°67 – Réaction sulfatique interne dans les bétons : essai d’expansion résiduelle sur carotte extraite de l’ouvrage, mars 2009.

- Guides

• Recommandations pour la prévention des désordres dus à la réaction sulfatique interne, août 2007.
• Aide au choix des techniques de traitement et de réparations des ouvrages atteints de réaction de gonflement interne, parution prévue pour juillet 2010.

- Logiciel

• Code de calcul « RGIB » destiné au recalcul des structures atteintes de réaction de gonflement interne.

- Documentations

• Collection Etudes et Recherches des LPC « Développement et validation d’une méthode d’essai vis-à-vis de la réaction sulfatique interne – Application à l’études d’impacts de différents paramètres sur la cinétique et l’amplitude du gonflement », parution prévue pour juillet 2010.
• Techniques de l’Ingénieur « Réaction sulfatique interne dans les structures en béton : mécanisme, pathologie et prévention. C 2 254

Thèses associées 

- Xavier Brunetaud, Etude de l’influence des différents paramètres sur la cinétique et l’intensité de la réaction sulfatique interne, Ecole Centrale de Paris, 2006.
- Nizar Baghdadi, Modélisation du couplage chimico-mécanique d’un béton atteint d’une réaction sulfatique interne, Ecole National des Ponts et Chaussées, 2008.
- Renaud-Pierre Martin, Expérimentations sur structures atteintes de réaction sulfatique interne, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 2010.

Pour plus d’information contact : Divet Loïc E-mail : loic.divet@lcpc.fr

11N062 – Méthodes Optiques pour le Génie Civil

Responsable : Frédéric Taillade DT Réf : Bruno Godart

Durée  : 5 ans (2005-2009)

Enjeux et objectifs

L’opération méthodes optiques abrite des travaux de recherche relativement amont sur la mise en oeuvre de différentes techniques pour la mesure de déformation plein champ utilisant la shearographie et la lumière structurée, ou la mesure de déformation et de température distribuée utilisant les capteurs à fibre optique. Un autre champ d’investigation concerne l’aide à la vision dans les milieux diffusant en développant des techniques originales d’imagerie.

Partenariats

De nombreux partenariats, à la fois académiques et avec des industriels, ont vu le jour. Pour ne citer que les plus importants :

• dans le domaine des Capteurs à Fibre Optique : des relations nouées en 2005 avec EDF R&D ont permis de financer une thèse CIFRE en partenariat avec TELECOM Paris Tech. Ce partenariat se poursuit en 2009, avec le financement de deux thèses sur cette thématique : « Capteur distribué par effet Brillouin dans une fibre optique, séparation de l’influence de la température et des déformations » ; « Mise au point et qualification d’un câble à fibre optique dédié à la mesure de déformation et de température continûment répartie dans le béton ».
• l’aide à la conduite, à travers les dispositifs de vision dans le brouillard, ont également permis de mettre en place des relations avec un laboratoire étatique de premier plan : l’Institut de recherche franco-allemand de Saint-Louis dont une de ces équipes est spécialisée dans cette thématique. Nos travaux nous ont amené à mettre en place des collaborations avec différents équipementiers automobiles (Valeo) mais aussi aéronautique (Latécoère).

Résultats principaux

Deux thèses ont été menées à travers cette opération de recherche. La première portée sur la mesure de la déformation et de la température par effet Brillouin en mettant l’accent sur la modélisation des phénomènes physique, la comparaison des résultats entre simulation et mesure et enfin la séparation de l’influence de la température et de la déformation sur le décalage Brillouin (Figure 1). Nous avons montré que la séparation de ces deux effets est quasi impossible avec des fibres optiques classiques (type Télécom). Néanmoins, nous avons proposé un schéma d’instrumentation mixte associant les CFO et des capteurs ponctuels de température pour des ouvrages de génie civil.

La seconde portée sur la mise au point de dispositifs d’imagerie à travers les milieux diffusant (tel que le brouillard) afin de proposer des solutions originales d’aide à la conduite. Après une étape de modélisation de la rétrodiffusion de la lumière sur le brouillard, nous avons proposé un dispositif de tomographie par cohérence optique utilisant un cristal photoréfractif (Figure 2). L’avantage de ce dispositif est d’augmenter le rapport signal sur bruit sans avoir recours à des techniques de traitements du signal comme cela se pratique habituellement. Cette solution a fait l’objet d’un dépôt de brevet.

D’autres travaux ont également été conduits portant sur la mesure sans contact d’un champ de déformation. A cette occasion, nous avons développé deux techniques : la shearographie et la lumière structurée, tant à la fois des matériels que des logiciels d’acquisition et de traitement d’images. Ces techniques sont aujourd’hui utilisées dans des études plus opérationnelles telles que la détection de fissures sur ouvrages d’art, la détection et la caractérisation du collage des composites sur béton pour ce qui est de la shearographie et aussi la mesure de la déflexion de chaussée ou la mesure en centrifugeuse d’un champ de déformation utilisant la lumière structurée.

Produits principaux

- Brevet : « Capteur et système d’imagerie pour la détection à distance d’un objet »

Logiciel d’acquisition et de traitement d’images de phase pour l’interférométrie de speckle (shearographie ou autre) et la lumière structurée

Figure 1 : Vérification de la mesure distribuée de déformation le long d’une fibre enroulée avec 6 paliers de tension différents ; utilisation d’une optoélectronique développée au laboratoire reposant sur l’analyse de l’effet Brillouin

Figure 2 : Dispositif de tomographie par cohérence optique utilisant un cristal photoréfractif (Brevet).

Thèses associées 

- Thèse de Etienne Belin sur la vision dans les milieux diffusants : un brevet est en cours de dépôt sur le dispositif de vision utilisant la tomographie par cohérence optique avec un cristal photoréfractif.

- Thèse de Vincent Lanticq : modèle d’effet Brillouin sur fibres classiques du commerce, opto-électronique d’interrogation, dispositif d’étalonnage en température et déformation.

Pour plus d’information contact : Taillade Frédéric E-mail : frederic.taillade@lcpc.fr

11N063 – Auscultation des ouvrages par techniques d’imagerie

Responsable : Jean Dumoulin – DT Réf : Michel Boulet

Durée  : 4 ans (2006-2009)

Enjeux et objectifs

• Passage d’une culture d’auscultation de surface des ouvrages par analyse visuelle sur site à une auscultation par analyse d’images acquises sur site ;
• Concevoir, développer et/ou étudier des dispositifs d’imagerie embarqués pour l’auscultation à grand rendement des ouvrages ;
• Étude et recherche d’algorithmes de traitement de signaux et d’images pour caractériser les surfaces, détecter et qualifier les dégradations en temps différé voire en temps réel ;
• Étude et recherche de méthodes de détection et de caractérisation de défauts non émergents en surface d’ouvrage suivant une approche multi-capteurs.

Partenariats

- Université Paris 12 - CERTES
- Université Laval (Québec) – MIVIM
- Université de Rennes I – ENSSAT (Lannion)
- Institut National d’Optique (INO) du Canada
- Ministère des Transports du Québec (MTQ)
- ERA Rouen (23), Nancy(31), Autun (30), Strasbourg (27) et Angers (17)
- CECP Angers et Rouen
- LRPC Rouen, Bordeaux et Angers

Résultats principaux

• Développement de méthodes de détection de fissures sur des images de surface de chaussée et intégration de certaines méthodes dans le logiciel VISIODEC ;
• Intégration et étude d’un dispositif de profilométrie rapide de surface de chaussée - Développement d’outils d’analyse pour les défauts autres que les fissures ;
• Etablissement d’un protocole de chantier pour l’utilisation d’un drone d’hélicoptère sur site réel ;
• Développement d’une méthode de géolocalisation des images acquises par le drone sur le site réel ;
• Etude et développement de méthodes de détection et de caractérisation de défauts non émergents par thermographie infrarouge active et par radar à saut de fréquence ;
• Intégration et réalisation de premières mesures à l’aide de fibres optiques implantées lors de la construction d’une structure de chaussée ;
• Développement de simulations du comportement thermique de chaussées en présence de défauts sous sollicitation thermique périodique ou pulsée ;
• Développement d’une banque d’images de défauts type sur différents types d’ouvrage d’art ;

Produits principaux obtenus

- Outil pour l’exploitation et l’analyse des images de surface des chaussées « VISIODEC » ;
- Maquette logicielle pour l’analyse d’images infrarouges acquises en mode actif ou passif (pour l’instant diffusion limitée auprès de certains partenaires de recherche) ;
- ERLPC à venir (articles de synthèse sur les différents travaux conduits dans l’OR) ;-

VISIODEC - Vision des dégradations de chaussées

Géolocalisation sur une pile de pont des images acquises par le drône

Thermographie infrarouge active appliquée à la détection de différents défauts artificiels en sous face d’un tissu composite collé sur une dalle béton : Cartes de phase

Radar à saut de fréquence - reconstruction de la géométrie d’un défaut (plaque en nylon) localisé à -7cm sous une couche de roulement

Thèses associées 

• Peggy Subirats « Conception et Validation de méthodes de traitement d’images appliquées à la détection de fissures sur les images de surface des chaussées » soutenue le 21 novembre 2006
• Alexandre Hammer « Etude de méthodes de restauration d’images floues »- en cours
• Gil Gaullier « Reconstruction d’images tomographiques par modèles déformables contraints » - en cours

Pour plus d’information contact : Dumoulin Jean E-mail : jean.dumoulin@lcpc.fr

11N064 – Capteur et traitement de l’information

Responsable : François Derkx, Frédéric Bourquin – DT Réf : B. Godart

Durée  : 4 ans (2006-2009)

Enjeux et objectifs

Les développements des capteurs et des méthodes de traitement de l’information en temps réel ouvrent de nouvelles possibilités pour surveiller les grandes infrastructures et répondre aux attentes des gestionnaires et des utilisateurs. Le LCPC s’est fortement investi dans ce domaine en développant des applications spécifiques pour mesurer différentes grandeurs physiques. Par contre, jusqu’à présent, il n’a pas engagé de recherches sur l’optimisation de la conception d’ensemble de l’instrumentation. Tel est le premier objet de cette opération, qui est complétée par des sujets plus spécifiques sur de nouveaux de capteurs et systèmes de capteurs. Il s’agit du développement de la plate-forme mobile d’instrumentation, des réseaux sans fils de capteurs intelligents, de l’utilisation du GPS pour le suivi dynamique basse fréquence, de nouveaux capteurs à corde vibrante en réseaux, des capteurs de mesure des contraintes et des courbures et de capteurs donnant accès à des grandeurs physico-chimiques caractéristiques de la pénétration d’agents agressifs dans le matériau. Enfin, il est proposé d’étudier la faisabilité d’une base de données d’infrastructures instrumentées, pour mieux connaître les performances des systèmes actuels et cibler les performances des systèmes futurs.

Partenariats

• Société A3IP : un contrat de licence a été signé avec cette société afin de diffuser la carte PEGASE.
• Société Advitam : contrat de co-développement de cartes filles pour la carte PEGASE répondant à des besoins opérationnels du monitoring d’ouvrages.

Produits principaux obtenus

PEGASE : Plateforme Experte Générique pour Applications Sans-fil Embarquées

Après plusieurs développements spécifiques réussis dans le domaine de l’instrumentation intelligente et des systèmes sans-fil, l’opération « Capteur et Traitement de l’information » a été le cadre pour la mise au point d’une plateforme générique permettant de couvrir, à peu d’adaptations près, les besoins d’un large panel d’applications faisant appel à la mesure distribuée ou à distance. Ainsi cette plateforme PEGASE intègre nativement les besoins les plus récurrents dans le domaine de l’instrumentation avancée :

• Grande capacité de traitement  : conçue autour d’un DSP (processeur dédié au traitement de signal) et associé à une capacité mémoire, PEGASE intègre un OS (Operating System) embarqué : le uCLinux. Ceci permet à l’utilisateur d’implémenter son application métier en langage C standard avec des temps de développement très courts.
• Une communication sans-fil selon l’Internet Protocol (IP). En intégrant la norme WiFi 802.11g, PEGASE peut s’intégrer aisément et à faibles coûts dans des réseaux IP ne nécessitant aucun déploiement technologique propriétaire. Ainsi en déployant un ou deux points d’accès WiFi du commerce, un Ouvrage d’Art peut être entièrement couvert et faire l’objet d’un monitoring par des cartes PEGASE.
• Les nombreuses entrées/sorties de PEGASE permettent d’envisager son interfaçage avec des éléments sensibles ou de contrôle pour concevoir des systèmes de mesures complexes et hétérogènes  : piezzo, accéléromètres, jauges, relais, actionneurs.... Des algorithmes complexes peuvent alors être implémentés au plus près de la mesure.
• Synchronisation absolue par GPS  : la carte PEGASE intègre nativement un module GPS permettant, outre sa géolocalisation, la synchronisation absolue à quelques µS des processus et des données acquises.

Principe carte mère / carte fille  : pour une application métier donnée, il suffit de (faire) développer une carte fille qui, typiquement, assure le conditionnement des éléments sensibles et se connecte sur la carte PEGASE. L’exemple ci-contre montre une carte Pégase (8 cm x 11 cm), avec une carte fille dédiée à l’acquisition d’un accéléromètre.

Exemple d’application à partir de la carte PEGASE

Projet CASC : Contrôle Acoustique pour la Surveillance des Câbles

Le but de ce système est de prévenir l’usure des câbles des ponts en décelant et localisant les ruptures de fils pouvant survenir. Il se base sur la détection et la datation par plusieurs capteurs CASC de la propagation de l’onde mécanique générée par la rupture d’un fil.

Une nouvelle génération de ce système a été redéveloppée autour de la carte PEGASE qui permet, grâce à sa grande capacité de traitement (acquisition à 250 kHz) et sa capacité de synchronisation des données à quelques µs, d’acquérir, de dater et de traiter des ondes acoustiques se propageant à quelques 5 000 m/s.

Le système Linux intégré dans chaque capteur CASC associé à la communication WiFi autorisent une mise à jour et une maintenance à distance du capteur sans avoir à le démonter de l’ouvrage évitant ainsi une opération nécessitant généralement des moyens conséquents  : nacelles, experts, etc.). Chaque événement acoustique détecté et traité est ensuite transmis à un PC de supervision assurant la tâche de localisation et d’envoi des alarmes au gestionnaire.

Instrumentation du pont d’Ancenis

Un essai terrain grandeur réelle sur le pont d’Ancenis a permis de valider cette nouvelle génération CASC-Pégase

 

Les travaux en cours et à venir sur le système CASC et sur la plateforme PEGASE en général concerneront notamment l’autonomie énergétique du capteur (panneau solaire, éolien, vibrations).

Pour plus d’information contact : Le Cam Vincent E-mail : vincent.le-cam@lcpc.fr

11N065 – Diagnostic et traitement de pathologies d’ouvrages
Responsable : Christophe Aubagnac - DT Réf : B. Godart
Durée  : 4 ans (2006-2009)

Enjeux et objectifs

• faire l’état de l’art des techniques existantes d’auscultation et d’instrumentation des OA
• développer ou mettre au point des méthodes d’auscultation, de préférence à caractère non destructif
• mettre au point des méthodologies de diagnostic de pathologies d‘OA ; analyse des besoins de recherche subsistants pour certains diagnostics
• poursuivre la mise au point des méthodologies et techniques pour l’exécution et le contrôle des travaux de réparation et de protection des ouvrages, en prenant en compte la durabilité des réparations
• améliorer le choix et le contrôle des produits et matériaux

Partenariats

• Université de Strasbourg (LSIIT)
• Université d’Artois – LAMTI de Béthune

Résultats principaux

• méthode de diagnostic des ancrages des corniches en béton armé, avec pronostic d’évolution vis à vis de la stabilité : validation de la technique d’auscultation dynamique pour une discrimination des éléments de corniche dégradés + auscultation par US des ancrages par tiges scellées
• techniques d’auscultation permettant d’établir le diagnostic des éléments en bois et de leurs assemblages, ainsi que des indicateurs d’endommagement mécaniques et physico-chimiques pour pouvoir établir un pronostic d’évolution : étude de faisabilité ayant montré l’intérêt des techniques radar, US et capacitive pour cartographier l’humidité interne du bois
• outil de diagnostic et de pronostic des murs en remblais renforcés par éléments métalliques : mise au point du logiciel DIPTERA qualifié le 03/03/09
• diagnostic par méthodes non destructives des chapes d’étanchéité sur OA en service, avec en particulier l’amélioration des outils d’exploitation des résultats de mesure : amélioration des méthodologies d’auscultation par radar et thermographie infra rouge (perspective de modes opératoires LPC sur auscultation CND des chapes sur OA en service)

Produits principaux obtenus

• Recueil et guide méthodologique LCPC « état de l’art sur les méthodes d’instrumentation et d’auscultation des ouvrages d’art - préconisations pour les diagnostics »
• Guide LCPC pour l’inspection, le diagnostic et la réparation des corniches en béton armé
• Guide LCPC « Recommandations pour l’Inspection Détaillée des OA en Bois » (avril 2008)
• Guide LCPC sur le diagnostic, le pronostic de l’état des murs en remblais renforcés par éléments métalliques et pour le contrôle des réparations
• Outil de diagnostic et de pronostic des murs en remblais renforcés par éléments métalliques "en bande" : logiciel DIPTERA version 1 du 03/12/2008 qualifié en date du 03/03/2009
• Article de F. Renaudin dans le BOA n°55 du SETRA (conjointement avec G Haiun et JM Jailloux) « Bilan des investigations effectuées sur ouvrages en Terre Armée » (juillet 2007)

Essais dynamiques pratiqués sur corniches pour caractériser l’intégrité de la liaison au tablier

Réalisation de carottage en parement d’un mur en Terre Armée

Diagnostic du Viaduc de la Laïta : Cartographie des amplitudes du signal RADAR dans la couche de reprofilage - Implantation des fenêtres d’auscultation

Examen de l’OA2 déviation d’IMPHY (58) : Image IR des défauts de type « cloquage » , l’étanchéité est recouverte d’une couche de 5 cm de Béton Bitumineux => Reprise généralisée de l’étanchéité

Pour plus d’information contact : Christophe Aubagnac E-mail : christophe.aubagnac@developpement-durable.gouv.fr

11N066 – Optimisation de l’entretien des chaussées : prise en compte des attentes des usagers et des riverains, et de l’environnement

Responsable : Tristan Lorino - DT Réf : M. Boulet
Durée  : 4 ans (2006-2009)

Enjeux et objectifs

L’objectif consiste à créer un modèle d’optimisation globale des techniques, stratégies et programmes d’entretien des chaussées. Cet objectif est fédérateur : il s’agit de faire converger les résultats obtenus dans divers domaines (évolution des chaussées, bruit, sécurité…), de les compléter et de construire sur ces bases un modèle d’optimisation. Ce modèle doit être polyvalent, afin de répondre aux demandes exprimées à tous les niveaux (maîtres d’ouvrage, gestionnaires, recherche et développement), pour compléter les outils existants (programmes GiRR).

Partenariats

• RST
• Gestionnaires publics (conseils généraux)
• Gestionnaires privés (ASF, Cofiroute)
• Instituts universitaires (CUST de Clermond-Ferrand, IMA d’Angers)

Résultats principaux

• Modélisation de l’évolution des caractéristiques des chaussées
• Modélisation de la gêne ée par les chantiers
• Étude de diverses interactions : adhérence et sécurité, entretien et uni…

Produits principaux obtenus

• ERLPC «  Calcul des retards subis par les usagers sur les chantiers d’entretien des routes »
• ERLPC « Vers une approche économique de l’entretien des routes » - Alimentation de la base de données BRUIT (LR de Strasbourg), alimentation et mise à jour (avec mise en ligne) de la base de données CARAT (LR d’Angers)
• Développement de SAGIR et du module complémentaire de calcul de la gêne sur chantier
• Articles et communications sur la gestion de l’entretien des chaussées du point de vue de la sécurité (adhérence), du confort, des nuisances sonores et des nuisances environnementales

 

Thèse associée 

- H. Khraibani, « Modélisation statistique de données longitudinales sur un réseau routier entretenu », 2007-2010

Pour plus d’information contact : Lorino Tristan E-mail : tristan.lorino@lcpc.fr

2.5 Programme P – Outils pour le génie civil

Responsable : Pierre Humbert

Durée : 5 ans (2005-2009)

Résultats principaux

Il n’est pas possible de citer ici de manière exhaustive l’ensemble des contributions des unités techniques à cette œuvre collective qu’est le progiciel CESAR-LCPC de calcul aux éléments finis, mais dès à présent, nous pouvons mettre au bilan de cette opération les points remarquables suivants :

• Des performances très nettement accrues : une méthode de factorisation « multifrontale » a été introduite dans les principaux modules de CESAR-LCPC, et en particulier dans les modules les plus consommateurs de temps machine. Pour les gros calculs 3D, de plus en plus fréquemment mis en œuvre dans les travaux de recherche et dans les bureaux d’études, des facteurs de réduction du temps de calcul de l’ordre de 10 à 50 ou plus sont fréquents, et d’autant plus importants que le nombre de degrés de liberté du problème traité est grand.
• Des modules nouveaux :
  • EOLE  : module dédié à l’effet du vent sur les ponts à haubans (permet en particulier le calcul des vitesses de flottement critiques).
  • CVCR : module dédié au calcul des chaussées (plus généralement des multicouches) sous charge roulante. Dans les cas de comportement visco-élastiques, le calcul est fait dans le repère de la charge mobile. Un module spécifiquement dédié au post-traitement permet entre autres de prédire les risques d’orniérage.

 

Détail de la déformée dans le repère de la charge Comparaison avec une solution semi-analytique

Déflexion d’une chaussée visco-élastique au passage d’un tram sur pneus

• RGIB : module dédié au calcul de l’effet des réactions de gonflement interne du béton : réaction alcali-granulat (RAG) et sulfatique interne (RSI). Il intègre en les enrichissant les possibilités du module ALKA dédié à la seule RAG.
• DYNF : module dédié au problème de propagation d’ondes sismiques, il permet en particulier les calculs d’ « effet de site » dans les bassins sédimentaires. Il met en œuvre des éléments de frontière 2D et 3D par la méthode dite des équations intégrales.

• De nouvelles possibilités dans les modules existants :

• « Boite à outils » dans MCNL, le module généraliste de calcul en comportement non-linéaire avec prise en compte du phasage de construction. Il s’agit d’un modèle de comportement général dont l’utilisateur choisit les différentes « composantes » (type d’élasticité, potentiel, surface de charge etc.).
• Options FSC et FSR dans MCNL : elles permettent respectivement une incrémentation automatique de la charge jusqu’à la rupture et une recherche du couple « cohésion-angle de frottement » limite par réduction conjointe de ces deux paramètres.
• Options REA et EXC dans MCNL : elles permettent le calcul des forces de déconfinement dans les modèles comportant des phases d’excavation directement à partir des réactions au lieu des contraintes, moins précises.
• Modèle de béton de fibre dans MEXO (béton au jeune âge) : ce modèle développé au MIT en liaison avec l’entreprise Lafarge par l’équipe du professeur F. Ulm (ancien de la division BCC) complète le seul modèle de Willam-Warnke jusqu’à présent disponible dans MEXO.
• Nouvelle option dans le module de dynamique non-linéaire MCCI permettant de modéliser le choc avec mise en contact progressive d’une sphère indéformable sur une structure maillée en éléments de volume. Cette option permet entre autres l’évaluation des dégâts causés par la chute d’un bloc sur une structure de protection de type pare-avalanche.
• Introduction dans le module MCNL d’éléments de contact 2D de type « troisième corps ». Ces éléments sont comparables par leurs possibilités aux éléments de contact existants, mis en œuvre par un algorithme spécifique dans les modules TACT et TCNL, mais par leur formulation, ils sont compatibles avec MCNL. Ils lui offrent de ce fait de nouvelles perspectives de modélisation, en particulier en ce qui concerne le comportement des massifs rocheux fracturés et les modèles probabilistes de comportement du béton.

• Des développements spécifiques dans le cadre de contrats avec des industriels :

• Modèle de béton au feu : introduction dans le module MPNL (thermo-hydro-mécanique non-linéaire) d’un modèle développé dans le code CASTEM à l’université de Marne-la-Vallée pour le CeTu et prenant en compte l’eau sous ses phases liquide et vapeur. Les travaux ont été effectués dans le cadre d’un contrat avec le CeTu et Bouygues.
• Introduction d’éléments de contact à ouverture initiale dans le module RGIB pour prendre en compte la relaxation des contraintes par sciage dans les ouvrages atteints de réaction de gonflement (RAG ou RSI). Introduction d’un modèle de comportement visco-élastique dans ce même module. Ces deux développements se font dans le cadre d’un contrat avec la société suisse Stucky.

• De nouveaux procédés de maillage tridimensionnel dans l’interface CLEO :

• Le distributeur Itech, également développeur de l’interface CLEO pour le LCPC, a introduit une gestion efficace des intersections de surfaces qui, couplée à un mailleur volumique par génération automatique de tétraèdres, autorise les maillages 3D les plus complexes.

Exemple de maillage avec intersection de surfaces et remplissage automatique

• La bibliothèque graphique d’origine a été remplacée par une librairie libre de droits d’utilisation, réduisant les coûts de distribution tout en maintenant les performances.
• Un environnement de travail en constante évolution :
• Une refonte de l’organisation du référentiel des « sources » du solveur CESAR et des outils de déploiement de la plateforme de développement sur les systèmes d’exploitation les plus courants.
• Une base de jeux de données tests enrichie, en particulier pour les indispensables tests de non-régression.

Ces réalisations montrent que de gros efforts ont été mis en œuvre pour permettre à CESAR-LCPC de garder son rang parmi les logiciels de référence en génie civil, en pérennisant les développements réalisés dans les unités techniques, partenaires de l’équipe en charge des développements généraux du logiciel.

Pour plus d’information, contact Pierre Humbert : pierre.humbert@lcpc.fr



11P061 – Techniques de reconnaissance géotechnique et modélisation des sites et des ouvrages géotechniques - Rhéologie des sols et des roches

Responsables : Philippe Reiffsteck et Jean-François Serratrice – DT Réf : Jean-Pierre Magnan
Durée : 4 ans (2006-2009)

Enjeux et objectifs

Les interrogations des professionnels sur le comportement en service des ouvrages géotechnique ont conduit le LCPC à mener avec le réseau des LPC et des partenaires externes, des recherches dont l’objectif est de définir des méthodes fiables pour la détermination des valeurs des paramètres de calcul des déformations des sols et des ouvrages, en évitant les inconvénients liés au prélèvement d’échantillons (préalable aux essais de laboratoire). L’objectif est d’utiliser et d’améliorer si possible les techniques et les matériels de caractérisation du comportement des sols sous sollicitations variées, et de manière plus générale d’accéder aux paramètres des lois de comportement.

Le travail a comporté des actions de natures différentes, articulées en quatre axes principaux :

• l’étude en laboratoire de la rhéologie des sols naturels ainsi que le comportement des sols sous sollicitations complexes ;
• le comportement des sols à texture ou comportement atypique ne pouvant rentrer dans le cadre précédent ;
• la reconnaissance des sols et des sites par essais réalisés in situ et les corrélations entre ces essais et les essais de laboratoire ;
• la définition d’outils pour un modèle géotechnique robuste.

Partenariats

• SNCF,
• Lankelma, Fondasol, Fugro, Solétanche-Bachy,
• ENPC/CERMES, LERMES CUST, Université du New-Hampshire

Résultats principaux

Ces travaux ont été réalisés en utilisant une démarche qui se justifie par ses apports à long terme. Les travaux de l’opération de recherche se sont en effet attaché à la pratique actuelle de la mécanique des sols en utilisant des matériels standard et en appliquant les modes opératoires et les normes d’essais disponibles. Puis au fur et à mesure, il a pu être proposé de nouvelles techniques d’essais en laboratoire et in situ plus adaptées à l’appréhension des phénomènes.

Le travail réalisé dans le cadre du premier axe a permis de faire un état des lieux des techniques d’essais classiques et de réaliser une campagne d’essais croisés. L’étude en laboratoire de phénomènes comme le comportement des sols en petites déformations a amené à réaliser de nombreuses expérimentations souvent sophistiquées afin de réunir de nouvelles données sur les sols en vue de valider des modèles de comportement. Un des apports de cette étude a été de proposer une typologie des essais en fonction de la nature des sols.

L’opération s’est également intéressée au phénomène de l’anisotropie qui est une caractéristique du comportement mécanique des sols naturels dont l’existence est bien connue dans le cas des sols sur-consolidés ou déposés par couches au cours de leur formation. Généralement cette caractéristique est négligée dans les projets et ignorée lors des études en laboratoire. L’hypothèse du comportement isotrope des sols est ainsi très largement utilisée en pratique pour des raisons de simplification du dimensionnement des ouvrages. L’emploi de lois de comportement isotrope pour un matériau anisotrope peut alors entraîner une mauvaise appréciation de la stabilité des ouvrages en service.

Une des retombées de ces recherches a été de tester des modèles de comportement utilisés classiquement pour ces types de sollicitations ou de comportement, dans les outils de calcul comme la modélisation des ouvrages par les logiciels de calculs par éléments finis (CESAR-LCPC).

Un troisième axe de recherche concerne l’étude du comportement des sols par les essais in situ. Cet axe est totalement complémentaire de celui étudiant la rhéologie des sols au moyen des essais de laboratoire. Il est nécessaire de réaliser des allers et retours continuels entre les méthodes utilisant des échantillons dans des conditions bien maîtrisées, mais pouvant avoir subi un remaniement lors du prélèvement ou de la taille, et les méthodes testant un massif dans un état relativement intact mais dans des conditions pas toujours bien définies. L’objectif de cet axe de recherche est de définir des méthodes fiables pour la détermination de l’état

initial, des paramètres de calcul des déformations et de la résistance des sols. Ces paramètres sont déduits d’essais en place, réalisés au moyen des appareils classiques (pressiomètre, pressiomètre autoforeur, pénétromètre statique, piézocône) ou d’appareils dont le développement a été réalisé ou encadré au sein du LCPC ou du RST (PAF2000, perméafor, triaxial in situ) ou en collaboration avec des équipes de recherche (chargement de pointe pénétrométrique avec l’université de Clermont Ferrand). Pour cela, l’opération a hébergé de plusieurs développements ayant pour objectif d’améliorer les matériels d’essais en place.

Finalement, pour le praticien, dans le cadre d’un projet, il n’est donc pas question de reconnaître la totalité des structures souterraines, ni la nature des très nombreuses roches ou sols constituant le sous-sol. Il est cependant possible de définir un nombre limité de modèles, évidemment très schématiques, dont les caractéristiques ramènent les problèmes posés à un nombre faible de "cas de figures". Il lui faut en effet restituer le site sous la forme d’un modèle tridimensionnel (structure du modèle géotechnique, topographie et bâti) tandis que le projet d’ouvrage est restitué sous la forme du phasage des études et des esquisses résultantes successives. Il est donc essentiel d’améliorer les modèles et l’opération a contribué à faire le bilan des outils à disposition du géotechnicien et à proposer un cahier des charges d’un outil permettant l’interopérabilité des logiciels métiers avec différents outils de représentation 3D de la maquette numérique.

Produits principaux obtenus

Les produits de la recherche comportent des comptes-rendus d’essais, des rapports de recherche, des thèses, des articles, des communications à des congrès, des méthodes d’essais et indirectement des normes européennes ou de calcul et plusieurs matériels d’essais.

Plusieurs appareillages innovants, opérationnels et d’une grande valeur pour la recherche et la pratique ont été produits par l’opération :

• un appareil triaxial pour éprouvettes cylindriques creuses (essai en laboratoire) ;
• un carottier de qualité A+ (pour le prélèvement aussi intact que possible des sols naturels) ;
• un appareil triaxial in situ (essais in situ) ;
• un pressiomètre autoforeur avec géophones (essais in situ).

En complément, pour rester proche de la pratique actuelle de la profession, l’opération a produit deux méthodes d’essais :

• méthode d’essais pour le chargement de pointe pénétrométrique complétée par une méthode de dimensionnement de pieux à partir de ces essais de chargement de pointe.
• méthode d’essais de diagraphies instantanées basée sur l’enregistrement de paramètres de forage, en collaboration avec l’université du New-Hampshire aux EUA, la SNCF et Solétanche Bachy.

Durant la vie de l’opération de recherche, 16 normes européennes sur les essais in situ ont été élaborées. Les membres de l’opération de recherche ont participé au groupe miroir français d’essais géotechniques au TC341, en interaction avec les trois groupes de travail intéressés par les prélèvements (WG1) et les essais en place de mécanique des sols (WG5) et en laboratoire (WG6). Plusieurs projets de norme provenant de la pratique française ont ainsi pu être proposés à ces groupes de travail ce qui constitue une valorisation importante des travaux en géotechnique et une mission essentielle du LCPC en tant qu’organisme de recherche appliquée du MEEDDM.

 
Éprouvettes avec anisotropie a) induite et b) inhérente 

Surface de charge expérimentale pour les éprouvettes anisotropes

Résultat d’essai au PAF2000 (Cubzac-les-Ponts)

Thèses associées 

• Bohi Bernardin (ENPC) Comportement des latérites en construction routière, soutenue en octobre 2008.
• Nguyen Pham Phuong Thao (ENPC) « Étude en place et au laboratoire du comportement en petites déformations des sols argileux naturels » soutenue en janvier 2008
• Nguyen Than Loc (ENPC) « Étude expérimentale de la loi d’écoulement de matériaux anisotropes transverses sous chargements tridimensionnels » soutenue en septembre 2008
• Ali Hassan (UBP Clermont Ferrand) « Caractérisation du comportement hydromécanique des sols naturels par essais en place » démarrée en octobre 2007

Pour plus d’information contact : Reiffsteck Philippe E-mail : philippe.reiffsteck@lcpc.fr-

11P062 – Mesure de l’impact de la fissuration sur le comportement et la durabilité des structures en composites cimentaires

Responsable : J.-L. Tailhan – DT Réf : B. Godart
Durée  : 4 ans (2006-2009)

Enjeux et objectifs

L’opération s’intéresse à la mesure de l’impact de la fissuration sur les comportements à long terme des structures en béton. Son principal objectif est d’élaborer des modélisations prédictives de la fissuration et de ses couplages éventuels avec les comportements mécaniques différés et les phénomènes de transferts.

L’opération était organisée en trois axes :

• Axe fissuration : dont le produit principal visé est la mise au point d’un modèle 3D macroscopique probabiliste de fissuration des bétons,
• Axe fissuration et comportements différés de bétons : dont le produit principal visé est la mise en œuvre d’une base de données expérimentales sur le fluage d’un béton ordinaire d’ouvrage d’art en compression, traction et flexion à divers niveaux de chargements et dans les mêmes conditions d’ambiance (endogène ou séchage à 50%-20°C).
• Axe fissuration et durabilité  : se déroulant autour de deux aspects. Un premier portant sur le jeune âge et auquel est associé un projet de développement d’appareil de mesure de retrait au jeune âge (projet clos en 2008). Un second qui s’intéresse au couplage fissuration phénomène de transfert et dont l’un des principaux produits sera finalement la mise en place d’essais de mesure de propriétés de transfert sous charge.

Partenariats

• Partenaires universitaires : ENS de Cachan, Université de Marne La Vallée, Ecole Polytechnique de Montréal, Université Libre de Bruxelles, Université de Glasgow, Université Fédérale de Rio de Janeiro
• Partenariat de recherche industrielle : IRSN, EDF R&D
• Projets de recherche nationaux : APPLET, CEOS, MEFISTO

Résultats principaux

Axe fissuration :

L’analyse de l’état de l’art de la modélisation de la fissuration a mis en évidence l’existence de deux grandes familles de modèles :

- d’une part, les approches macroscopiques « continues » dans lesquelles la fissuration est prise en compte par l’intermédiaire d’une variable macroscopique (endommagement ou déformation plastique), ne pouvant représenter qu’une microfissuration diffuse au sein du VER et donc peu adaptées à la représentation de fissures localisées.

- d’autre part, les approches discrètes, qui tiennent compte explicitement de la discontinuité cinématique créée par une macrofissure. Elles sont pertinentes pour la représentation de phénomènes locaux, mais sont parfois plus « lourdes  » numériquement car elles nécessitent de démultiplier le nombre de nœuds (éléments de contact), ou nécessitent des traitements particuliers des fonctions d’interpolation des éléments (Embedded Elements Method), ou sont plus difficilement adaptables au cas 3D (XFEM).

Le modèle développé se situe à l’interface entre ces deux approches possédant certaines des caractéristiques de l’une et de l’autre de ces familles : une échelle de modélisation compatible avec le calcul des structures ; une prise en compte des effets d’échelle ; probabiliste ; nécessite un nombre restreint de paramètres d’entrée facilement identifiables ; donne accès à des ouvertures de macrofissures ; basé sur un modèle robuste : la plasticité ; aisément couplable à d’autres mécanismes physiques.

Axe fissuration/comportements différés :

Le LCPC dispose actuellement d’un ensemble complet de moyens expérimentaux dédiés entièrement à l’étude des comportements différés des bétons : compression, traction directe, flexion dans des conditions d’ambiance maîtrisées (HR 50%, T 20°C). Ce qui la place, au niveau international, parmi les laboratoires les mieux équipés dans ce domaine.

Axe fissuration/durabilité :

Le travail réalisé a abouti à la l’élaboration d’un essai de mesure de conductivité électrique sous charge. Cet essai consiste à réaliser un essai de fendage sur un disque de béton (diam. 11cm, ép. 5cm) sur les faces duquel sont fixées deux demi réservoirs qui peuvent être rempli d’eau, ou d’une solution ionique ou encore d’air. La particularité de cet essai réside dans le travail réalisé pour maîtriser parfaitement la fissuration et sa caractérisation sous charge, ainsi que la possibilité qu’il offre d’être facilement reproduit. A terme il permettra de disposer d’une base de données complète de résultats permettant de lier statistiquement des propriétés de transfert à des ouvertures de fissures.

Produits principaux obtenus

• Un dispositif de mesure du retrait des bétons au très jeune âge : BTJADE. (Disponible sur le catalogue des matériels LPC),
• Un modèle de fissuration macroscopique probabiliste des bétons,
• Quatre nouveaux essais expérimentaux pour l’étude des comportements différés : fluage en compression, en traction et en flexion à hauts niveaux de contraintes, relaxation en compression à hauts niveaux de déformation.
• Elaboration d’une base de données expérimentales sur un béton ordinaire d’ouvrage d’art : durabilité, comportements différés, retrait au jeune âge, ...

Le bâti de fluage en traction. L’éprouvette est cylindrique de diamètre 13cm et de hauteur 50cm.

Simulation numérique d’un essai de fendage : comme l’expérience, le calcul est piloté par un contrôle de l’expansion diamétrale du disque de béton. Il montre clairement la dissymétrie dans le processus de fissuration entre les faces avant et arrière

Le dispositif BTJADE de mesure de retrait au très jeune âge

Thèses associées

“Amélioration de la prédiction de la durée de vie des structures : prise en compte des interactions entre mécanismes de fissuration et comportements différés”. E Martin. (thèse en cours)

Pour plus d’information contact : TAILHAN Jean-Louis E-mail : jean-louis.tailhan@lcpc.fr

Site web de l’opération  : http://or.lcpc.fr/11p062/

11P064 – Modélisation et simulation numérique des matériaux hétérogènes à structure discrète
Responsable : Jean-Noël Roux – DT Réf : O. Coussy

Durée : 4 ans (2006-2009)

Enjeux et objectifs

Cette opération avait pour objectif de développer des outils numériques de simulation, à l’échelle des constituants élémentaires, de matériaux constitués de grains solides en présence d’un fluide interstitiel, dont le génie civil fournit de nombreux exemples (bétons et ciments frais, enrobé bitumineux, sols), et de permettre ainsi l’élaboration de lois et de modèles aptes à la description de processus qui échappent aux approches macroscopiques classiques : écoulements, frottement à une interface, compactage, mélange. La démarche adoptée part de matériaux modèles simplifiés, pour aller progressivement vers des situations plus réalistes.

Partenariats

Les unités du LCPC engagées dans cette opération étaient la Division Démarches Durables en Génie Civil (DDGC) et l’Unité de Recherches Navier (équipes « Rhéophysique », « Géotechnique » et « Dynamique »). Certaines actions ont donné lieu à des partenariats avec les entreprises Couvrot, Point P, VM Matériaux (étude des malaxeurs à béton), avec le CEMAGREF de Grenoble (modélisation de la neige comme matériau granulaire cohésif), avec l’Université de Séville (étude numérique de poudres cohésives modèles), la société Lafarge (simulation numérique de pâtes concentrées).

Résultats principaux

Les recherches ont été réparties en trois sujets, successivement évoqués ci-dessous.

1. La simulation numérique des suspensions, et leur modélisation dans le cas d’écoulements complexes, activité relativement nouvelle, a été développée avec pour principale finalité le développement d’un outil numérique pour étudier et comprendre le processus de malaxage du béton. Un tel logiciel (Flomix), développé par N. Roquet (DDGC), est maintenant disponible, avec son manuel d’utilisation. Il est spécifiquement adapté au traitement de suspensions granulaires agitées dans un fluide à seuil (de type Bingham) pour une géométrie complexe, en présence d’obstacles mobiles. Il a permis d’obtenir des informations détaillées sur les mécanismes de mélange, en fonction de la géométrie du dispositif. Une application particulière, dont l’étude se poursuit, avec des confrontations expérimentales (B. Cazacliu, S. Mokkédem, DDGC), est l’étude des perturbations de l’écoulement dues à la pénétration d’une sonde dans le malaxeur. L’étude expérimentale du malaxage des produits cimentaires a été menée conjointement, pour une part, avec l’approche numérique. Elle a conduit à des améliorations du calibrage de diverses mesures en ligne : humidité, ou propriétés rhéologiques. Parallèlement, une autre démarche de simulation (A. Lemaître, A. Hammouti, UR Navier) visait à un traitement numérique précis de la condition limite interface solide dans les écoulements de Navier-Stokes, problème qui constitue un point de blocage dans la description numérique fine des suspensions. Une solution a pu être trouvée pour les écoulements interstitiels, qu’il reste à étendre au cas général des parois mobiles.

2. La simulation numérique discrète est utilisée depuis plus longtemps pour l’étude des matériaux granulaires secs (F. Chevoir, J.-N. Roux, UR Navier). Les recherches poursuivies dans le cadre de l’opération, faisant suite à des résultats antérieurs, ont traité de matériaux ou de situations plus complexes et plus réalistes : prise en compte de la cohésion (P. Rognon), aussi bien en écoulement (avec une généralisation de lois constitutives formulées auparavant pour les grains non cohésifs) que dans le problème de la compaction quasi-statique (influence des paramètres micromécaniques sur l’indice de plasticité dans la courbe de consolidation) ; prise en compte de la forme des grains (caractérisation de l’angularité des granulats par leurs propriétés d’écoulement, compacité maximale de grains de différentes formes) – ces études ont été menées en collaboration avec Y. Descantes et E. Azéma (DDGC), et se poursuivent dans l’Opération de Recherche «  AGREGA ». -

Mélange fluide-particules à l’intérieur d’un malaxeur annulaire, ici simulé en deux dimensions. La suspension est entraînée par la rotation des pales autour du centre. Initialement, tous les grains solides étaient placés dans un seul secteur angulaire de 90° (calcul N. Roquet)

D’autres résultats récents concernent l’effet de la rugosité sur la loi d’interface entre un matériau granulaire et une paroi solide (frottement effectif et dilatance locale, épaisseur de la région d’interface, A. Corfdir, G. Koval, UR Navier), pour lesquelles on a confronté simulations et expériences avec visualisation et analyse des champs de déplacements. Ainsi P. Moucheront et S. Rodts (Navier) ont développé et mis en œuvre un appareil de cisaillement annulaire insérable dans l’imageur par résonance magnétique. Une étude des matériaux vibrés par des sollicitations répétées (associant différentes équipes de l’UR Navier, avec A. Karrech, D. Duhamel, J. Canou, J.-C. Dupla), comprenant également des simulations et des expériences sur systèmes modèles, a par ailleurs mis en évidence l’existence d’une accélération critique dans le processus de tassement progressif, ainsi que certains mécanismes de déstabilisation de la couche granulaire.

Echantillon numérique : environ 8000 polyèdres (tous de la forme « pinacoïde » comme l’objet rouge), sur une surface plane rugueuse. Les propriétés d’écoulement de ce matériau lorsqu’on incline le plan fournissent une caractérisation directe et robuste de l’angularité des grains. On étudie également la compacité de tels assemblages, pour différents procédés de mise en place. (étude E. Azéma, Y. Descantes, F. Chevoir, J.-N. Roux)

3. Enfin, la simulation et l’étude des propriétés rhéologiques ou de compactage des pâtes granulaires (P.-E. Peyneau, F. Lahmar, J.-N. Roux, F. Chevoir, UR Navier), c’est-à-dire des suspensions très denses ou des assemblages granulaires avec très peu de liant fluide visqueux aux interstices fait l’objet de recherches plus récentes. Des outils de simulation spécifiques ont été développés qui ont permis des avancées dans les deux types d’applications visées. En premier lieu, on a pu étudier numériquement, moyennant des approximations physiques raisonnables, les propriétés rhéologiques de suspensions très denses, pour lesquelles les paramètres micromécaniques régissant le comportement des interstices très minces ou des contacts en présence de liant jouent un rôle prépondérant. D’autre part, ce travail rejoignant l’opération « FONDEPHY  », animée par Armelle Chabot, dans laquelle était programmée une partie de la thèse de Pierre-Emmanuel Peyneau, on a abordé, pour un modèle simple, l’étude systématique des procédés de compactage de type cisaillement giratoire.

Produits principaux obtenus

• Logiciel Flomix pour la simulation de fluides complexes et de suspensions, adapté au cas de géométries complexes
• Appareil de cisaillement annulaire (dit « mini-ACSA ») insérable dans l’imageur par résonance magnétique
• Outils de simulations pour les matériaux granulaires et pour les pâtes
• Rapport de recherches à paraître dans la collection ERLPC (rédaction en cours)
• Brevet déposé par B. Cazacliu à lINPI le 23/8/08 (n° d’enregistrement 08/05215), sur l’utilisation de mesures en line pour la conduite du malaxage
• Publications : 15 articles de revues scientifiques à comité de lecture publiés, 6 à soumettre, plus de 20 communications à des conférences.

Thèses associées 

• Ngoc-Dong LE (thèse CIFRE, cofinancement Point P - Couvrot), Amélioration de la régularité du béton en production, Ecole Doctorale MODES, 2007
• Pierre ROGNON, Rhéologie des matériaux granulaires cohésifs. Application aux avalanches de neige dense. Thèse de l’Ecole Nationale des ponts et Chaussées, 2006
• Ali KARRECH, Comportement des matériaux granulaires sous vibration : application au cas du ballast, thèse de l’Ecole Nationale des ponts et Chaussées, 2007
• Georg KOVAL, Comportement d’interface des matériaux granulaires, thèse de l’Ecole Nationale des ponts et Chaussées, 2008
• Pierre-Emmanuel PEYNEAU, Etude du comportement et du compactage de pâtes granulaires par simulation numérique discrète, soutenance prévue le 2/11/09, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées.
• Abdelkader HAMMOUTI, Simulation numérique directe d’écoulements en milieux poreux de suspensions par une méthode de champ de phase, thèse de l’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, soutenance prévue à l’automne 2009.
• Samir MOKKEDEM, thèse CIFRE en cours sur le malaxage des bétons, avec expériences et simulations à l’aide du logiciel Flomix

Pour plus d’information contact : Jean-Noël Roux E-mail : jean-noel.roux@lcpc.fr

11P065 – FONDEPHY – Fondements physiques du comportement mécanique des matériaux dans les structures de chaussée

Responsable : Armelle Chabot – DT Réf : M. Boulet
Durée : 4 ans (2006-2009)

Enjeux et objectifs

Face à une nécessité économique et environnementale d’emploi de nouveaux matériaux et de structures complexes et alternatives aux structures de chaussées classiques, face à un contexte normatif européen sur la caractérisation des liants et enrobés bitumineux en pleine évolution, cette opération a eu pour but de développer des connaissances amont (modèles/essais) du comportement des matériaux de chaussée dans les structures. Elle a visé à développer des modélisations, des essais, des mesures et des logiciels pour la prise en compte de nouveaux facteurs (visco-élasticité, pressions non uniformes, déformations permanentes, endommagement/fissuration, eau/gel) dans l’analyse et le diagnostic de chaussées dégradées par les nouveaux trafics et l’environnement climatique.

Partenariats

• Total (2 thèses CIFRE), Shell, USIRF
• Projet DEVIN (Prédit) (2006-2008) sur l’étude des effets d’orniérage de tramway sur pneu
• ENTPE, Universités de Limoges, de Nantes et de Strasbourg
• Principaux acteurs des TC-CAP, TC-ATB de la RILEM : EMPA – Suisse, TU Delft – Pays Bas, Université de Nottingham – UK, Université d’Athènes – Grèce, Université de l’Illinois – US, MTQ Québec-Canada

Résultats principaux

Le sujet 1, sur l’analyse du comportement réversible des chaussées a permis par le biais de logiciels et de mesures in-situ originales, de mettre au point une méthode pour fournir au calcul de structures de chaussées, constituées de matériaux bitumineux et soumise à des charges mobiles, des données d’entrées plus fiables et réalistes. Avec ces nouvelles données plus le développement de nouveaux essais, logiciels dédiés, différentes simulations et états de l’art, tant au niveau du liant, de l’enrobé que de la structure de chaussée, les sujets 2 « comportement irréversible » et 3 «  comportement à la rupture » ont permis l’analyse plus approfondie des causes de dégradation et de l’évolution des chaussées par déformations irréversibles et par fissuration. Ces trois sujets, à couplage plus ou moins fort, ont ainsi contribué au développement de nouveaux outils et à une meilleure connaissance du comportement des matériaux dans les structures depuis leur état initial jusqu’à leur état dégradé afin de mieux caractériser et prévoir la durabilité de ces matériaux dans les structures soumises à l’évolution de nouveaux chargements de trafic et d’environnement climatique.

Produits principaux obtenus

• Machine Syméris-MLPC pour la mesure sur éprouvette prismatique du module complexe des enrobés (qualification juillet 2009)
• Projet de norme européenne : prEN WI00336134 – Fracture Toughness, Draft 4, Feb. 2009, CEN TC336/WG1. Bituminen and bituminous binders – Determination of the Fracture Toughness by a notched three point bending test
• Logiciels :
  • EndoAnalyse (partenariat Total/LCPC),
  • ViscoAnalyse –V1 (disponible gratuitement sur le web du LCPC)
  • logiciel Viscoroute (qualifié dans le cadre de l’opération 11P063) sera disponible dès octobre 2009 sur le site web du LCPC pour l’introduction de décollement à l’interface entre couches et l’analyse de l’impact de la chaussée sur la consommation des véhicules
• Simulation numériques et analyses de l’initiation et de la propagation de la fissuration dans les milieux visco-élastiques (thèse de Nguyen Nam)
• Mise au point d’essais de fatigue sur bitume (thèse Cifre Malo Le Guern en cours), d’essais triaxiaux sur enrobés pour l’analyse de l’orniérage (thèse Juliette Sohm en cours), de mesure de pression de contact pneumatiques (pneux jumelés et pneus larges de poids lourds)/chaussées
• Etat de l’art de l’impact de l’eau et du gel dans les matériaux et structures de chaussées et mise au point d’essai de gel sur enrobés
• 9 articles rang A (+ 7 soumis en 2009), 22 communications à des conférences internationales avec actes (+ 6 soumises en 2009), rédaction de 3 chapitres de l’ouvrage final du groupe international COST 351 sur les mouvements d’eau dans les chaussées, participation aux comités scientifiques des revues de l’ASCE, RMPD, Materials and Structures, TRB et des congrès internationaux avec actes RILEM (CP2008 – Chicago US, ATBM09 – Athènes Grèce et autres (Athènes 2007, EATA : 2006, 2008, 2010)

Analyse ViscoAnalyse/ViscoRoute de chaussées bitumineuses dégradées par trafic canalisé de tramway sur pneu (Translohr) pour la mise au point d’essais triaxiaux sur enrobés

(Projet Prédit DEVIN – Hammoum et al., MS in review 2009)

Thèses associées

• Dang Truc Nguyen (ENPC – Ecole doctorale MODES) – Prédiction des déformations permanentes des couches de surface des chaussées bitumineuses – soutenue le 16 novembre 2006
• Hoaï Nguyen Nam (ENPC – Ecole doctorale MODES) – Approche théorique de la fissuration d’un milieu visco-élastique : analyse des régimes fragiles et ductiles – soutenue le 5 décembre 2008
• Rami Chkir (ECN – Ecole doctorale SPIGA) – Identification d’un modèle d’endommagement sur des essais de fatigue pour enrobés bitumineux – Méthodologie et influence de la composition (financement Cifre Total) soutenue le 29 septembre 2009
• Pierre-Emmanuel Peyneau (ENPC – Ecole doctorale MODES) – Etude du comportement et du compactage de pâtes granulaires par simulation numérique discrète – soutenue le 2 novembre 2009
• Thèses débutées en 2008 et 2009
• Malo Le Guern (2008-2010) (Ecole doctorale Génie des Procédés et Haute Technologie de l’Université Pierre et MarieCurie) – Structure physico-chimique et résistance à la fissuration des bitumes (financement Cifre Total)
• Juliette Sohm (2008-2010) (ENTPE/ECN – Ecole doctorale SPIGA) – Prédiction des déformations permanentes des matériaux de chaussée
• Manitou Hun (2009-2010) (ECN – Ecole doctorale SPIGA) – Effet de l’eau dans les bicouches de chaussées urbaines

Pour plus d’information : http://or.lcpc.fr/fondephy

Journée de clôture le mardi 23 mars 2010

Contact : Armelle Chabot e-mail : armelle.chabot@lcpc.fr

11P066 – Physico-Chimie des Milieux Poreux

Responsable : Patrice Dangla – DT Réf : B. Godart
Durée  : 4 ans (2006-2009)

Enjeux et objectifs

 

Le diagnostic et la prévision de la durée de vie des matériaux, et donc des structures qu’ils constituent, en fonction des agressions naturelles physiques et chimiques qu’ils connaissent au cours de leur vie constituent un enjeu majeur des recherches en génie civil et en particulier de celles inscrites dans cette opération de recherche. L’objectif était de produire des connaissances à partir d’approches théoriques et expérimentales de façon à mieux évaluer l’impact des processus physico-chimiques sur le comportement des matériaux de construction et en particulier leur endommagement. Trois thèmes ont été particulièrement abordés : la cristallisation confinée de sels ou d’eau dans les matériaux poreux, la physico-chimie des matériaux cimentaires, le transport des polluants dans les sols hétérogènes.

Partenariats

Laboratoire de Recherches sur les Monuments Historiques

Résultats principaux

Les principaux résultats concernent :

• l’altération des matériaux de construction due aux sels
• le dessalement des matériaux poreux par séchage de compresses
• l’action des sels sur le gel/dégel des matériaux cimentaires
• l’étude RMN des effets mécaniques induits par cristallisation confinée en milieu poreux
• la caractérisation du réseau de bulles d’air d’un béton par analyse d’images
• l’hydratation et structuration des matériaux cimentaires
• la carbonatation atmosphérique des matériaux cimentaires
• la corrosion dans les bétons
• les écoulements hétérogènes et transferts de polluants dans les milieux à double porosité

Produits principaux obtenus

• Logiciels de calculs par volumes finis (http://perso.lcpc.fr/dangla.patrick/bil) pour le calcul de :
  • corrosion des armatures dans le béton
  • carbonatation dans les matériaux cimentaires
  • gel des bétons saturés par une solution saline
• Dispositif de gel contrôlé en température insérable dans l’IRM
• 2 thèses
• 23 articles dans des revues internationales à comité de lecture.

Thèses associées 

E. Bourguignon Dessalement des matériaux poreux par séchage des compresses, thèse ENPC, 2008.

J. Magat, Apport de l’Imagerie par Résonance Magnétique dans l’étude des mécanismes de structuration des matériaux cimentaires : Application au suivi des modifications engendrées par le séchage, thèse ENPC, 2008.

Pour plus d’information contact : Patrick Dangla E-mail : patrick.dangla@lcpc.fr