Modélisation du comportement du béton au jeune âge : analyse

Soutenance de thèse:
Modélisation du comportement du béton au jeune âge :
analyse multiéchelle et simulation d’une structure massive
de stockage
par Tulio HONORIO DE FARIA
La prédiction précise du comportement à long et court terme des structures en béton dans le domaine nucléaire est essentielle
pour assurer des performances optimales (intégrité, capacité de confinement) pendant leur durée de vie. Dans le cas particulier
des structures massives en béton, la chaleur produite au jeune âge par les processus d'hydratation ne peut pas s’évacuer
rapidement, si bien que des températures élevées peuvent être atteintes et les gradients de température qui en résultent peuvent
conduire à la fissuration, en fonction des conditions aux limites et contraintes internes auxquelles ces structures sont soumises.
Les objectifs de cette étude sont (1) d'effectuer des simulations numériques afin de décrire et prédire le comportement
thermo-chimio-mécanique au jeune âge d'une structure massive en béton dédiée au stockage de déchets en surface, et (2) de
développer et appliquer des outils de changement d'échelle pour estimer rigoureusement, à partir de la composition du
matériau, les propriétés physiques du béton nécessaires à une analyse au jeune âge.
Une étude chimio-thermique visant à déterminer l'influence de la convection, du rayonnement solaire, du rerayonnement et de la chaleur d'hydratation sur la réponse thermique de la structure est tout d’abord menée. Des
recommandations pratiques concernant les températures de bétonnage sont fournies afin de limiter la température maximale
atteinte au sein de la structure. Ensuite, au moyen d'une analyse mécanique, des stratégies de modélisation simplifiées et plus
complexes (prenant en compte l’endommagement couplé au fluage) sont mises en œuvre pour évaluer des scénarios intégrant
différentes conditions aux limites issues de l'analyse chimio-thermique précédente.
Dans un second temps, une étude prenant en compte le caractère multi-échelle du béton est réalisée. Un modèle
simplifié de cinétique d'hydratation du ciment est proposé. Les évolutions des fractions volumiques des différentes phases au
niveau de la pâte de ciment peuvent être alors estimées. Par la suite des outils d’homogénéisation analytiques et numériques
développés dans un cadre vieillissant sont présentés et appliqués pour estimer les propriétés mécaniques et thermiques des
matériaux cimentaires. Les données d’entrée utilisées dans l'analyse structurelle sont finalement comparées avec les
estimations obtenues dans l'analyse multi-échelle.
Pour conclure, la stratégie proposée dans cette thèse vise à prédire le comportement des structures massives en béton à
partir de la composition du béton au moyen d'une approche séquentielle: le comportement du béton est estimé via les outils de
changement d’échelle, fournissant ainsi les données d'entrée pour l'analyse phénoménologique à l’échelle de la structure.
École Norma le Supérieure de Ca cha n
61, Avenue du Président Wilson
Bâ timent D’Alembert,
Da te : 28 Septembre 2015
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