Contributions à la modélisation numérique de la fissuration des structures en béton avec prise en compte du fluage et estimation de la perméabilité

Le contexte industriel de ces travaux de recherche est lie a l'etude de la durabilite des parois internes des centrales nucleaires a double paroi dont le role premier est le confinement des vapeurs toxiques en cas d'accident sur le reseau de refroidissement. Le premier verrou scientifique est donc la connaissance de la relation entre les proprietes de transferts du materiau et son etat de fissuration. Le deuxieme verrou est relatif a l'etat de contrainte permanent eleve (pas ou peu de charge d'exploitation pour une enceinte), par rapport aux charges a rupture, qui entraine un important fluage. Or, le fluage a des consequences sur les proprietes a rupture du materiau beton. L'expose se decompose en deux parties, l'une relative a la relation etat de fissuration - endommagement et l'autre aux consequences du fluage sur les proprietes a rupture du beton. Dans la premiere partie, l'analyse des resultats experimentaux, sur un cylindre en compression sur lequel la permeabilite radiale a ete mesuree, montre que la permeabilite decroit, jusqu'a une deformation de moitie celle au pic de force, par refermeture des microfissures preexistantes dans le materiau, puis elle augmente fortement jusqu'apres le pic par creation, connexion et ouverture de fissure, et enfin, elle croit moins rapidement jusqu'a la rupture car seule l'ouverture des macrofissures augmente. Dans le but de simuler ces phenomenes, nous presentons deux methodes originales, en phase de post-traitement, pour estimer les fuites a partir d'un calcul mecanique base sur les elements finis. La premiere methode permet de calculer la permeabilite a partir du champ d'endommagement et d'une relation entre la permeabilite et l'endommagement qui raccorde de maniere pseudo-asymptotique la loi de Poiseuille a une loi empiriques identifiees pour les faibles endommagements. La deuxieme methode s'appuie sur le champ des deformations, a partir duquel sont calculees la position et l'ouverture de la fissure. La relation de Poiseuille sera alors appliquee le long de la fissure pour estimer les taux de fuite. La relation entre le fluage du beton et ses caracteristiques mecaniques est analysee dans la deuxieme partie. En effet, un beton est formule pour repondre a un cahier des charges (durabilite), mais il est un materiau “vivant” dont les proprietes, notamment mecaniques, evoluent avec le temps et l'histoire du chargement qui lui est applique. Nous nous interessons donc particulierement aux consequences du fluage sur les proprietes mecaniques a long terme. Apres une revue des resultats experimentaux qui montre essentiellement une fragilisation du materiau apres fluage, nous proposons une analyse qualitative par l'etude des bifurcations, puis par une methode numerique discrete, pour retrouver la meme influence de la viscoelasticite sur la fragilite a rupture qu'observee experimentalement. Finalement, les premiers resultats de l'analyse quantitative par une approche aux elements finis utilisant un modele couple original sont presentes. P.S. : Toutes ces approches necessitent une representation precise du comportement mecanique du beton. Dans la grande majorite des cas, la fissuration du materiau s'amorce d'un bord libre. Ceci rend tres critique les conditions limites qui sont appliquees aux milieux regularises pour eviter la localisation de l'endommagement. Une approche basee sur des considerations micromecaniques a ete recemment developpee pour tenir compte des effets de bord dans les approches non locales.