Equipe Géomatériaux et Structures

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Laboratoire des Sciences pour l'Ingénieur Appliquées à la Mécanique et au génie électrique (SIAME)

Contacts

Responsable d'Equipe

Céline PERLOT

    Tél : 05.59.57.44.32.

     celine.perlot @ univ-pau.fr

Secrétariat

Marie FERREIRA

     Tél : 05.59.57.44.57.

     marie.ferreira @ univ-pau.fr

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Bétons à hautes températures

Personnes impliquées

Permanents :          Hélène Carré (référent)       
                             Christian La Borderie              
                             Olivier Nouailletas
                             Céline Perlot-Bascoulès

Non-permanents :    Hatem Kallel
                              Fariza Sultangaliyeva

Axes de recherche / spécificités scientifiques

Caractérisation du béton à hautes températures

L'objectif est ici de déterminer les propriétés thermiques, mécaniques et microstructurelles afin d'être capable de développer des modélisations et des simulations numériques. La difficulté réside dans la réalisation des essais à hautes températures et en particulier dans l'instrumentation.

Simulation numériques - Prédiction du comportement à hautes températures

Des simulations numériques sont réalisées à l'échelle mésoscopique mais également macroscopique.

Évaluation du béton après incendie

Après un incendie, une structure en béton doit être évaluée afin de distinguer les parties à conserver des parties à démolir. Afin de contribuer à faciliter ce diagnostic, nous travaillons à l'utilisation de la colorimétrie à cette fin et à l'évaluation de la durabilité du béton après chauffage. En effet, l'état du béton est souvent évalué à partir de la résistance en compression seule. Les indicateurs de durabilité doivent eux-aussi être pris en compte.

 

Collaborations

Les recherches sont menées avec différents partenaires :

  • CSTB : Centre Scientifique et Technique du Bâtiment
  • CERIB : Centre d'études et de recherche de l'industrie du béton
  • IFSTTAR : Institut français des sciences et technologies des transports, de l'aménagement et des réseaux
  • EDF : électricité de France
  • Universités de Bordeaux, Cergy-Pontoise, Grenoble…, Mines de Douai…
  • Politecnico Milano : institut polytechnique de Milan (Italie)
  • CUT : université technologique de Cracovie (Pologne)
  • Université de Tunis El Manar

Moyens expérimentaux

Le laboratoire dispose de différents équipements permettant de réaliser des essais de caractérisation mais aussi des essais feu à petite échelle.

   

 

Projets/résultats emblématiques

Voilà les principaux projets réalisés dans les dernières années et les principaux résultats scientifiques obtenus :

  • Étude du risque d'écaillage du béton à hautes températures - projet CSTB - doctorat de JC Mindeguia
    • mise en évidence de l'effet de la vitesse de chauffage sur le risque d'écaillage
    • mesure des pressions à hautes températures et effet de la composition du béton, de la vitesse de chauffage…
  • Étude du chargement mécanique sur le risque d'écaillage du béton à hautes températures - projet CSTB, Politecnico Milano - doctorat de Jihad Mihad
    • comparaison entre chargement uniaxial et biaxial de compression sur le risque d'écaillage
    • mesure de la perméabilité du béton avant et après chauffage avec différents type de chargement mécanique
  • Détermination des propriétés mécaniques et thermiques du béton en température et humidité contrôlée - financement EDF - projet ANR MACENA - doctorat d'Hatem Kallel
    • mis au point d'un dispositif d'essai jusqu'à 140 °C
    • mise en évidence de l'évolution des propriétés thermiques et mécaniques à température et degré de saturation contrôlés
  • Formulation d'un béton ultrafluide résistant aux hautes températures pour le stockage des déchets radioactifs - financement ANDRA - projet PIA UCOMP - partenaires : CERIB, CSTB, IFSTTAR
    • détermination de l'effet des fibres de polypropylène sur la rhéologie du béton
    • optimisation de la formulation de bétons fibrés pour limiter le risque d'écaillage (en cours)

Par

Géothermique

Personnes impliquées

Permanents :          Domenico Gallipoli (référent)
                             Christian La Borderie              

Non-permanents :    Agostino Walter Bruno
                             Hatem Kallel
                             Hui Wang

Axes de recherche / spécificités scientifiques

Les principales activités de recherche en Géotechnique peuvent être regroupées en quatre domaines

Lois constitutives hydro-mécaniques pour les milieux poreux triphasés

Cette activité de recherche vise à développer les modèles mathématiques qui décrivent le comportement  des géomatériaux dont les pores sont partiellement remplis de liquide et partiellement remplis de gaz, à des fins d'ingénierie. Ces modèles, qui tiennent compte de l'interdépendance entre la déformation et la rétention d'eau (couplage hydro-mécanique), sont validés à l'aide de différentes techniques expérimentales :

  • essais triaxiaux sur matériaux partiellement saturés
  • microscopie électronique à balayage lors de cycle d’humidification/séchage
  • porosimétrie mercure et adsorption d'azote
  • tomographie par rayons-X
  • analyse d'images haute définition par photogrammétrie

Cette recherche a été financée par la Commission européenne et la Royal Society of the United Kingdom.

 

Cellules triaxiales partiellement saturées

Simulation de problèmes géotechniques dans des sols partiellement saturés

Cette recherche se concentre sur l'application des lois constitutives hydro-mécaniques décrites ci-dessus aux problèmes géotechniques réels comme, par exemple, l'effet des précipitations sur la stabilité des pentes ou l'influence de l'hétérogénéité du sol sur le comportement des fondations. Des recherches sont également été entreprises sur l'analyse inverse des essais sur terrain, tels que les essais au manomètre dans les remblais insaturés, dans le but de déterminer les paramètres du modèle à l'aide d'une combinaison de simulations par éléments finis et d'algorithmes d'optimisation. Cette recherche a été financée par la Commission européenne et le Council for Engineering and Physical Research du Royaume-Uni.

 

 

Conception de nouveaux capteurs pour la surveillance de structures géotechniques

Cette activité de recherche concerne le développement de nouveaux capteurs (tensiomètres à haute capacité) pour mesurer des pressions capillaires élevées, jusqu'à 2 MPa, dans des sols partiellement saturés. Cette thématique de recherche se concentre également sur le développement de solutions matérielles et logicielles nécessaires à la surveillance à distance en temps réel des structures géotechniques par le biais d'une interface web.

Un autre domaine d'application potentiel de ces capteurs est l'industrie agricole, et plus particulièrement la réalisation de systèmes d'irrigation intelligents qui arrosent les plantes en fonction du niveau de contrainte hydrique mesuré dans le sol à proximité des racines.

Cette recherche a été menée en collaboration avec des industries de trois pays (Allemagne, Autriche et Italie) et des prototypes de tensiomètres ont été fabriqués pour des applications commerciales en géotechnique et en agriculture. Cette recherche a été financée par la Commission européenne et la société britannique Wykeham Farrance Ltd.

 

Application au stockage souterrain de déchets radioactifs

Cette recherche est axée sur l'analyse de la réponse technique des géomatériaux constitutifs de la barrière naturelle et ouvragée entourant les déchets radioactifs dans le site de stockage souterrain. Ces géomatériaux comprennent à la fois la formation géologique (roche) dans laquelle le tunnel de stockage est excavé, les massifs d’appui et les scellements en argile gonflante placés autour des déchets. En particulier, ces recherches se concentrent sur l'analyse de la réponse mécanique de ces géomatériaux à la saturation hydrique par l’eau de la formation géologique, et le séchage induit par l’exothermicité des déchets. Cette recherche est financée par l'Agence Nationale pour la gestion des Déchets RAdioactifs (Andra), le Scholarship Council of China et le Council for Engineering and Physical Research au Royaume-Uni.

Toutes ces thématiques de recherche sont riches de la synergie de différentes expertises allant de l'investigation expérimentale à la modélisation constitutive et à la mécanique computationnelle. Ceci favorise le développement d'une recherche multidisciplinaire avec des applications pratiques à l'interface entre la mécanique des sols, l'ingénierie des matériaux, la géophysique et l'ingénierie de l'environnement.

Collaborations

Les recherches sont menées avec différents partenaires :

  • Commission européenne
  • Royal Society of the United Kingdom
  • Council for Engineering and Physical Research du Royaume-Uni
  • Société britannique Wykeham Farrance Ltd
  • Andra
  • Scholarship Council of China
  • LaSIE, Université de la Rochelle

 

Projets/résultats emblématiques

Projet NOVELIANT

Projet européen MAGIC (mettre lien vers descriptif projet)

Eco-matériaux

 

Personnes impliquées

Permanents :          Domenico Gallipoli
                             Hélène Carré
                             Claire Lawrence
                             Céline Perlot-Bascoulès (référent)

Non-permanents :    Walter Bruno
                             Alessia Cuccurullo
                             Hatem Kallel
                             Olivier Nouailletas
                             Sravan Muguda Viswanath

 

Axes de recherche / spécificités scientifiques

Développement d’éco-matériaux à base de terre crue compressée

Mise au point d’un procédé de fabrication

L’objectif est de développer un procédé de fabrication de briques de terre crue compressée présentant le plus faible impact environnemental possible.

Les produits finaux doivent présenter les caractéristiques réglementaires requises pour pouvoir être utilisés dans la construction : les différentes propriétés sont donc évaluées de l’échelle matériau à celle de la paroi en passant par le produit.

La méthode de fabrication mise au point est basée sur un procédé d’hypercompactage (jusqu’à 100 MPa). Des moules spécifiques ont été élaborés.

Moule pour fabrication de briques de terre crue hypercompactée.

 

Stabilisation et durabilité 

Afin de limiter l’impact environnemental des produits développés tout en améliorant la durabilité des matériaux à base de terre crue compressée, des méthodes de stabilisation alternatives aux liants hydrauliques sont testées : mécanique, chimique, thermique, par agents imperméabilisants et biostabilisation. Afin de mieux caractériser l’effet des méthodes de stabilisation sur les propriétés, le lien avec la microstructure est établi par des mesures de porosimétrie au mercure, d’adsorption d’azote et de microtomographie par rayons-X.

Différents tests de tenue à l’eau des matériaux sont réalisés : contact, absorption, succion, érosion, … La tenue au gel-dégel est aussi étudiée.

Mesure de la résistance en compression de brique de terre crue.

 

Échanges hygro-thermiques et confort intérieur

La capacité de régulation hygrothermique des matériaux à base de terre crue stabilisés est évaluée par des mesures d’échanges hygroscopiques sur le matériau ou le produit (méthode MBV), et à l’échelle de la paroi grâce à une double chambre régulée en température et humidité permettant de simuler les conditions hivernales ou estivales. Des modélisations de la contribution de la terre crue au confort d’hiver ou d’été dans les bâtiments sont ensuite développées sur la base de ses données.

L’influence de l’incorporation de fibres végétales sur le comportement hygro-thermique est actuellement étudiée.

 

Autre axe de recherche étudié, la contribution de la terre crue à la rétention de polluants pour améliorer la qualité de l’air intérieur les propriétés d’aspect visuel.

Développement d’éco-matériaux à par valorisation de sous-produits

Cette thématique de recherche concerne la mise au point et la caractérisation de formulations de matériaux cimentaires incorporant des sous-produits industriels (insertion de laitiers d’aciérie comme granulats pour béton lourds, substitution du sable par des coquilles d’huîtres, utilisation de granulats recyclés issus de la démolition de bâtiments, …).

La valorisation de ces sous-produits permet de limiter l’empreinte environnementale des bétons mis au point et notamment d’un point de vue limitation de l’épuisement des ressources naturelles. Une démarche performantielle est appliquée pour s’assurer de la durabilité des matériaux cimentaires développés. Une optimisation technico-économique des étapes de fabrication des bétons est réalisée, basée sur des analyses de cycle de vie.

 

Collaborations

Les recherches sont menées avec différents partenaires :

  • Commission Européenne
  • Université de Duhram
  • Communauté d’agglomérations du Pays Basque
  • Conseil Régional de Nouvelle-Aquitaine
  • C2MA, IMT Mines d’Alès
  • Syndicat de conchyliculture du Bassin d’Arcachon

 

Projets/résultats emblématiques

Projet européen TERRE

 

Durabilité des matériaux cimentaires sous sollicitations physico-chimiques

 

Personnes impliquées

Permanents :          Christian La Borderie
                             Hélène Carré
                             Céline Perlot-Bascoulès (référent)   

Non-permanents :   Delphine Lesquerbaoults
                             Amaia Matanza Corro

 

Axes de recherche / spécificités scientifiques

Évolution des propriétés et de la durabilité en milieux chimiquement agressifs

Cette thématique de recherche vise à caractériser et améliorer la durabilité de matériaux cimentaires en environnements chimiquement agressifs.

Exposition  en  milieux chimiquement agressifs

Afin d’identifier les paramètres régissant l’agressivité chimique d’environnements agressifs et la phénoménologie de l’agression, des bancs de dégradation accélérée sont mis au point (attaque sulfatique, carbonatation sous eau, milieu marin)

Modifications minéralogiques et microstructurales

Les modifications du cortège minéralogie induites par les agents chimiques agressifs et leur effet sur la microstructure sont caractérisées par : DRX, ATD/ATG, MEB/EDS, microtomographie RX, porosimétrie mercure, adsorption BET

Modifications des propriétés, évaluation et renforcement de la durabilité

Les propriétés mécaniques, de transfert et d’interface sont reliées à l’état de dégradation et à la modification microstructurale : résistance en compression, flexion, ouverture de fissure, perméabilité au gaz, diffusivité des chlorures, carbonatation.

Des études sont en cours pour évaluer le renforcement de la durabilité par des nanomatériaux d’origine biosourcée.

Ces données alimentent les simulations numériques du comportement des structures pour en prédire la tenue dans le temps.

Caractérisation de la durabilité résiduelle post-incendie

Les modification minéralogiques microstructurales et les indicateurs de durabilité de bétons soumis à hautes températures sont caractérisées afin de déterminer la durabilité résiduelle des matériaux et optimiser les réparations des structures.

 

Collaborations

Les recherches sont menées avec différents partenaires :

  • Andra
  • Materials Physics Center de San Sebastian, Université du Pays Basque (UHV/EHU)

 

Projets/résultats emblématiques

Projet Andra – Regroupement GL-MOUV

Modifications des propriétés mécaniques et de transfert aux interfaces de bétons bas-pH induites par les attaques sulfatiques et la carbonatation – Andra – doctorat de Delphine Lesquerbault (en cours)

Bétons renforcés de nano-fibres pour la durabilité des infrastructures en environnements marins – UPV/EHU- doctorat d’Amaia Matanza-Corro (en cours)

Projet DINaMO-FiVe - Durabilité des Infrastructures en environnement marin : Nano-Matériaux optimisés par Fibres Vertes. AAP Aquitaine-Euskadi-Navarre - Collaborations avec 2 entreprises – 3 collectivités territoriales.

 

Modélisations et simulations numériques

 

Personnes impliquées

Permanents :          Hélène Carré
                             Domenico Gallipoli
                             Christian La Borderie (référent)
                             Olivier Maurel

Non-permanents :    Hatem Kallel
                              Hui Wang

 

Axes de recherche / spécificités scientifiques

Modélisations thermo-hydro-mécaniques et comportement des structures

Des modélisations dans le domaine de la mécanique non linéaire des géomatériaux (bétons et roches) sont développées. Ces modèles peuvent décrire des comportements à l’échelle mésoscopique (grain de sable) ou macroscopique (matériau homogène). Ils sont souvent couplés entre la mécanique et la thermique ou l’hydrique ou même la chimie, et ont pour vocation à être utilisés en simulation numérique pour décrire le comportement à l’échelle supérieure (matériau ou ouvrage). Par exemple, on peut simuler l’évolution de la perméabilité d’une structure lors de sa fissuration.

Maillage à l’échelle mésoscopique

La fissuration diffuse qui existe au début de l’endommagement se traduit par une répartition de l’ouverture totale sur plusieurs fissures et change de façon significative la perméabilité résultante.

 

Simulation d’un essai de fendage

Cet effet est habituellement pris en compte par un coefficient de débit dont l’identification est obscure. La simulation à la petite échelle permet d’évaluer l’évolution de ce coefficient.

 

Coefficient de débit hydraulique basé sur la simulation mésoscopique

Les modélisations sont identifiées à partir d’expérimentations effectuée en laboratoire. Par exemple,  des expériences permettant d’identifier les propriétés de rupture du béton en conditions contrôlées de température et d’humidité.

Dispositif expérimental

 

Évolution de l'énergie de fissuration en fonction de la température et de l'humidité

Application au stockage souterrain de déchets radioactifs

Cette recherche est axée sur l'analyse de la réponse technique des géomatériaux constitutifs de la barrière ouvragée entourant les déchets radioactifs dans le site de stockage souterrain. Ces géomatériaux comprennent à la fois la formation géologique (roche) dans laquelle le tunnel de stockage est excavé, les massifs d’appui et les scellements en argile gonflante placés autour des déchets. En particulier, ces recherches se concentrent sur l'analyse de la réponse mécanique de ces géomatériaux à la saturation hydrique par l’eau de la formation géologique, et le séchage induit par l’exothermicité des déchets. Cette recherche est financée par l'Agence Nationale pour la gestion des Déchets RAdioactifs (Andra), le Scholarship Council of China et le Council for Engineering and Physical Research au Royaume-Uni.

Toutes ces thématiques de recherche sont riches de la synergie de différentes expertises allant de l'investigation expérimentale à la modélisation constitutive et à la mécanique computationnelle. Ceci favorise le développement d'une recherche multidisciplinaire avec des applications pratiques à l'interface entre la mécanique des sols, l'ingénierie des matériaux, la géophysique et l'ingénierie de l'environnement.

 

Evolution des contraintes autour de la zone excavée avec la resaturation (à gauche après excavation, à droite après un an).

 

Collaborations

Les recherches sont menées avec différents partenaires :

  • Andra
  • EDF
  • CSTB

 

Projets/résultats emblématiques

Projet MACENA

Thèse Hui Wang