LMT-Cachan (ENS Cachan/CNRS/UPMC/PRES UniverSud Paris)

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LE SECTEUR "GENIE CIVIL ET ENVIRONNEMENT"

  Yves BERTHAUD
 Professeur
 Directeur-adjoint, responsable du secteur Génie Civil et Environnement
 

 
 
 
 

 Administration & gestion : Claudine CHABAUD
 Téléphone : +33 (0)1 47 40 22 39
 Télécopie : +33 (0)1 47 40 22 40
 
 
 

 

ACTIVITES DE RECHERCHE

 Les activités de recherche dans ce secteur concernent le comportement des matériaux innovants et des structures/ouvrages que l’on rencontre dans le domaine du génie civil. Même si l’on considère essentiellement les aspects mécaniques, les couplages avec d’autres approches (chimique, physico-chimique, thermiques, etc…) sont inévitables dans le cas des matériaux et des structures qui nous intéressent ici. En effet les propriétés mécaniques des matériaux ou ouvrages du génie civil, notamment ceux à base cimentaire, sont évolutifs (hydratation) et fortement dépendant des effets environnementaux : cycles thermiques gel-dégel ou résistances aux incendies, attaques sulfatiques, carbonatation, corrosion des armatures, etc… Ainsi, les modèles mécaniques que nous développons sont toujours couplés avec l’un ou plusieurs de ces phénomènes. Par ailleurs, nous avons affaire à des matériaux/ouvrages dont les propriétés sont variables à toutes les échelles, d’où la nécessité d’utiliser de manière systématique des techniques multi-échelles issues de la physique statistique (théorie de percolation par exemple) ou des techniques de calcul originales que nous développons spécialement (non-linéaire, passage matériau/ouvrage, etc ...). Pour mener a bien nos projets, qui sont par essence pluri-disciplinaires, le secteur est composé de chercheurs de compétences différentes, mais complémentaires : chimie minérale, physique-rhéologie et modélisation-mécanique. Même si nos études sont le plus souvent inspirées par des problèmes industriels (stockage de déchets, formulations de matériaux à performances améliorées, etc ...), nos travaux aboutissent en général au développement de nouvelles approches scientifiques. Il faut souligner également les enjeux sociétaux et environnementaux importants liés à nos études. Nous pouvons évoquer au moins trois approches scientifiques que nous développons actuellement et pouvant être considérées comme une percée dans le domaine du génie civil.
 

UNITES THEMATIQUES DE RECHERCHE

 Le Secteur "Génie Civil et Environnement" compte trois unités thématiques de recherche :
 

    UTR Ouvrages sous conditions extrêmes
 

 Responsable : Luc Davenne, Maître de Conférence, HDR
 

 Cette Unité regroupe les chercheurs qui sont intéressés par l’étude d’ouvrages de génie civil soumis à d’extrêmes conditions mécaniques, thermiques ou d’environnement (par exemple : choc thermique, tsunami ou séisme), leur permettant d’acquérir une meilleure compréhension de toutes les faiblesses d’une structure et d’arriver ainsi à une conception optimale. Les modèles développés sont capables de maîtriser le comportement anélastique, de grandes déformations et de grandes rotations, ainsi que des phénomènes d’instabilité et de localisation (par exemple espacement et ouverture de fissures en béton armé).
On développe également des modèles simplifiés d’une qualité suffisante pour effectuer des simulations numériques non linéaires fiables et permettre l’analyse de la vulnérabilité de grands systèmes complexes (une ville soumise à un séisme, par exemple) avec des outils stochastiques.
Parallèlement une attention particulière est prêtée au développement d’algorithmes efficaces pour traiter les problèmes couplés en génie civil (par exemple, couplage thermo-mécanique ou interaction fluide structure). On élabore des approches multi-échelles en temps (modélisation de phénomènes avec différentes constantes de temps) et en espace (modélisation 3D raffinée dans certaines zones couplées à une modélisation plus globale ailleurs) pour améliorer l’efficacité et la robustesse des simulations. Sont également étudiés les modèles raffinés ainsi que les algorithmes permettant de proposer une interprétation fiable des résultats expérimentaux fournis par des essais sous un champ de contraintes hétérogène en statique (effet d’échelle) et en dynamique (interprétation d’amortissement)
 

    UTR Formulation et Comportement des Matériaux Innovants
 

 Responsable : Farid Benboudjema, Professeur
 

 La thématique principale de cette équipe est relative au comportement mécanique des matériaux du génie civil depuis leur formulation jusqu’à leur tenue à long terme dans leur environnement (durabilité). Cela implique :
- La prise en compte des interactions organo-minérales contrôlant leur comportement rhéologique,
- La prise en compte des effets thermiques et chimiques liés à leur prise dans le comportement mécanique (retrait, fissuration, etc.) au jeune âge,
- La prise en compte des processus chimiques (corrosion, carbonatation, attaques sulfatiques, etc.) dans l’évolution des propriétés mécaniques à long terme.
Ce sont donc les couplages entre le comportement et les processus multiphysiques autour du matériau béton, soit formulé à des fins précises au laboratoire soit élaboré par les industriels qui sont l'objet d'études dans cette UTR. D’un point de vue expérimental, nous mettons en œuvre entre autres des essais au rhéomètre couplés avec des techniques de mesures physiques (conductimétrie, imagerie), des essais de corrosion accélérée originaux et multi instrumentés, des essais de transfert en environnement contrôlé, etc. D’un point de vue modélisation, nous développons des approches du type mécanique des milieux continus (poreux le cas échéant), mais fortement couplées avec des lois de transferts et de réactions chimiques.
 

    UTR Comportements endommageants des structures sous sollicitations dynamiques et sismiques
 

 Responsable : Frédéric Ragueneau, Professeur
 

 Se plaçant à une échelle intermédiaire entre le matériau et la structure, l’objectif de l’UTR est de mettre en place différentes méthodes d’analyses du comportement d’éléments structuraux de génie civil, principalement en béton armé, soumis à des actions sévères. Les axes principalement visés concernent le comportement d’éléments structuraux sous sollicitations de type sismiques, chocs et impacts. Les modèles développés se situent à l’échelle macroscopique du volume élémentaire représentatif prenant en compte :
- l’endommagement et la plasticité du béton
- les ruptures localisées à l’interface acier-béton
- les aspects particuliers liés à la compaction des matériaux cimentaires sous fortes étreintes
- la rupture et ses aspects numériques traités par le biais de longueurs et temps internes.
L’identification des modèles développés s’effectue à l’échelle de l’élément structural. Se voulant aussi réaliste que possible, l’expérimentation hybride par sous-structuration nonlinéaire est au cœur du projet de développement de l’UTR. Les analyses pseudo-dynamiques sont mises à profit permettant de recréer au niveau du corps d’épreuve étudié des conditions aux limites et de chargement le plus réaliste possible. La mesure de champs par corrélation d’images numériques permet d’envisager l’identification, au niveau de l’élément structural, de caractéristiques discrètes telles que des ouvertures de fissures au sens de variables thermodynamiques continues que sont l’endommagement (scalaire et anisotrope). Ce dernier point est l’objectif principal du projet national CEOS.fr.