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Laboratoire Navier (Paris-Est)

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Most widely held works by Laboratoire Navier (Paris-Est)
Couplage thermomécanique lors de la soudure par ultrasons : application pour les thermoplastiques by Duc Ha Minh( )

1 edition published in 2009 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

This thesis presents a thermomechanical coupling for advanced modeling of welding processes, especially the ultrasonic welding for thermoplastic materials. The mode of operation of welding machines and the behaviour of welding materials must be well known. Consequently, the properties of these materials, especially those required for finite element modelling, are identified. The mechanical and thermal parameters are measured in static mode and are compared with results calculated by homogenization. Some parameters are also measured dynamically and show a dependency on frequency and temperature. This is very useful because the materials are solicited at high ultrasonic frequency and the temperature during the welding changes significantly. The welding ultrasonic machine (the acoustic ensemble) has already been designed and manufactured. The modelling by finite element in 3D with ABAQUS shows good modal and vibration behaviours. Then, the welding materials are introduced by modelling the dynamic contact between the acoustic ensemble and welding band. This model allows us to determine the contact duration and the compression in the materials depending on the applied load. The dissipation of energy that is generated by viscosity of welding materials is calculated and included in the thermomechanical coupled model. The heat transfer in the whole system is modeled and enable to compute the temperature field, especially the temperature at the interface between two layers of welding materials. This model is completed using the ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) method to take into account the displacement of the welding bands
Panneaux en maçonnerie renforcés à l'aide de matériaux composites : approche de type calcul à la rupture et étude expérimentale by Ramzi Sahlaoui( )

1 edition published in 2011 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Maintenance, repair and reinforcing of masonry walls with composite materials glued require the development of methods and techniques for evaluating the suitability for service and retraining for both their functional restoration for their adaptation to new constraints (changes seismic zoning for example). This thesis aims to propose an evaluation tool by calculating the limit state of masonry walls,reinforced bonded composite, loaded in their plane.The work done on modeling by homogenization of masonry walls and acampaign experimental characterization of charge transfer between a reinforcement of carbon fiber fabric and a backing of hollow blocks concrete by means of an adhesive joint. To model the resistance of masonry walls, we propose a law for elastic perfectly plastic behavior in the plane formed of masonry blocks connected by mortar joints. The convex plasticity is obtained byperiodic homogenization technique which takes into account the three dimensional nature of the basic cell. This gives a convex bounded by several surfaces of charge. An algorithm digital original is then proposed and programmed in the finite element software ABAQUS. Numerical simulations using the developed module are presented
Modélisation des murs en maçonnerie sous sollicitations sismiques by Michele Godio( )

1 edition published in 2015 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Developed. The method is based on the two-dimensional micropolar continuum theory and makes use of the kinematic approach of limit analysis in conjunction with a rigorous homogenization technique. The method is introduced in a general way, with regard to the genericclass of discrete periodic media made of particles of the same type. The case of masonry is presented as application. The homogenised strength domains of masonry columns and walls are retrieved in terms of the generalized stresses and couple stresses of the Cosserat continuum. The formulation of the method based on the Cosserat continuum enables the investigation of the influence of the relative rotation of the particles on the strength of the discrete medium. This influence is illustrated by the application to masonry structures, in comparison with other methods presented in the literature. The development of the homogenisation method continues with its extension to discrete periodic media made of particles disposed along three directions and showing three periodicity vectors. In this case, the approach relies on the three-dimensional micropolar theory. This enables to capture the three-dimensional effect of the relative translations and rotations of the particles constituting the discrete medium. The application to masonry columns and walls shows how the in-plane and out-of-plane actions result coupled in the assessment of masonry strength. The relative rotation of the blocks accentuates this effect, which consistently diminishes the in-plane strength. Masonry walls are finally ascribed to homogenised plates with Cosserat kinematics. A finite element formulation for Cosserat plate models is next developed. The formulation is first presented for elasticity and dynamics. The validation of a specific finite element is made by means of numerical benchmarks and patch tests. The actual use of the element is presented in an application to masonry structures. The natural frequencies of a masonry panel modelled by discrete elements are computed and compared with those given by a homogenisation model implemented in the element. This allows to investigate the role of the in-plane rotations of the blocks and to show their implication towards seismic analyses of masonry structures. The finite element formulation is next extended to the elastoplastic framework. The implementation of the multisurface plasticity theory into the Cosserat finite element is presented. The implementation of this theory is based on a projection algorithm. An important limitation of the classical implementation of this algorithm prevents its use in the framework of multisurface plasticity in efficient way. This limitation is discussed and a solution strategy is proposed. The finite element for Cosserat plate models is finally validated through numerous numerical benchmarks. In conclusion, three different modelling approaches for masonry are proposed and comviipared. A continuum model based on the Cosserat continuum is first presented. The model isconstructed by implementing the homogenised yield criteria computed based on the proposed analytical method into the developed finite element. A homogenisation model based on Cauchy continuum is next introduced. This model is constructed by selecting appropriate constitutive laws and yield criteria from the literature. The performance of those homogenisation models in representing the elastoplastic response of a masonry panel is discussed, based on the comparison with a third analogue discrete elements model. The capability of the three models in predicting the scale effect in the formation of failure mechanisms is investigated in a practical application to masonry structures
Contribution à l'étude du phénomène d'oscillation argumentaire by Daniel Cintra( )

1 edition published in 2017 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Contribution à l'étude du phénomène d'oscillation argumentaire. L'oscillateur argumentaire a un mouvement stable périodique, à une fréquence proche de sa fréquence fondamentale, lorsqu'il est soumis à une excitation provenant d'une source de type harmonique, à une fréquence qui est un multiple de ladite fréquence fondamentale, et agissant de manière telle que son interaction avec le système dépende des coordonnées d'espace du système. La présente thèse étudie quelques systèmes argumentaires et essaie de mettre en évidence des relations symboliques entre les paramètres de ces systèmes et leur comportement observé ou calculé. C'est la représentation de Van der Pol qui a été utilisée la plupart du temps pour représenter l'état du système, car elle est bien adaptée à la méthode de centrage, où l'on cherche une solution sous forme d'un signal de type sinusoïdal, d'amplitude et de phase lentement variables. L'originalité de la présente thèse vis-à-vis des publications antérieures est dans la modélisation, plus proche des systèmes physiques réels, dans les développements symboliques qui donnent des représentations inédites, dans le mode de réalisation des expériences, qui utilisent toutes une visualisation de Van der Pol en temps réel, et dans l'objet de l'expérience de la poutre excitée axialement de manière argumentaire. Au cours de cette thèse, des systèmes simples à un DDL ont été modélisés, construits et expérimentés. Des relations symboliques, notamment concernant les probabilités de capture par des attracteurs, ainsi que des critères de stabilité et une solution symbolique approchée, ont été mis en évidence. Un système continu constitué d'une poutre élancée excitée axialement a ensuite été modélisé à l'aide de deux modèles et expérimenté ; toujours dans le domaine symbolique, des propriétés ont été étudiées, notamment concernant des combinaisons de plages de paramètres permettant au phénomène argumentaire d'exister
Propagation de fissures et endommagement par microfissures des matériaux viscoélastiques linéaires non vieillissants by Sy Tuan Nguyen( )

1 edition published in 2010 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Most of France's energy is nuclear. The reactor building comprises a internal and external containment. The internal containment is prestressed to limit the flow of leakage in the internal-external space. The prestress decreases during time by the creep of concrete. It may propagate the cracks by the accidental internal pressure. So we define two research problems : propagation of macrocracks in viscoelastic structure ; effective behavior of microcracked viscoelastic material. Firstly, we develop a Burger viscoelastic model of concrete with two approaches: numerical and analytical. Then we solve the problem of single cracks in developing thermodynamically the concept of energy release rate. In the third part we develop a viscoelastic model to study the effective behavior of microcracked materials in the case without propagation. The problem of propagation of microcracks is then studied by a numerical approach based on the "representative pattern morphology". These studies are finally applied to solve the problems of crack propagation and damage of containment under accidental internal pressure
Expansion and stresses induced by crystallization in cement-based materials in presence of sulfates by Nam Nghia Bui( )

1 edition published in 2016 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

La cristallisation du sel dans les pores peut conduire à l'expansion d'une variété de milieux poreux, y compris le béton, la pierre ou les sols. Par exemple, les attaques sulfatiques de matériaux cimentaires peuvent conduire à des cristallisations du gypse ou de l'ettringite, qui peuvent causer un endommagement et limiter la durabilité des structures en béton. Une meilleure compréhension de la façon dont la cristallisation induit la déformation des matériaux cimentaires est une condition préalable à la conception de moyens efficaces pour atténuer les effets néfastes de la cristallisation du sel. Dans cette thèse, nous cherchons à comprendre comment la cristallisation conduit à l'expansion, pour les matériaux à base de ciment dans le cas spécifique de la présence d'ions sulfatiques, qui est un cas pertinent pour la compréhension des attaques sulfatiques. La principale originalité de l'étude a été de réaliser des expériences avec des matériaux granulaires compactés dans des cellules œdométriques ou isochores. Les échantillons testés ont été fabriqués par broyage de pâtes de C3S, de pâtes de ciment Portland ordinaire, ou des mélanges des phases dont ces pâtes sont constituées (par exemple, monosulfoaluminate AFm), puis de les compacter dans des éprouvettes cylindriques sur une hauteur de 2 cm. Dans les cellules, les échantillons compactés sont très perméables et peuvent être saturés avec des solutions de sulfate de sodium en moins d'1 heure. Dans une cellule œdométrique, l'échantillon est empêché de se dilater radialement, mais est autorisé à se dilater axialement: nous avons mesuré comment des injections de solutions induisent une expansion axiale. Dans une cellule isochore, l'échantillon est empêché de se dilater à la fois radialement et axialement: nous avons mesuré comment des injections de solutions provoquent le développement de contraintes axiales et radiales. Un point notable des cellules isochores que nous avons développées est que toute solution s'évacue le long de l'échantillon et peut être récupérée: ainsi, à partir des mesures des concentrations et des volumes de solutions d'entrée et de sortie, la quantité de sulfates restant dans l'échantillon au cours des expériences pourrait être déterminée. En parallèle des mesures de déformation/contrainte, nous avons effectué des caractérisations minéralogiques et microstructurales des échantillons en utilisant une variété de techniques, notamment : la fluorescence X, l'analyse thermogravimétrique, la diffraction des rayons X, la résonance magnétique nucléaire d'aluminium et la microscopie électronique à balayage avec analyse aux rayons X. Les évolutions des concentrations de sortie et de la minéralogie au cours du processus d'injection ont pu être bien prédites avec le logiciel CHESS de modélisation géochimique. Les résultats expérimentaux de la campagne, en conjonction avec les résultats des caractérisations minéralogiques et microstructurales, ont permis de révéler quels sont les principaux paramètres qui régissent l'expansion. Grâce à ce protocole original que nous avons développé, l'expansion ou le développement de contraintes a commencé immédiatement après l'injection de la solution, s'est stabilisé au bout de quelques jours à quelques semaines, et la cristallisation a eu lieu de façon homogène sur toute la hauteur de l'échantillon. En outre, nous avons montré que la cristallisation du gypse contribue à l'expansion. Dans les tests isochores, nous montrons que les deux cristallisations d'ettringite et de gypse peuvent induire des contraintes, et que l'amplitude de ces contraintes dépend linéairement du volume de ces cristaux formés. Les conclusions tirées de cette étude expérimentale permettent de mieux comprendre les processus physiques par lesquels la cristallisation induit une expansion ou des contraintes dans des solides poreux, et permettent d'orienter la modélisation des attaques sulfatiques dans les matériaux cimentaires
Étude de la résistance et de la stabilité des tôles courbes cylindriques en acier : applications aux ouvrages d'art by Khanh Le Tran( )

1 edition published in 2012 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The use of curved panels for the construction of steel bridges has become more and more popular due to structural performance, traffic and aesthetic requirements. Their design is however made difficult due to a lack of specifications, especially in European Standards. The use of finite element modeling is often necessary. This however requires very sophisticated and expensive models in terme of calculation times. The present study aims thus at developing a method for predicting the ultimate strength of cylindrical curved panels subjected to uniform axial compression. This method is based on the formal procedure recommended by Eurocode 3 for all types of stability verifications. The agreement with the numerical results is thus very good. However, this approach seems complex to reproduce in practice user when confronting a new problem such a combinaison of loading. An alternative method based on design of computer experiment is thus developed. Based on statistic notions, this turnkey methodology provides good results with the fewest simulations possible
Modèle micromécanique pour l'étude de l'anisotropie de la réaction alcali-silice by Laurent Charpin( )

1 edition published in 2013 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The alkali-silica reaction is an endogenous chemical reaction affecting concrete. Therefore, it is important to model the effects of the reaction so as to estimate the life span of the attacked structures. The reaction leads to a microscopic cracking, due to the pressure of the reaction products which swell by absorption of water, inducing swelling of the concrete. If the concrete is mechanically loaded, the orientation of the microscopic cracking is affected by the local stress state, which induces anisotropy of the mechanical properties and deformations of the concrete. Our work aims at simulating, starting from simple assumptions about the reaction mechanisms, and for a class of fast-reacting aggregates, the development of cracking at the microscopic scale, so as to estimate the deformations and mechanical properties of the attacked concrete. In this purpose, we use a micromechanical description of the concrete, thanks to which we can compute the mechanical properties and deformations from the state of cracking of the concrete. In addition to that, we use an energy fracture criterion to determine the evolution of cracking as the attack progresses. We tested our model on numerous cases. These tests show that this description is well adapted to studying alkali-silica reaction. The identification of the parameters using laboratory experiments yielded good results as far as compression stresses are below 10 MPa. However, the fracture energies identified are greater than accepted values for concretes. We think that our model overestimates the anisotropy of the reaction, which is balanced by higher fracture energies in the identification
Solutions analytiques en dynamique non-linéaire avec couplage fluide-structure by Romain Mege( )

1 edition published in 2013 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Avec la hausse des niveaux de dimensionnement sismique il est devenu nécessaire de limiter les chargements internes dans les structures, notamment en utilisant des dispositifs glissants. Ces dispositifs plafonnent les efforts internes en déclenchant un glissement de la structure. Il devient cependant nécessaire d'estimer l'amplitude des déplacements de corps rigide, notamment pour les structures stockées dans des réservoirs. Dans ce cas, il est nécessaire de prévenir les impacts entre la structure glissante et les bords du réservoir pour contrôler les risques de fuite. Parmi les structures glissantes immergées, on citera les ponts, les structures côtières en maçonnerie, les râteliers de stockage de combustible nucléaire, etc...Les équations de dynamique associées au comportement de ces structures sont non-linéaires et nécessitent l'utilisation de simulations numériques coûteuses en temps de calcul et ne permettant pas de faire des études de sensibilité rapides. On propose donc une méthode de résolution quasi-analytique de ces équations en traitant dans un premier temps, l'évaluation analytique des matrices de masses ajoutées du couplage fluide-structure, dans un second temps, une méthode de résolution quasi-analytique du glissement d'une structure quelconque immergée dans un fluide avec une actualisation de la géométrie de lames d'eau. Les résultats obtenus présentent une bonne adéquation avec des simulations numériques et offrent un temps de calcul quasiment instantané compatible avec une étude paramétrique ou stochastique de ces structures
Modeling of bending-torsion couplings in active-bending structures : application to the design of elastic gridshells by Lionel Du Peloux De Saint Romain( )

1 edition published in 2017 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

An elastic gridshell is a freeform structure, generally doubly curved, but formed out through the reversible deformation of a regular an initially flat structural grid. Building curved shapes that way seems to offer the best of both worlds : shell structures are amongst the most performant mechanically speaking while planar and orthogonal constructions are much more efficient and economic to produce than curved ones. This ability to ?form a form? efficiently is of peculiar importance in the current context where morphology is a predominant component of modern architecture, and envelopes appear to be the neuralgic point for building performances. The concept was invented by Frei Otto, a German architect and structural engineer who devoted many years of research to gridshells. In 1975 he designed the Multihalle of Mannheim, a 7500 m2 wooden shell which demonstrated the feasibility of this technology and made it famous to a wide audience. However, despite their potential, very few projects of this kind were built after this major realization. And for good reason, the ressources committed at that time cannot guarantee the replicability of this experiment for more standard projects, especially on the economic level. Moreover, the technics and methods developed by Otto?s team in the 1960s have mostly fall into disuse or are based on disciplines that have considerably evolved. New materials, such as composite materials, have recently emerged. They go beyond the limitations of conventional materials such as timber and offer at all levels much better technical performances for this kind of application. Finally, it should be noted that the regulatory framework has also deeply changed, bringing a certain rigidity to the penetration of innovations in the building industry. Therefore, the design of gridshells arises in new terms for current architects and engineers and comes up against the inadequacy of existing tools and methods. In this thesis, which marks an important step in a personal research adventure initiated in 2010, we try to embrace the issue of the design of elastic gridshells in all its complexity, addressing both theoretical, technical and constructive aspects. In a first part, we deliver a thorough review of this topic and we present in detail one of our main achievements, the ephemeral cathedral of Cre?teil, built in 2013 and still in service. In a second part, we develop an original discrete beam element with a minimal number of degrees of freedom adapted to the modeling of bending and torsion inside gridshell members with anisotropic cross-section. Enriched with a ghost node, it allows to model more accurately physical phenomena that occur at connections or at supports. Its numerical implementation is presented and validated through several test cases. Although this element has been developed specifically for the study of elastic gridshells, it can advantageously be used in any type of problem where the need for an interactive computation with elastic rods taking into account flexion-torsion couplings is required
Développement de nouveaux bétons ''accumulateurs d'énergie'' : investigations expérimentale, probabiliste et numérique du comportement thermique by Sarra Drissi( )

1 edition published in 2015 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

A l'heure actuelle, les nouvelles contraintes de la réglementation thermique en vigueur ne cessent de s'adapter au contexte économique global pour lequel la recherche d'une efficacité énergétique dans le bâtiment est devenue incontournable. Pour répondre à ces défis, des Matériaux intelligents à Changement de Phase (MCP) ont fait leur apparition sur le marché de la construction. Grâce à leur capacité de stockage de l'énergie, les MCP sont de plus en plus associés aux matériaux de construction classiques (béton, plâtre, etc.) afin d'améliorer leur inertie thermique et apporter un meilleur confort aux usagers. Pour ce faire, les propriétés thermophysiques intrinsèques aux MCP doivent être suffisamment maitrisées afin de pouvoir contrôler les propriétés du produit composite final. Dans ce contexte, cette thèse est une contribution ayant pour objectif de développer des méthodologies spécifiques pour une meilleure caractérisation des MCP et des béton-MCP. Une panoplie d'approches expérimentales a été présentée pour l'identification des propriétés thermophysiques des MCP et pour identifier l'effet d'incorporation et de l'endommagement de ces matériaux sur les propriétés thermiques et mécaniques de béton. Plusieurs modèles d'homogénéisation ont été utilisés afin de prédire le comportement thermique des bétons-MCP en utilisant les propriétés thermiques moyennées obtenues expérimentalement. Une étude probabiliste paramétrique a été menée afin de prendre en compte les incertitudes liées à la dispersion aléatoire des mesures expérimentales de propriétés thermiques du béton-MCP. Les résultats issus des essais expérimentaux ont été intégrés dans le cadre d'une étude numérique par la Méthode des Volumes finis (MVF) afin d'étudier le mécanisme de transfert de chaleur à travers une paroi en béton-MCP
Comportement de l'interface sols-structure sous sollicitations cycliques : application au calcul des fondations profondes by Brahim Tali( )

1 edition published in 2011 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

We study in this present work the behavior of the soil-structure interface under large number of cycles (100 000 cycles). An important program with a probe-pile jacked into the beds of sand was carried out in calibration chamber. We interested particularly on the evolution of local skin friction and tip resistance at different initial state of beds (initial density and confining pressure) and the parameters of the load (cyclic displacement amplitude). We conducted an important part of the experimental work under axial cyclic displacement controlled test which allows studying the large number of cycles. After the degradation phase, already observed by several authors (about 1000 cycles), an important re-increase in the skin friction at large cyclic number was observed at low values of initial tip resistance.This re-increase is attributed to a high dilation of sand around the probe. However, for high values of initial tip resistance there is almost not re-increase in the skin friction. This is due tothe formation of a shear band around the probe made of crushed sand. These reduce theroughness of the probe by cementing/sealing. In addition to the displacement-controlled tests, we conducted the load-controlled tests in order to study the stability of the pile. The results showed a good agreement with the displacement-controlled tests. Finally, empirical model of evolution of skin friction and tip resistance have been proposed in order to reproduce the experimental results. This model was incorporated into a computational model of pile under cyclic axial loading. The first simulations showed a good agreement with the experimental results at low number of cycles
Stabilité des mousses de ciment : lien avec les propriétés rhéologiques de la pâte de ciment by Blandine Feneuil( )

1 edition published in 2018 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Les mousses de ciment présentent d'intéressantes propriétés : une faible densité, une faible consommation de matière première et une bonne résistance thermique. Certaines propriétés finales de la mousse dépendent de sa morphologie. Pour mieux comprendre cette dépendance, on veut créer des échantillons de mousse de ciment avec une structure bien contrôlée. On crée des échantillons de mousses de ciment composés de bulles de même taille, en choisissant la quantité d'air, de ciment, d'eau et de tensioactif. Pour ce faire, on mélange d'une part une mousse aqueuse de morphologie contrôlée, stabilisée par des tensioactifs, et d'autre part une pâte de ciment. Le but de cette thèse est d'étudier comment conserver cette structure jusqu'à la prise du ciment. Tout d'abord, nous étudions d'interaction entre tensioactifs et pâte de ciment. Certains tensioactifs ne sont pas compatibles avec la solution alcaline présente dans la pâte de ciment et ne permettent pas de produire une mousse dans ces conditions. Parmi les tensioactifs compatibles avec la solution interstitielle de ciment, certains s'adsorbent sur les grains de ciment. Cette adsorption change les interactions entre grains de ciment et par conséquent, la contrainte seuil de la pâte. A faible concentration en tensioactif, la monocouche de molécules adsorbée rend les grains de ciment hydrophobes, ce qui produit une attraction hydrophobe entre grains et une augmentation de la contrainte seuil de la pâte. A forte concentration en tensioactif, les micelles adsorbées engendrent une répulsion stérique entre les grains de ciment et une chute de la contrainte seuil. Dans un deuxième temps, nous étudions l'effet des bulles d'air sur la contrainte seuil d'une pâte de ciment aérée, lorsque celle-ci contient moins de 40% d'air. Les mesures sont normalisées par la contrainte seuil de la pâte interstitielle afin d'être comparées à la littérature. Lorsque le tensioactif utilisé s'adorbe peu sur les grains de ciment, les résultats sont semblables à ceux de la littérature obtenus sur des fluides à seuil modèles. En revanche, lorsque le tensioactif utilisé a une grande affinité avec les grains de ciment, la contrainte seuil normalisée est bien au-dessus des prédictions. Notre hypothèse pour expliquer ce résultat est une modification des propriétés de surface des bulles à cause de l'adsorption des grains de ciment rendus partiellement hydrophobes par le tensioactif. Ensuite, nous nous focalisons sur la stabilité des mousses de ciment avant la prise, pour une fraction d'air de 83%. On s'intéresse tout d'abord à trois séries de mesures, en gardant pour chacune le rapport eau-sur-ciment et la taille des bulles constante. Pour chacune des trois séries, seule la contrainte seuil de la pâte de ciment est changée par l'addition de superplastifiant ou d'une grande quantité de tensioactif anionique. On obtient alors un résultat inattendu : la meilleure stabilité est observée pour des tailles de bulles relativement faibles. La comparaison avec les mesures des propriétés rhéologiques de la mousse fait penser que la bonne stabilité aux faibles contraintes seuil est due à la réorganisation des grains de ciment en un réseau granulaire plus dense. Pour aller plus loin sur l'étude de la stabilité des mousses, nous avons ensuite fait varier la taille des bulles, la rapport eau-sur-ciment et la quantité de tensioactif. Nous avons pu définir un critère de stabilité pour l'ensemble de ces mousses qui dépend de la contrainte seuil interstitielle de la pâte de ciment confinée par les bulles et de la taille des bulles. Pour finir, nous mesurons la résistance en compression de mousses de ciment et leur vitesse d'imbibition afin de corréler ces propriétés à leur structure
Modélisation d'éléments de structure en béton armé renforcés par collage de PRF : application à la rupture de type peeling-off by Sahar Radfar( )

1 edition published in 2013 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Le renforcement de structures ou d'éléments de structure par collage de plats PRF (polymères renforcés de fibres) est une technique actuellement reconnue et utilisée dans le monde entier. Il permet d'augmenter la durée de vie des structures existantes ce qui est très intéressant du point de vue développement durable et est souvent plus intéressant d'un point de vue économique. La première partie de ce travail s'intéresse au renforcement de poutres béton armé par des plats PRF. En effet, ce type de renforcement peut engendrer une rupture prématurée de type peeling-off. Ce mode de ruine très fragile résulte du décollement du béton d'enrobage qui reste collé au matériau de renforcement. Pour une conception optimale d'un renforcement en flexion par collage, il est important d'être en mesure de prévoir ce type de rupture et d'en tenir compte dans le dimensionnement. Pour cela, un modèle numérique fiable de type élasto-plastique est dans un premier temps présenté qui permet de prévoir la rupture de type peeling-off. Ce modèle est validé à l'aide de résultats d'essais expérimentaux. Les paramètres principaux affectant l'efficacité du renforcement sont ensuite mis en évidence dans le cadre d'une étude paramétrique. Les résultats de cette étude sont mis en parallèle avec des résultats d'essais de la littérature prouvant ainsi l'efficacité du modèle proposé. Enfin, plusieurs mesures sont proposées pour améliorer la performance du renforcement et éviter la rupture prématurée de peeling-off. La deuxième partie de ce travail s'attache quant à elle à l'étude de renforcement de tabliers de ponts soumis aux efforts éventuels d'impact d'un véhicule sur une barrière de sécurité. Une campagne expérimentale composée de différentes configurations de dalles est d'abord réalisée. Un modèle numérique s'inspirant du modèle proposé précédemment est ensuite présenté. La confrontation des résultats expérimentaux et numériques montre une concordance encourageante avant la fissuration majeure de la dalle. Enfin, les résultats mettent en relief l'efficacité du renforcement par des plats PRF dans le cas de glissières de sécurité
Impact de la température sur les propriétés mécaniques et acoustiques des roches concernées par la production en SAGD, lors de l'injection de vapeur dans les réservoirs d'huile lourde by Dinh Hong Doan( )

1 edition published in 2011 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The steam assisted gravity drainage (SAGD) has been successfully used to enhance the recovery of heavy oil in Western Canada and Eastern Venezuela basins. Temperature, pressure and pore fluid variations during SAGD operations induce complex changes in the. properties of the heavy oil sand reservoir. This dissertation focuses on the geomechanical and acoustic behaviours of oil sand and how they change under various temperature, pressure and pore fluid conditions. Both natural oil sands samples and reconstituted samples were tested in this research program. Several experimental techniques have been used to characterize the materials including X-Ray tomography, X-ray microtomography, cryomicroscopy, NMR. Natural oil sands samples, characterized by high permeability, high porosity and an interlocked structure have been extracted from the estuarine McMurray Formation in Athabasca (Alberta, Canada). Reconstituted samples, made up of slightly cemented Fontainebleau sand, have been considered as possible analogues of the natural oil sands. Tests have been carried out in high pressure oedometer cells, in an isotropic pressure cell and in a new high temperature triaxial cell. The various geomechanical and thermal tests have been carried out to better understand the thermo-hydro-mechanical behaviour of natural oil sands and of reconstituted samples. The parameters investigated were the thermal dilatation, the bulk compressibility (under oedometric and isotropic loading) and the shear strength. The acoustic measurements (P and S-wave velocities, attenuations and dynamic modules, etc.) performed on natural oil sands and reconstituted samples showed the importance of the saturating fluids properties, mainly through viscosity. Bitumen has a viscoelastic behaviour with a non-negligible shear modulus that depends strongly on temperature and frequency and that allows shear wave propagation. The theoretical approach of Ciz and Shapiro (2007), that accounts for the effects of the shear modulus of the viscous fluid and generalizes the Biot - Gassmann equation, has been validated by our tests. The model takes into account the dispersive aspects and allows the results obtained in the laboratory with ultrasonic frequencies to be extrapolated to seismic frequencies. Velocities Vp and Vs decrease with the steam invasion. Changes are small but can be detected by 4D seismic
Caractérisation expérimentale et modélisation micro-mécanique de la perméabilité et la résistance de roches argileuses by François Bignonnet( )

1 edition published in 2014 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

This thesis is focused on the strength, plasticity and transport properties of mudrocks. Two industrial applications are the shale gas production and the underground gas or waste storage. In a first part, the permeability is described as resulting from the homogenisation of the flow of a Newtonian fluid within the pore space. A Hashin-Shtrikman like framework is derived for the permeability upscaling and used to propose a FFT-based numerical method for the efficient computation of bounds on the permeability, directly compatible with a voxelised representation of the pore space. As an alternative, analytic homogenisation techniques based on the definition of equivalent permeable cells are developed to provide building blocks for the micro-mechanical modelling of permeability. The gas slip at pore walls is accounted for to model Klinkenberg effects for gas permeability. Partial water saturation is also considered to model relative gas permeability and gas breakthrough pressure. In the mean time, a thorough experimental investigation of the evolution of porosity and permeability with confining pressure and partial water saturation has been carried out on several types of mudrocks. In a second part, the ductile strength properties is studied. An efficient FFT-based numerical method is proposed to compute the homogenised strength domain of heterogeneous media with complex micro-structures. Next, a three-scale analytic model of the strength of a granular media reinforced by rigid inclusions with imperfect interfaces is presented. In a third part, this strength model is re-interpreted in plasticity to propose a purely micro-mechanical model, whose macroscopic interpretation is similar to the Cam-clay model, including hardening or softening due to an evolving porosity and a critical state line
Etude du renforcement / confortement des ouvrages de protection contre les inondations et l'érosion interne by Radja Elandaloussi( )

1 edition published in 2015 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The construction of a hydraulic structure starts with the selection of the materials that will constitute it. The soils used in the construction of hydraulic earthen structures may be made of permeable materials such as sands or low permeability materials such as clay or silt. Depending on the availability of materials near the site, it is possible to choose different types of structures (homogeneous structures, core or zoned). In all cases, the cost of such a structure as a dike is even lower than the soils used for its construction come from areas near the site. When soils are sufficiently available near the construction site, but their use is risky for the stability of the structure, it may be appropriate to seek to modify their characteristics so they can be used in the same security conditions than traditional materials. It is around this issue that this thesis was born. More particularly, this research aims to study the improvements made by a lime treatment on a coarse soil subjected to internal flow to stabilize against the phenomenon of internal erosion. Understanding improvements requires the establishment of a multi-criteria analysis through dedicated tests. In the first part, we are interested in developing a testing device for performing internal erosion tests on this type of soil. This device has enabled us to realize a phenomenological study of the phenomena observed with the direction of flow and the presence or not of the treatment. Subsequently a parametric study was conducted to highlight the influence of the main parameters: treatment dosage, treatment time, height of the specimen and overload. In the second part, we studied the influence of immersion samples in water for this purpose the crumb test test was adapted for this type of soil. Additional unconfined compression tests were conducted to estimate the loss of strength after immersion. This allowed us to try couplings between the properties to erosion and soil treated mechanical properties
Effect of finite temperatures on the elementary mechanisms of plastic deformation in amorphous materials by Joyjit Chattoraj( )

1 edition published in 2011 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Using numerical simulations of a model two-dimensional Lennard-Jones glass, we study the effect of small temperatures on the elementary mechanisms of deformation in amorphous materials. A very extensive data set covering several decades of shear rate at various temperatures below and up to the glass transition was compiled. Measurements, which include transverse diffusion, macroscopic stress, and coarse-grained fields (strain, stress) and their spatial correlations, lead us to propose that the avalanche dynamics previously identified in athermal simulations continues to be at work -- and nearly unchanged -- up to the glass transition. It is then argued that in this range, thermal fluctuation essentially shift the strains at which dissipative events take place, which results in a sharp drop of the macroscopic stress level at the lowest temperatures
Rhéologie des matériaux granulaires non saturés by Michel Badetti( )

1 edition published in 2017 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Nous reportons dans ce travail le comportement mécanique, dans le régime solide et en écoulement, de matériaux granulaires liés par un liquide non saturant, qui intervient par sa viscosité et par des effets capillaires. De tels matériaux, intermédiaires entre les assemblages granulaires secs et les suspensions très concentrées, sont étudiés expérimentalement et par simulations discrètes depuis la microstructure jusqu'au comportement macroscopique. Ainsi, on adopte une démarche multi-échelle, dont l'objectif est d'établir les fondements de la compréhension des phénomènes capillaires et/ou visqueux, qui interviennent dans la formulation de lois de comportement, et d'y intégrer une caractérisation de la microstructure de ces matériaux. Nous nous intéressons notamment au modèle d'interactions capillaire et visqueuse par ponts simples, dans un cadre où l'on fait varier l'inertie, le degré de confinement, le degré de friction du matériau ainsi que la quantité de liquide introduite. Pour répondre à cet objectif, ce travail de thèse s'articule autour des trois volets suivants :- Un travail de rhéologie expérimentale macroscopique sur matériau modèle (billes de polystyrènes monodisperses, mouillées avec une huile de silicone newtonienne) qui nous permet de délimiter des régimes d'écoulement et de caractériser l'influence de l'effet cohésif. Le format expérimental adopté nous permet de cisailler les échantillons sur des temps très longs et d'atteindre des régimes d'écoulement stationnaires. Ainsi, à l'instar des matériaux secs, on retrouve des régimes quasistatiques puis inertiels à mesure que la vitesse d'écoulement augmente. On met aussi en avant une très forte influence de l'effet cohésif qui tend à augmenter drastiquement la résistance au cisaillement et à diminuer la compacité de nos échantillons.- Des expériences de microtomographie à rayons X qui permettent d'étudier la microstructure à l'état statique. On remarque notamment une bonne homogénéité des échantillons, qu'ils soient faiblement ou fortement saturés. On détecte aussi un nombre non-négligeable de morphologies capillaires complexes, ce qui, par comparaison aux résultats de rhéologie macroscopique, ne semble pas influencer les propriétés d'écoulement. Ce résultat est particulièrement intéressant puisqu'il montre la capacité du modèle d'interactions par pont simple à décrire le comportement de systèmes à priori hors de sa portée descriptive.- Des simulations numériques discrètes qui nous permettent d'élargir fortement la gamme de paramètres étudiés, notamment avec des caractéristiques du matériau comme la friction de Coulomb. L'étude micromécanique, permise par les simulations, autorise aussi l'analyse des questions d'anisotropie, de coordination et de contraintes capillaires. On met en avant l'importance des interactions capillaires à distance lors de l'utilisation d'un modèle de contraintes effectives. Les limites de ce modèle, usuellement adapté à la description du comportement en régime quasi-statique, sont aussi testées et discutées dans le régime inertiel. La bonne concordance entre résultats expérimentaux et numériques nous aura permis de valider et calibrer un modèle numérique qui, en retour, aura donc fourni une analyse viable des effets microstructurels pour la compréhension du comportement et la transition de l'échelle microscopique à l'échelle macroscopique
A study on the acoustic performance of tramway low-height noise barriers : gradient-based numerical optimization and experimental approaches by Alexandre Jolibois( )

1 edition published in 2013 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Le bruit est devenu une nuisance importante en zone urbaine au point que selon l'Organisation Mondiale de la Santé, 40% de la population européenne est exposée à des niveaux de bruit excessifs, principalement dû aux transports terrestres. Il devient donc nécessaire de trouver de nouveaux moyens de lutter contre le bruit en zone urbaine. Dans ce travail, on étudie une solution possible à ce problème: un écran bas antibruit. Il s'agit d'un écran de hauteur inférieure à un mètre placé près d'une source, conçu pour réduire le niveau de bruit pour les piétons et les cyclistes à proximité. Ce type de protection est étudié numériquement et expérimentalement. Nous nous intéressons particulièrement aux écrans adaptés au bruit du tramway puisque dans ce cas les sources sont proches du sol et peuvent être atténuées efficacement. La forme ainsi que le traitement de surface de l'écran sont optimisés par une méthode de gradient couplée à une méthode 2D d'éléments finis de frontière. Les variables à optimiser sont les coordonnées de nœuds de contrôle et les paramètres servant à décrire l'impédance de surface. Les sensibilités sont calculées efficacement par la méthode de l'état adjoint. Les formes générées par l'algorithme d'optimisation sont assez irrégulières mais induisent une nette amélioration par rapport à des formes simples, d'au moins 5 dB (A). Il est également montré que l'utilisation de traitement absorbant du côté source de l'écran peut améliorer la performance sensiblement. Ce dernier point est confirmé par des mesures effectuées sur modèle réduit. De plus, un prototype à l'échelle 1 d'écran bas antibruit a été construit et testé en conditions réelles, le long d'une voie de tramway à Grenoble. Les mesures montrent que la protection réduit le niveau de 10 dB (A) pour un récepteur proche situé à hauteur d'oreilles. Ces résultats semblent confirmer l'applicabilité de ces protections pour réduire efficacement le bruit en zone urbaine
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Institut Navier

UMR Navier

Université Paris-Est. Unité de recherche Navier

UR Navier

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