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Soutenance de thèse de Rachid BERBAOUI

Soutenance de thèse de Rachid BERBAOUI

Jeudi 21 Janvier 2010 à 10h, 4ème étage du bâtiment IAM

Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DU MAINE
Spécialité : GÉNIE MÉCANIQUE

IDENTIFICATION ET ANALYSE DE L’ENDOMMAGEMENT PAR FATIGUE DES MATÉRIAUX GRANULAIRES À BASE POLYMÈRE

devant le jury composé de :
C. GARDIN Professeur, LMPM, ENSMA, Poitiers Rapporteur
A. IMAD Professeur, LML, Polytech’Lille Rapporteur
B. LASCOUP Maître de Conférence, LSM, ESTACA Laval Examinateur
D. SCIDA Maître de Conférence, GRESPI, Université Reims Examinateur
A. EL MAHI Professeur, LAUM, Université du Maine Directeur de thèse
R. EL GUERJOUMA Professeur, LAUM, Université du Maine Co-Directeur

Résumé de la thèse
Ce travail de thèse a pour objet d’analyser le comportement mécanique des matériaux granulaires à base polymère, par l’identification des différents mécanismes d’endommagement et le suivi de leur évolution au cours du chargement. Ces matériaux sont constitués d’une matrice polymère (résine époxyde) renforcée par des granulats et du sable.

Ainsi, nous avons conduit différents types d’essais mécaniques sur un grand nombre d’éprouvettes. D’une part, les essais mécaniques quasi-statiques en flexion trois points nous ont permis d’observer un comportement quasi-linéaire qui demeure jusqu’à la rupture fragile. D’autre part, les essais de fatigue ont été effectués en contrôlant le signal force avec un rapport de chargement nul. Les résultats obtenus ont montré que la perte de rigidité au cours de la de fatigue est caractérisée par trois phases : a) une diminution rapide dès les premiers cycles due à une initiation et une multiplication des microfissures, b) un ralentissement de cette diminution qui devient très lente que l’on associe au phénomène de propagation stable des microfissures, c) une accélération brutale de la perte de rigidité due à une propagation rapide des différentes fissures dont la coalescence conduit à la rupture du matériau. Les résultats des essais de fatigue nous ont conduit au développement d’un modèle basé sur l’analogie entre la perte de la rigidité et l’évolution de l’endommagement par fatigue. Cette approche a permis de prédire la durée de vie en fatigue du béton polymère étudié en réduisant de façon considérable les essais systématiques lorsqu’il leur élimination s’avérait impossible. Les résultats expérimentaux ont été comparés à ceux du modèle proposé à l’aide d’un traceur d’endommagement scalaire et de la courbe de Wöhler dans le cas d’un critère de durée de vie N5 .

Dans le souci d’une caractérisation fine de l’endommagement, nous avons suivi les essais mécaniques par émission acoustique (EA) et avons enregistré en temps réel les différents signaux issus de la création et de la propagation des fissures. La classification du grand nombre de signaux d’EA a été effectuée en appliquant une méthode d’analyse statistique multivariable non supervisée. Cette dernière est composée de la méthode de coalescence floue suivie d’une analyse en composantes principales. La méthode proposée permet de prendre en compte un ensemble de plusieurs paramètres dans une seule analyse multidimensionnelle sans avoir un quelconque recours à une base de données contenant des classes de signaux étiquetés en termes de mécanismes d’endommagement. Les résultats obtenus ont permis d’identifier les principaux types d’endommagement (fissuration matricielle, décohésion agrégat/matrice et rupture des agrégats) et de les associer à des signaux d’EA typiques. Il nous a été ainsi possible de suivre l’évolution de chacun de ces mécanismes au cours de l’essai et ce jusqu’à la rupture finale du matériau.

Enfin, une modélisation pour analyser l’évolution de l’endommagement du béton polymère au cours des essais de fatigue a été développée. Cette modélisation est basée sur l’évaluation des champs des contraintes et des déformations par éléments finis et sur une répartition statistique de la contrainte à rupture dans le volume de l’éprouvette. Elle utilise une procédure par itérations successives en faisant varier à chaque pas d’endommagement les caractéristiques locales du comportement mécanique du matériau. Cette modélisation a été appliquée à l’analyse de l’évolution de l’endommagement dans le cas des essais de flexion trois points des éprouvettes. L’influence de plusieurs paramètres (la répartition statistique des contraintes à la rupture, l’écart de l’intervalle de distribution de la contrainte à rupture et du niveau de chargement) sur l’évolution de l’endommagement au cours de la fatigue a été étudiée. Les résultats obtenus montrent que l’ensemble de ces paramètres favorise soit un endommagement diffus soit une progression localisée de la fissuration.