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I N° d’ordre : 2011 ISAL 0155 Année 2011 Thèse Contribution à l’étude des béton

I N° d’ordre : 2011 ISAL 0155 Année 2011 Thèse Contribution à l’étude des bétons portés en température / Evolution des propriétés de transfert / Etude de l’éclatement Présentée devant L’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon Pour obtenir Le grade de docteur École doctorale : Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (MEGA) Spécialité : Génie Civil Par Rachid HANICHE (Ingénieur) Soutenue le 20 Décembre 2011 devant la Commission d’examen Jury MM. Ali LIMAM INSA Lyon Pierre CLASTRES INSA Toulouse Rapporteur Albert NOUMOWE L2MGC Cergy-Pontoise Rapporteur Catherine A. DAVY EC Lille Laetitia D’ALOIA-S. CETU Lyon Gérard DEBICKI INSA de Lyon Directeur de thèse Laboratoire de Génie Civil et de l’Ingénierie Environnementale (LGCIE) de l’INSA de Lyon Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2011ISAL0155/these.pdf © [R. Haniche], [2011], INSA de Lyon, tous droits réservés II Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2011ISAL0155/these.pdf © [R. Haniche], [2011], INSA de Lyon, tous droits réservés III INSA Direction de la Recherche - Ecoles Doctorales – Quinquennal 2011-2015 SIGLE ECOLE DOCTORALE NOM ET COORDONNEES DU RESPONSABLE CHIMIE CHIMIE DE LYON http://sakura.cpe.fr/ED206 M. Jean Marc LANCELIN Insa : R. GOURDON M. Jean Marc LANCELIN Université Claude Bernard Lyon 1 Bât CPE 43 bd du 11 novembre 1918 69622 VILLEURBANNE Cedex Tél : 04.72.43 13 95 Fax : lancelin@hikari.cpe.fr E.E.A. ELECTRONIQUE, ELECTROTECHNIQUE, AUTOMATIQUE http://www.insa-lyon.fr/eea M. Alain NICOLAS Insa : C. PLOSSU ede2a@insa-lyon.fr Secrétariat : M. LABOUNE AM. 64.43 – Fax : 64.54 M. Alain NICOLAS Ecole Centrale de Lyon Bâtiment H9 36 avenue Guy de Collongue 69134 ECULLY Tél : 04.72.18 60 97 Fax : 04 78 43 37 17 eea@ec-lyon.fr Secrétariat : M.C. HAVGOUDOUKIAN E2M2 EVOLUTION, ECOSYSTEME, MICROBIOLOGIE, MODELISATION http://biomserv.univ-lyon1.fr/E2M2 M. Jean-Pierre FLANDROIS Insa : H. CHARLES M. Jean-Pierre FLANDROIS CNRS UMR 5558 Université Claude Bernard Lyon 1 Bât G. Mendel 43 bd du 11 novembre 1918 69622 VILLEURBANNE Cédex Tél : 04.26 23 59 50 Fax 04 26 23 59 49 06 07 53 89 13 e2m2@biomserv.univ-lyon1.fr EDISS INTERDISCIPLINAIRE SCIENCES- SANTE Sec : Safia Boudjema M. Didier REVEL Insa : M. LAGARDE M. Didier REVEL Hôpital Cardiologique de Lyon Bâtiment Central 28 Avenue Doyen Lépine 69500 BRON Tél : 04.72.68 49 09 Fax :04 72 35 49 16 Didier.revel@creatis.uni-lyon1.fr INFOMATHS INFORMATIQUE ET MATHEMATIQUES http://infomaths.univ-lyon1.fr M. Alain MILLE M. Alain MILLE Université Claude Bernard Lyon 1 LIRIS - INFOMATHS Bâtiment Nautibus 43 bd du 11 novembre 1918 69622 VILLEURBANNE Cedex Tél : 04.72. 44 82 94 Fax 04 72 43 13 10 infomaths@bat710.univ-lyon1.fr - alain.mille@liris.cnrs.fr Matériaux MATERIAUX DE LYON M. Jean Marc PELLETIER Secrétariat : C. BERNAVON 83.85 M. Jean Marc PELLETIER INSA de Lyon MATEIS Bâtiment Blaise Pascal 7 avenue Jean Capelle 69621 VILLEURBANNE Cédex Tél : 04.72.43 83 18 Fax 04 72 43 85 28 Jean-marc.Pelletier@insa-lyon.fr MEGA MECANIQUE, ENERGETIQUE, GENIE CIVIL, ACOUSTIQUE M. Jean Louis GUYADER Secrétariat : M. LABOUNE PM : 71.70 –Fax : 87.12 M. Jean Louis GUYADER INSA de Lyon Laboratoire de Vibrations et Acoustique Bâtiment Antoine de Saint Exupéry 25 bis avenue Jean Capelle 69621 VILLEURBANNE Cedex Tél :04.72.18.71.70 Fax : 04 72 43 72 37 mega@lva.insa-lyon.fr ScSo ScSo* M. OBADIA Lionel Insa : J.Y. TOUSSAINT M. OBADIA Lionel Université Lyon 2 86 rue Pasteur 69365 LYON Cedex 07 Tél : 04.78.77.23.88 Fax : 04.37.28.04.48 Lionel.Obadia@univ-lyon2.fr *ScSo : Histoire, Geographie, Aménagement, Urbanisme, Archéologie, Science politique, Sociologie, Anthropologie Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2011ISAL0155/these.pdf © [R. Haniche], [2011], INSA de Lyon, tous droits réservés IV Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2011ISAL0155/these.pdf © [R. Haniche], [2011], INSA de Lyon, tous droits réservés V Remerciements Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire se sont déroulés au sein du Laboratoire LGCIE de l’INSA de Lyon. Mes remerciements s’adressent tout d’abord aux personnes avec lesquelles j’ai travaillé et qui m’ont fait part de leurs connaissances et de leur savoir-faire : Monsieur Gérard DEBICKI, qui a dirigé cette thèse, soutenu et orienté la réalisation de ce travail par ses compétences scientifiques et ses précieux conseils qui ont fait progresser ce travail. Qu’il veuille bien accepter ma sincère reconnaissance et mon profond respect. Je remercie vivement les membres du jury de soutenance de cette thèse : - Monsieur Pierre CLASTRES, Professeur à l’INSA de Toulouse et Monsieur Albert N. NOUMOWE, Professeur à l’université de Cergy-Pontoise, d’avoir accepté, au milieu de ses multiples tâches, d’être rapporteurs de ce mémoire. Je les suis très reconnaissante pour l’intérêt qu’ils ont porté à ce travail et pour ses conseils efficaces. - Monsieur Ali LIMAM, Professeur à l’INSA de Lyon, Madame Catherine A. DAVY, Maitre de conférence à l’école centrale de Lille et Madame Laetitia D’ALOIA- SCHWARTZENTRUBER, Docteur au Centre d’Etudes des Tunnels qui m’ont fait l’honneur d’en être membre du jury de soutenance de cette thèse. Je remercie Monsieur Ahmed BOUAMRANE et Monsieur Fabien DELHOMME pour leurs précieux conseils et leurs encouragements. Je tiens à remercier l’ensemble des techniciens est informaticiens du LGCIE pour leur aide. Je remercie également l’ensemble des membres du LGCIE, professeurs, maîtres de conférences, doctorants et aussi secrétaires. Je remercie amicalement tous les amis et tous ceux qui ont été à mes côtés pendant les moments difficiles. Je ne remercie jamais assez mes parents, mes chères sœurs, mes frères, mes nièces, mes neveux, mon beau-frère ainsi que toute ma famille pour leur soutien et leurs encouragements incessants malgré la distance qui nous sépare. Un grande merci à mes parents à qui je dois ce que je suis devenue. Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2011ISAL0155/these.pdf © [R. Haniche], [2011], INSA de Lyon, tous droits réservés VI Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2011ISAL0155/these.pdf © [R. Haniche], [2011], INSA de Lyon, tous droits réservés VII RESUME L’étude du comportement des bétons à hautes températures est d’une grande importance pour déterminer la stabilité et la résistance des structures en béton en situation d’incendie. Des incendies spectaculaires, ces dernières années, ont montré que le béton pouvait être très fortement sollicité. Ainsi il apparaît qu’assurer un bon comportement du béton en température permet de sauver des vies et de diminuer les frais d'immobilisation et de réparation des structures endommagées. Le travail présenté vise, par une étude expérimentale, à apporter une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu lors de l’exposition aux hautes températures des bétons à hautes performances (BHP). Il s’intéresse, plus particulièrement, aux transferts des fluides dans les bétons (perméabilité) et à l’étude de l’instabilité thermique (éclatement) des bétons à hautes performances. La première partie présente un bref rappel des notions générales sur le béton et ses constituants et décrit les phénomènes physiques observables au sein du béton porté en température. La deuxième partie du document précise le choix des matériaux d’études utilisés, BHP (80 MPa) avec 5% de fumée de silice (matériau à faible perméabilité pour améliorer la durabilité), et différents pourcentages de fibres de polypropylène, donnant les différentes formulations et leurs caractéristiques à l’état frais et durci. L’utilisation des fibres de polypropylène (PP) est considérée comme une solution technique efficace pour améliorer la tenue au feu des bétons à hautes performances, notamment grâce aux phénomènes physiques apparaissant aux températures inférieures à 200°C. La troisième partie concerne la caractérisation de l’évolution de propriétés physiques, thermiques et mécaniques des bétons en température. Une étude expérimentale a été menée pour caractériser les bétons d’étude et suivre l’évolution de chacune des propriétés en fonction de la température : porosité, perte de masse, isothermes de sorption, propriétés thermiques et mécaniques. La quatrième partie concerne l’étude de l’évolution de la perméabilité, principale propriété caractérisant les transferts hydriques au sein des bétons portés en température. Une étude expérimentale est menée concernant l’évolution de la perméabilité des bétons en fonction de la température (jusqu’à 200°C). Les paramètres étudiés sont : le type de béton (avec ou sans fibres de PP), deux types de fibre de géométrie différente, la nature du fluide (air et vapeur d’eau) et la méthode de mesure (en résiduel et à chaud). Les résultats expérimentaux montrent que les fibres génèrent une perméabilité plus importante au-delà de 150°C et que les résultats obtenus en résiduel ou à chaud peuvent être liés aux modes opératoires. Enfin, dans la dernière partie une investigation sur le phénomène d’éclatement explosif en lien avec la composition du matériau est menée. Une nouvelle méthode d’investigation expérimentale de la sensibilité des formulations à l’instabilité thermique est proposée : étude sur des sphères portées en température. Cette méthode devra être comparée aux méthodes traditionnelles d’investigation. L’analyse des résultats des essais permet de discuter sur les causes de l’instabilité thermique et de caractériser les différentes propriétés du béton à hautes températures, données indispensables à la modélisation. Mots-Clés : Béton à haute performance, Haute température, Perméabilité, Instabilité thermique, Fibres de polypropylène, Sorption-désorption, Porosité, Propriétés mécaniques, Propriétés thermiques. Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2011ISAL0155/these.pdf © [R. Haniche], [2011], INSA de Lyon, tous droits réservés VIII Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2011ISAL0155/these.pdf © [R. Haniche], [2011], INSA de Lyon, tous droits réservés IX ABSTRACT The study of the behaviour of concrete at high temperatures is of great importance to determine the stability and strength uploads/Geographie/ these 2 .pdf