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1 Titre : La réparation des structures en béton par des patchs composites Domai

1 Titre : La réparation des structures en béton par des patchs composites Domaines scientifiques : Matériaux, Mécanique, Génie civil Mots clés : Structure, Béton, Fibre, Résine, Durabilité, Ressources renouvelables Encadrement Directeur de thèse : Silvio DE BARROS, Enseignant chercheur, CESI LINEACT Co-directeur et/ou co-encadrant (s) : Mouad JEBLI, Enseignant chercheur, CESI LINEACT Sofia TEIXEIRA DE FREITAS, TU-Delft Travaux de Recherche Contexte scientifique La durabilité et le vieillissement des structures en béton sont des problématiques qui intéressent une communauté scientifique (recherche et enseignement) très large du Bâtiment et des Travaux Publics (BTP), couvrant ainsi un spectre allant des sciences des matériaux jusqu’au calcul de structures. Au cours des dernières décennies, il y a eu une forte demande pour la réparation des structures en béton existantes. La continuité de la détérioration des structures, due au vieillissement et à la corrosion, révèle le besoin urgent d'un traitement de réparation rapide et peu coûteux. Dans certains pays en développement, la demande de remplacement et de renforcement des structures en béton (comme les ponts) ne cesse d’accroître en raison de l'augmentation du volume de trafic, dépassant la charge limite initiale [1;2]. Ainsi, la démolition et la reconstruction entraînent un grand gaspillage de ressources. Par conséquent, des techniques de renforcement doivent être adoptées afin de prolonger la durée de vie des structures et des bâtiments endommagés pour pouvoir récupérer leur capacité portante [3]. Sujet de thèse La durabilité des structures en béton est conditionnée par l’histoire des agressions mécaniques et/ou physico-chimiques conduisant à son endommagement progressif. L’élaboration, la mise en œuvre, la prédiction du comportement et de la rupture sous sollicitations diverses, ainsi que l’évaluation de la durée de vie en service, sont autant de questions qui interrogent les chercheurs, les ingénieurs et les industriels du secteur [4;5;6]. Une solution innovante a été proposée par plusieurs chercheurs afin de renforcer les structures (métalliques ou en béton) endommagées pour prolonger leur durée de vie, laquelle consiste notamment à utiliser des systèmes de renfort composites renforcés de fibres [7]. Ces patchs sont généralement collés en surface pour protéger les structures en béton des contraintes internes et des agressions externes physico-chimique non neutre pour limiter la propagation des fissures. Ces derniers sont principalement mis en œuvre par le biais d'un procédé de collage (wet lay-up process), ce qui leur confère une grande facilité d'utilisation. 2 Quels sont les matériaux les plus adaptés pour ce type de composite : matériaux naturels, synthétiques ou hybrides [11] ? Jusqu'à présent, la plupart des composites sont principalement composés de fibres de verre ou de carbone synthétique et de résine époxy durcissable à froid issue de ressources fossiles [8]. Considérant les enjeux environnementaux actuels, et en particulier l’augmentation de l’empreinte carbone ainsi que la diminution de la biocapacité forestière mondiale, les ressources renouvelables locales respectueuses de l’environnement seront proposées pour cette étude (patch naturel ou hydride [11]). Quels sont les paramètres influençant l'efficacité des patchs ? L'efficacité des patchs dépend en partie des conditions environnementales. En effet, les contraintes mécaniques ne constituent pas le seul facteur responsable de la perte d’efficacité des composites qui se trouvent largement favorisés par un environnement d’exploitation physico-chimique non neutre (comme une humidité ou une température élevée). Indéniablement, l’évolution des propriétés macroscopiques (propriétés mécaniques et de transferts) des patchs est tributaire des phénomènes qui se produisent à l’échelle de l’interface. Quel est l’effet du fluage sur les propriétés de l’interface patch/structure ? L'interface entre le patch et la structure en béton est le maillon faible de l'ensemble [9;10]. Ainsi, analyser et comprendre l’évolution de la microstructure au cours de la structuration du composite ou sous différentes sollicitations (fluage et vieillissement) parait donc incontournable pour aboutir à une meilleure compréhension du comportement mécanique du composite que ce soit tant à l’échelle d’une éprouvette de laboratoire qu’à l’échelle de structure. Le but de la thèse consiste donc à étudier les propriétés mécaniques d’un élément de structure en béton renforcé par des patchs composites à l’état sain (fluage) et sous des conditions environnementales extrêmes (de température et d’humidité) afin d’implémenter des modèles numériques pour évaluer la durabilité des patchs (fluage + vieillissement). Programme de travail L'étudiant effectuera dans un premier temps une revue bibliographique, puis il mettra en place les protocoles expérimentaux pour étudier l’efficacité des patchs. Le programme de travail comporte : 1- Le choix des matériaux à utiliser pour le composite, des éco-matériaux seront privilégiés pour cette étude 2- La caractérisation expérimentale de l’interface patch/structure couplée à des essais mécaniques sous différentes conditions environnementales (les cycles de gel-dégel et les cycles humide-sec, immersion dans l'eau, haute température) et le fluage. 3- Étudier le gain dû au renforcement des structures vieillies ou endommagées à différentes échelles 4- Étudier l’influence du fluage et le vieillissement sur les propriétés du composite 5- Sur le plan numérique, les données expérimentales permettront d’alimenter les modèles numériques du composite. 3 Contexte Présentation du laboratoire LINEACT CESI (EA 7527), Laboratoire d'Innovation Numérique pour les Entreprises et les Apprentissages au service de la Compétitivité des Territoires, anticipe et accompagne les mutations technologiques des secteurs et des services liés à l’industrie et au BTP. La proximité historique de CESI avec les entreprises est un élément déterminant pour nos activités de recherche, et a conduit à concentrer les efforts sur une recherche appliquée proche de l’entreprise et en partenariat avec elles. Une approche centrée sur l’humain et couplée à l’utilisation des technologies, ainsi que le maillage territorial et les liens avec la formation, ont permis de construire une recherche transversale ; elle met l’humain, ses besoins et ses usages, au centre de ses problématiques et aborde l’angle technologique au travers de ces apports. Sa recherche est organisée selon deux thèmes scientifiques interdisciplinaires et deux domaines applicatifs.  Le thème 1 "Apprendre et Innover" relève principalement des Sciences cognitives, Sciences sociales et Sciences de gestion, Sciences et techniques de la formation et celles de l’innovation. Les principaux objectifs scientifiques visés par ce thème sont la compréhension des effets de l'environnement, et plus particulièrement des situations instrumentées par des objets techniques (plateformes, ateliers de prototypage, systèmes immersifs...) sur les processus d'apprentissage, de créativité et d’innovation.  Le thème 2 "Ingénierie et Outils Numériques" relève principalement des Sciences du Numérique et de l'Ingénierie. Les principaux objectifs scientifiques de ce thème portent sur la modélisation, la simulation, l’optimisation et l’analyse de données de systèmes industriels ou urbains. Les travaux de recherche portent également sur les outils d’aide à la décision associés et sur l’étude des jumeaux numériques couplés à des environnements virtuels ou augmentés. Ces deux thèmes développent et croisent leurs recherches dans les deux domaines applicatifs de l'Industrie du Futur et de la Ville du Futur, soutenues par des plateformes de recherche, principalement celle de Rouen dédiée à l’Usine du Futur et celles de Nanterre dédiée à l’Usine et au Bâtiment du Futur. Positionnement dans les axes de recherche du laboratoire La thèse s’inscrit dans le thème 2 « ingénierie et outils numériques » de l’axe de recherche 3 « Techniques avancées pour l’industrie et la construction » et de nouveau sous axe « matériaux et procédés » porté par Monsieur Silvio DE BARROS. Cela permettra de réaliser des études sur les matériaux applicables à la ville du futur, et ce, dans le cadre des thématiques du laboratoire LINEACT. Organisation de la thèse Lieu de travail : Campus CESI Aix-en-Provence Date de démarrage : novembre 2022 4 Recrutement Ses Modalités : sur dossier et entretien. Merci d’adresser votre candidature à Mouad JEBLI ( mjebli@cesi.fr ) avec pour objet de mail : « [Candidature] Titre présent en page 1 » Votre candidature devra comporter :  un Curriculum-Vitae détaillé du candidat. En cas de rupture dans le cursus universitaire, merci de donner une explication ;  une lettre de motivation explicitant ses motivations à poursuivre une thèse de doctorat ;  toute autre pièce que vous jugerez utile. Merci de transmettre l’ensemble des documents au sein d’un fichier zip intitulé NOM prénom.zip. Références. [1] Mathijsen D. Using innovative composites technology to reduce the cost of bridge building and help fix the US infrastructure deficit [J]. Reinforced Plastics, 2019, 63(3): 151-155. [2] Henderson S R. Outer metropolitan areas and infrastructure deficits: Policy dynamics on the edge of Melbourne, Australia[J]. Cities, 2019, 90: 24-31. [3] Jirawattanasomkul T, Likitlersuang S, Wuttiwannasak N, et al. Behaviour of Pre-damaged Reinforced Concrete Beams Strengthened with Natural Fibre Reinforced Polymer Composites[J]. Composite Structures, 2020: 112309. [4] Glasser, F. P., Marchand, J., & Samson, E. (2008). Durability of concrete—Degradation phenomena involving detrimental chemical reactions. Cement and Concrete Research, 38(2), 226-246. [5] Jebli, M., Jamin, F., Pelissou, C., El Youssoufi, M. S., « Characterization of the expansion due to the internal sulfate attack at the cement paste-aggregate interface ». Construction and Building Materials, 50(2),224-231. 2021. [6] Jebli M., Jamin F., Garcia-Diaz E., El Omari M., El Youssoufi M.S., « Influence of leaching on the local mechanical properties of an aggregate-cement paste composite », Cement and Concrete composites, 12(73): 241- 250, 2016. [7] Naser M Z, Hawileh R A, Abdalla J A. Fiber-reinforced uploads/Ingenierie_Lourd/ lineact-subject.pdf