M2R : Caractérisation mécanique expérimentale de briques de terre : essais de compression directe et essai de cisaillement sur assemblage sur triplets

L’I2M fédère la recherche en mécanique, matériaux et ingénierie sur le site bordelais.
Ses activités couvrent un large spectre de la discipline, depuis la science des matériaux jusqu’à la mécanique des systèmes complexes, avec pour objectif de comprendre, modéliser, concevoir et optimiser les comportements des matériaux, structures et procédés.

L'équipe d'encadrement du stage fait partie du département GCE de l'I2M. Thomas Parent et Stéphane Morel présentent plus de dix ans d’expérience sur l’analyse du comportement mécanique des maçonneries, à travers de nombreux projet ANR (DEMMEFI, ALTIOR, MENHIR). L’équipe combine approches expérimentales de caractérisation mécanique des maçonneries à différentes échelles et développement de loi d’interface permettant de simuler le comportement des joints de mortier. Elle participe activement aux réseaux de recherche sur la maçonnerie (GT Maçonnerie, RT Maestro, Chantier Scientifique Notre Dame, PN Dolmen).

Contexte et Objectifs
Le stage se déroulera au laboratoire I2M Bordeaux (UMR 5295 CNRS – Université de Bordeaux), au sein du département GCE, dans un environnement de recherche dynamique et collaboratif, impliqué dans le projet national B2M soutenu par l’ADEME – France 2030.

Le/la stagiaire contribuera à la production de données mécaniques inédites sur les matériaux en terre crue, en lien avec la valorisation patrimoniale et environnementale des matériaux de construction durables.

Il vise à lever les verrous techniques et scientifiques freinant l'utilisation de la terre crue dans la construction et notamment la caractérisation approfondie des maçonneries en terre crue, le développement de données techniques utilisables par les professionnels et l’adaptation des protocoles de mesure aux spécificités des matériaux (https://craterre.org/case/briques-mortier-maconnerie-b2m/)
Dans ce contexte, le laboratoire I2M-Bordeaux (UMR5295 CNRS - Université de Bordeaux) a été sollicité par les partenaires du projet B2M  pour mener une campagne de caractérisation mécanique de (i) des assemblages de briques soumis à des sollicitation de cisaillement et (ii) de la terre crue seule soumise à un essai de compression directe sur des carottes prélevée sur briques. 
L’objectif du stage est donc d’établir les lois de comportement de la terre seul en compression et des assemblages en cisaillement sous contrainte normale et conduira au calage des paramètres de modèles mécaniques (endommagement et loi d’interface FCZM) qui pourront être utilisés par ailleurs pour la simulation du comportement mécanique des maçonneries de terre crue à l’échelle d’éléments de structure.

Programme du stage
Dans un premier temps une recherche bibliographique sera menée sur le comportement mécanique de la terre crue et des assemblages de brique de terre crue. Elle devra préciser les dispositifs expérimentaux utilisés dans la littérature pour obtenir les lois de comportements des matériaux.
Deuxièmement, un travail de caractérisation en compression des briques sera mené à partir d’échantillons cylindriques prélevés par carottage dans deux types de briques : une brique de terre comprimée (BTC) et une brique de terre extrudée (BTE). Les essais de compression seront menés jusqu’à rupture et on s’attachera à identifier le comportement mécanique post-pic (comportement adoucissant) grâce à un asservissement en ouverture de périmètre de l’éprouvette. Des cycles de charge-décharge seront également effectués sur certains échantillons dans le but de caractériser l’évolution de l’endommagement en lien avec la réponse contrainte-déformation des éprouvettes.
Les essais de caractérisation mécanique du matériau constitutif des briques seront complétés d’essais de cisaillement sous contrainte normale d’assemblages maçonnés de briques (triplet de briques assemblé par 2 joints maçonnés). Ces essais de caractérisation sur assemblages permettront de décrire la loi de comportement en cisaillement des assemblages mais également le comportement frictionnel observé suite à la rupture des assemblages.

Les résultats des essais de caractérisation précédemment cités, permettront de renseigner (i) un modèle d’endommagement quasifragile [1] permettant de décrire le comportement des briques BTC et BTE en compression uniaxiale et (ii) un modèle de zone cohésive frictionnelle [2] décrivant le comportement en cisaillement sous contrainte normale des assemblages maçonnés de ces briques. Par ailleurs, les résultats des essais de cisaillement seront comparés au regard d’essais de cisaillement sur murets non confiné réalisés dans le cadre du projet B2M afin de juger de l’adéquation entre protocoles expérimentaux et méthodes de dimensionnement utilisées usuellement selon l’Eurocode EC6.

Références bibliographiques
[1]    Sellier, A., Casaux-Ginestet, G., Buffo-Lacarrière, L., Bourbon, X., 2013. Orthotropic damage coupled with localized crack reclosure processing: Part II: Applications. Engineering Fracture Mechanics 97, 168–185. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2012.10.016
[2]    Venzal, V., Morel, S., Parent, T., Dubois, F., 2020. Frictional cohesive zone model for quasi-brittle fracture: Mixed-mode and coupling between cohesive and frictional behaviors. International Journal of Solids and Structures 198, 17–30. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2020.04.023
 

Formation : Étudiant(e) de Master 2 Recherche ou dernière année d’école d’ingénieur, avec spécialisation en :

• Génie civil, mécanique des matériaux, ou mécanique des structures ;
• idéalement avec des connaissances ou un intérêt marqué pour les matériaux du patrimoine ou les matériaux de construction innovants (terre crue, maçonnerie, béton, matériaux à faible impact environnemental).

Compétences techniques et scientifiques attendues

• Solides bases en mécanique des milieux continus et en comportement des matériaux quasi-fragiles ;

• Connaissances en caractérisation expérimentale (essais mécaniques, instrumentation, acquisition de données, analyse de courbes contrainte–déformation) ;

• des notions en modélisation du comportement mécanique (endommagement, lois d’interface, frottement, cohésion) seront appréciées ;

• Aisance avec les outils de traitement et d’analyse de données (Excel, Python/Matlab, etc..) ;

• Une familiarité avec les protocoles d’essais normalisés du génie civil ou les procédures de laboratoire serait un plus.

Qualités personnelles et aptitudes

• Rigueur scientifique, précision dans la manipulation et la mesure ;
• Autonomie et curiosité dans la recherche bibliographique et l’analyse critique des résultats ;
• Intérêt pour le travail expérimental en laboratoire et la compréhension physique des phénomènes mécaniques ;
• Goût pour la collaboration interdisciplinaire (avec chercheurs, ingénieurs et doctorants) ;
• Bonnes capacités de rédaction scientifique (synthèse, rapport, présentation).