Renforcement par composite de structures en béton armé

Les matériaux composites, en particulier les polymères renforcés de fibres (PRF), sont aujourd’hui largement utilisés pour le renforcement et la réparation des structures en béton armé. Si leur efficacité mécanique est bien établie dans des conditions standards, leur comportement en présence de fissures, notamment pour des ouvertures importantes, reste encore insuffisamment compris. Par ailleurs, leur capacité à assurer une fonction d’étanchéité ainsi que les mécanismes d’endommagement associés soulèvent des enjeux majeurs en termes de durabilité.

L’objectif de cette thèse est de mener une étude expérimentale approfondie du comportement de composites collés sur support béton fissuré, en s’intéressant aux mécanismes de pontage de fissure, à l’étanchéité du système, ainsi qu’aux processus d’endommagement et de rupture. La thèse s’effectuera dans le cadre du Labcom ANR LCPMC², laboratoire commun entre l’université Lyon 1 (LMC²) et la société SPPM.

Objectifs scientifiques

Les objectifs principaux sont les suivants :

• Caractériser expérimentalement le comportement mécanique de systèmes composites collés sur béton fissuré, sous sollicitations monotones et cycliques.
• Étudier les mécanismes de pontage de fissure, en analysant le transfert d’efforts entre le béton fissuré et le composite.
• Évaluer la capacité d’étanchéité du revêtement composite en présence de fissures actives, notamment sous sollicitations mécaniques et environnementales.
• Analyser les mécanismes d’endommagement local pour des ouvertures de fissures supérieures à 1 mm (fissuration de la matrice, rupture de fibres, dégradation de l’interface).
• Identifier et suivre la localisation de l’endommagement au sein du système composite/béton.
• Caractériser les modes de rupture, notamment les phénomènes de décollement à l’interface et de déchirure du composite.
• Proposer des stratégies d’optimisation du renforcement, en termes de configuration, d’adhérence et de durabilité.

Méthodologie
La thèse s’appuiera sur un programme expérimental structuré comprenant :

• La réalisation d’éprouvettes en béton avec fissures contrôlées (ouvertures imposées).
• L’application de renforts composites collés (type CFRP).
• Des essais mécaniques (traction, cisaillement, flexion, pull-out), incluant des chargements cycliques.
• L’utilisation de techniques de mesure avancées telles que la corrélation d’images numériques (DIC) pour l’analyse des champs de déformation et la localisation de l’endommagement.
• Des essais de perméabilité et de durabilité pour évaluer les performances d’étanchéité du système.

Des approches analytiques et/ou numériques pourront compléter l’analyse expérimentale afin d’interpréter les mécanismes observés et d’orienter l’optimisation.

Résultats attendus

Les travaux permettront :

• D’améliorer la compréhension du comportement des composites collés sur béton fissuré, en particulier pour des fissures de grande ouverture.
• De mieux caractériser l’efficacité et les limites du pontage de fissures.
• D’identifier les mécanismes d’endommagement et les modes de rupture critiques (décollement, déchirure).
• D’évaluer la contribution du composite à l’étanchéité des structures fissurées.
• De proposer des solutions optimisées de renforcement conciliant performance mécanique, durabilité et étanchéité.

Retombées scientifiques et applicatives

Les résultats de cette thèse contribueront à renforcer la fiabilité des techniques de renforcement par composites dans les structures en béton, notamment pour les ouvrages exposés à des environnements agressifs. Ils pourront alimenter les recommandations de dimensionnement et les évolutions des normes, en particulier concernant la prise en compte des fissures et des fonctions d’étanchéité.

Le LMC2 est un laboratoire de recherche de l’Université Claude Bernard Lyon I (UCBL).  Il s’entend se positionner comme un acteur majeur dans la recherche sur les matériaux et des structures composites appliqués aux constructions et aux ouvrages de génie civil,  avec un accent particulier sur l’analyse expérimentale et la modélisation du comportement d’ouvrages ou de composants d’ouvrages de génie civil – tels que le béton armé, le béton précontraint, le bois ou le métal. Ses orientations scientifiques s’inscrivent pleinement dans les enjeux de la transition écologique, en visant notamment la mise au point de matériaux et de technologies de construction plus respectueux de l’environnement, afin de maîtriser la durabilité des ouvrages et de prévenir les risques liés à leur vieillissement ou à l’évolution des sollicitations. L’objectif est de concevoir des solutions innovantes, à la fois efficaces, résistantes et respectueuses de l’environnement. La méthodologie repose sur une approche multi-échelles, afin d’anticiper le comportement des matériaux et des structures, tant pendant leur transformation que lors de leur utilisation, sous des sollicitations complexes et sur de longues périodes. Pour prédire le comportement au sein de systèmes variés, on modèle les interactions entre les différentes échelles, du plus petit niveau (micro ou méso) jusqu’au niveau global (macro).

titulaire d'un master ou diplome d'ingénieur obtenus en France, expérimentateur et connaissance d'abacus