Approche tri-dimensionnelle du comportement élastique non linéaire des roches et bétons

Three-dimensional approach of the elastic nonlinear behavior of rocks and concretes

• Auteur / Autrice : Martin Lott
• Direction : Vincent Garnier, Cédric Payan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, physique, micro et nano électronique. Acoustique
• Date : Soutenance le 19/06/2017
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMA, Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique (UMR 7031 ; CNRS, Ecole Centrale de Marseille, Aix-en-Provence)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Roux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cédric Payan, Marcel Rémillieux, Odile Abraham
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Olivier Bou Matar-Lacaze, Vincent Tournat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Machines à mesurer tridimensionnelles

Modélisation tridimensionnelle

Béton

Roches -- Analyse

Élasticité non linéaire

Mots clés libres

Élasticité non linéaire

Nonlinear elastic

Résumé

Les phénomènes observés dans le comportement élastique non linéaire des roches et des bétons sont reconnus pour être étroitement reliés à leur microstructure. La signature non linéaire de ces matériaux est complexe avec notamment une perte temporaire des propriétés élastiques en sollicitation dynamique ainsi que des phénomènes d’hystérésis et de relaxation lente. Depuis les années 90, de nombreuses études académiques et industrielles ont démontré l’intérêt de l’acoustique non linéaire pour la caractérisation non-destructive avec des indicateurs dont la sensibilité à l’endommagement est décuplée par rapport à ceux utilisés jusqu’alors. Cependant, les effets tridimensionnels associés aux couplages éventuels des phénomènes non linéaires sont généralement négligés dans ces études, ce qui limite l’obtention de paramètres quantitatifs, pouvant même mener à des conclusions erronées. Dans ce contexte, ces travaux de thèse s’attachent à développer une approche théorique tridimensionnelle unifiée, adaptée de l’acousto-élasticité. Le premier chapitre, introduit le support bibliographique de ces travaux. Le deuxième chapitre expose un modèle de relaxation tridimensionnel, couplé aux coefficients élastiques d’ordre trois. Il est validé expérimentalement sur du mortier et du grès. Il est démontré que la perte temporaire des propriétés élastiques en sollicitation dynamique est un phénomène anisotrope induit. Le troisième chapitre, applique le modèle à la résonance non linéaire. Le quatrième chapitre introduit le modèle à la prospection non linéaire in situ. Les perspectives de ces travaux sont vastes, couvrant des domaines fondamentaux ou plus pratiques (contrôle non destructif).

The phenomena observed in the nonlinear elastic behavior of rocks and concretes are known to be closely related to their microstructure. The nonlinear signature of those materials is complex with temporary loss of elastic properties under dynamic loading as well as hysteresis and slow relaxation phenomena. Since the 1990s, numerous academic and industrial studies have demonstrated the value of nonlinear acoustics for non-destructive characterization with indicators whose sensitivities to damage is tenfold compared to those used up to now. However, the three-dimensional effects associated with the possible coupling of nonlinear phenomena are generally neglected in these studies, which limits the obtaining of quantitative parameters, which may even lead to erroneous conclusions. In this context, these theses work aims to develop a unified three-dimensional theoretical approach, adapted from the acousto-elasticity. The first chapter introduces the bibliographic support of this work. The second chapter presents a three-dimensional relaxation model coupled to the three-order elastic coefficients. It is validated experimentally on mortar and sandstone. It is shown that the temporary loss of elastic properties under dynamic loading is an induced anisotropic phenomenon.The third chapter applies the model to nonlinear resonance experiment. The forth chapter introduces the model to in situ nonlinear prospecting. The perspectives of this work are broad, covering fundamental domains (non-linear elasticity) or more practical (non-destructive testing and passive monitoring of buildings).