Etude de durabilité des ouvrages en béton réparés par des matériaux composites

Study of sustainability of Structures repaired with composite materials

• Auteur / Autrice : Mariem Limaiem
• Direction : Elhem Ghorbel, Oualid Limam
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil - Cergy
• Date : Soutenance le 10/06/2019
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise en cotutelle avec École nationale d'ingénieurs de Tunis (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elhem Ghorbel, Oualid Limam, Mohamed Jaziri, Boumédiene Nedjar, Françoise Fritz-Feugeas, Jamel Neji, Atef Daoud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Jaziri, Boumédiene Nedjar

Mots clés

Mots clés libres

Durabilité

Réparation

Béton

Fibres

Bio composite

Adhésifs

Sustainbility

Repair

Concrete

Fibers

Bio composite

Adhesif

Résumé

Le recours aux matériaux composites pour la réparation des ouvrages en béton s’est répandu afin de remédier au différent endommagement subit ces dernières décennies. Les composites de Carbone ont montré d’excellentes performances ainsi une grande facilité d’application. Ces matériaux restent polluants et chers ce qui va à l’encontre du développement durable. Ce travail s’intéresse à la possibilité de substitution d’u matériau composite (Fibre de Carbone renforcées par des polymères PRFC) avec un composite bio ressourcé (Polymère bio ressourcé renforcé par des Fibre de Lin PRFL) pour la réparation de béton endommagé mécaniquement d’une part et physiquement avec des cycles de vieillissement accéléré d’autre part.Pour ce faire, une caractérisation approfondie des trois produits et leurs constituants a été menée afin explorer évaluer les propriétés (chimique physique et mécanique) de ce dernier par rapport aux matériaux usuels.Une partie est consacrée pour comparer l’efficacité de réparation d’un béton soumis à différents taux d’endommagement mécanique par les 3 composites. Les résultats ont montré que le PRFL améliore les performances mécaniques du béton et lui fournit une ductilité importante.Une deuxième partie est consacrée pour explorer l’efficacité de réparation d’un béton soumis à 300 cycles gel/dégel par les trois composites. Les résultats ont montré que la réparation avec le PRFL est plus efficace sur béton endommagé physiquement que mécaniquement. Cette partie est suivie d’une campagne expérimentale permettant de statuer sur la durabilité de réparation d’un béton vieilli avec différentes configurations d’endommagement par le composite bidirectionnel de Carbone. Les résultats ont montré que les performances d’un béton confiné avec le PRFC et soumis à 300 cycles de gel/dégel ont diminué de 50% sans pour autant perdre l’aspect ductile du béton confiné.Une étude numérique parallèle est réalisée pour décrire le comportement du béton confiné et pour appréhender les différents comportements engendrés par les trois compositesLes résultats préliminaires montrent que l’utilisation du PRFN a réussi restituer les performances mécaniques initiales et les améliorer ce qui encourage leurs utilisation à la place des PRFC dans certains cas.

The use of composite materials is widespread in the recent decades to overcome concrete structures damages. Carbone composites showed both excellent mechanical performances and great use simplicity. These materials are still polluting and expensive which is against sustainable development. This work aims to explore the possibility to substitute a Carbone composite (Carbon Fibers Reinforced Polymer CFRP) with a bio resource composite (Flax Fibers Reinforced Polymer FFRP) to repair both mechanically and physically damaged concrete.For this purpose, a detailed characterization of three products and their constituents has been carried out to estimate FFRP properties (chemical, physical and mechanical) against CFRP onesA part of this study is dedicated to compare the efficiency of repairing concrete damaged with different mechanical dame rates with the three composites. Results showed that repairing concrete with FFRP improves its mechanical performances and provides a greet ductility.The second part is devoted to explore repairing physically damaged concrete with freeze/thaw cycles by the three composites. Results showed that repairing physically damage concrete with FFRP is more efficient than mechanically damage one. This part is followed by experimental campaign allowing to rule on the sustainability of concrete repairing with CFRP. Results showed that confined concrete strength with CFRP subjected to 300 freeze/thaw cycles decreased by 50% with keeping ductile behavior. A numerical study has been conducted in parallel to perceive the different behaviors concrete generated by confinement with the three composites.Results showed that using FFRP to repair damaged concrete allowed restituting initial mechanical performances, which incite to their use instead of CFRP.