Evaluation du vieillissement et de l'endommagement des matériaux bitumineux par modélisation hétérogène et mesures acoustiques

Ageing and Damage Assessment of Bituminous Materials by Heterogeneous Modeling and Acoustic Measurements

• Auteur / Autrice : Soufyane Benaboud
• Direction : Fatima Allou, Mokhfi Takarli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Genie civil
• Date : Soutenance le 13/05/2022
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique (Poitiers ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Génie Civil, Diagnostic et Durabilité
• Jury : Président / Présidente : Zoubir Mehdi Sbartaï
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fatima Allou, Mokhfi Takarli, Frédéric Dubois, Bertrand Pouteau, Pierre Hornych
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ferhat Hammoum, Cyrille Chazallon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Détérioration

Traitement du signal

Matériaux bitumineux -- Fatigue

Émission acoustique

Ultrasons

Matériaux bitumineux

Mots clés libres

Enrobés bitumineux

Fatigue

Modélisation hétérogène

Vieillissement

Asphalt mixtures

Ultrasound

Acoustic Emission

Fatigue

Heterogeneous modeling

Signal processing

Ageing

Résumé

Pour toute société florissante, disposer de meilleures infrastructures routières et de transport est essentiel non seulement pour la mobilité des personnes et des biens, mais aussi pour la croissance économique et une meilleure qualité de vie. Il est donc important d'avoir de meilleures conditions routières afin de maintenir un niveau de service acceptable. Cette étude vise à améliorer les outils de dimensionnement des chaussées routières en service et à optimiser leur entretien. Dans ce contexte, la compréhension des mécanismes de fissuration des matériaux de chaussée en service et le suivi de l'évolution des mécanismes d'endommagement et de vieillissement sont parmi les facteurs clés pour améliorer la modélisation des chaussées anciennes et le calcul de leur durée de vie en fatigue résiduelle. Cette thèse est réalisée dans le but d'étudier le vieillissement et l'endommagement des matériaux bitumineux à l'aide d'une approche de Contrôle Non Destructif (CND) et de modélisation hétérogène de leur comportement en fatigue. La partie expérimentale est principalement basée sur des mesures de propagation des ondes ultrasonores dans le matériau afin de caractériser ses propriétés mécaniques résiduelles. Les signaux enregistrés à partir de l'instrumentation acoustique et mécanique sont analysés pour proposer de nouveaux critères de détermination de la durée de vie en fatigue. L'approche utilisée dans la partie numérique est initialement basée sur une génération de champs de propriétés hétérogènes pour créer une microstructure hétérogène virtuelle (agrégats et matrice). Ces champs sont ensuite utilisés dans un modèle thermomécanique couplant les effets de l'autoéchauffement et de l'endommagement permettant de simuler le phénomène de fatigue des enrobés bitumineux sous sollicitation cyclique. Une approche d’optimisation Simplexe est utilisée afin de caler les paramètres des modèles d'endommagement sur des résultats expérimentaux.

For any flourishing society having better roads and transport infrastructure is essential not only for the mobility of people and goods but also for the economic growth and better quality of life. It therefore is important to have better road conditions and maintain a high level of service. This study aims to improve the design tools of ain-service road pavements and to optimize their maintenance. In this context, understanding the cracking mechanisms of pavement materials in-service and monitoring the evolution of the damage and ageing mechanisms are among the key factors to improve modelling of old pavements and calculation of their residual fatigue life. This thesis is carried out with the aim of studying the ageing and damage of bituminous materials using a Non Destructive Testing (NDT) approach and heterogeneous modeling of their fatigue behavior. The experimental part is mainly based on measurements of ultrasonic wave propagation in the material in order to characterize its residual mechanical properties. The signals recorded from the acoustic and mechanical instrumentation are analyzed to propose new criteria for determining the fatigue life. The approach followed in the numerical part is initially based on a generation of heterogeneous properties fields to generate a virtual heterogeneous microstructure (aggregates and matrix). These fields are then used in a thermomechanical model coupling the effects of self-heating and damage. The calibration of the parameters of the damage models on experimental results is carried out using a numerical optimization approach.