Homogénéisation multiphysique de bétons fibrés : modèles simplifiés et simulations numériques

Multiphysical homogenization of fiber reinforced concrete : simplified models and numerical simulations

• Auteur / Autrice : Antoine Martin
• Direction : Sébastien Brisard, Karam Sab
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 14/12/2022
• Etablissement(s) : Université Gustave Eiffel
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Marne-La-Vallée)
• Jury : Président / Présidente : Julie Diani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Brisard, Karam Sab, François Willot, Claude Boutin, Carole Nadot-Martin, Stéphane Deleville
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Willot, Claude Boutin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Blindage (électricité)

Ondes électromagnétiques

Béton de fibres

Mots clés libres

Béton fibré

Onde électromagnétique

Homogénéisation

Efficacité de blindage

Fiber reinforced concrete

Electromagnetic wave

Homogenization

Shielding effectiveness

Résumé

Face aux besoins actuels de protection électromagnétique de bâtiments associés à des activités sensibles (centres de calcul, bâtiments militaires...), l'utilisation de matériaux alternatifs, moins coûteux et plus faciles à mettre en oeuvre, a fait son apparition dans les dernières décennies. Le GreyShield(R), développé par Spie batignolles et EuroMC, est un de ces matériaux. Il est constitué d'un béton fibré associé à un revêtement conducteur. Le principe de fonctionnement a été breveté en 2016, et l'objectif de ce travail est de proposer un modèle pour quantifier l'atténuation électromagnétique qu'apporte ce GreyShield(R).On se concentre sur le béton fibré, et l'on cherche à déterminer ses paramètres homogènes équivalents. En supposant que la longueur d'onde est grande devant la taille des hétérogénéités que sont les fibres (approximation quasi-statique), on peut utiliser des schémas d'homogénéisation connus, valables pour des fractions volumiques faibles. Les prédictions de ces schémas sont, dans un premier temps, comparées à des mesures expérimentales, réalisées sur des échantillons de béton fibré. On détermine ainsi le domaine de validité des schémas utilisés.Pour prendre en compte les interactions entre les fibres, et rendre compte plus précisément de l'influence de la fraction volumique sur les paramètres homogénéisés du béton fibré, un modèle numérique d'homogénéisation de la conductivité d'un milieu fibré est construit (dans le cadre de l'hypothèse quasi-statique). Ce modèle (basé sur la méthode d'inclusion équivalente), s'avère moins coûteux qu'un calcul de type éléments finis, en termes de nombre de degrés de liberté. Il donne en outre une estimation bien plus précise de la conductivité homogénéisée que des schémas classiques basés sur un problème à une seule fibre.Enfin, quelques calculs sont réalisés pour prédire l'effet des hautes fréquences sur les atténuations obtenues expérimentalement. Ces calculs donnent une tendance en accord avec les mesures, mais sont encore perfectibles

Faced with the current needs for electromagnetic protection of buildings associated with classified activities (data centers, military facilities...), use of alternative materials, less expensive and more suitable to construction process, have appeared in past decades. GreyShield(R), proposed by Spie batignolles and EuroMC, is one of these materials. It consists of a fiber-reinforced concrete, combined with a conductive coating. The principle has been patented in 2016, and the objective of this work is to propose a model that quantifies the shielding effectiveness of GreyShield(R).We focus on fiber-reinforced concrete, and try to determine its homogeneous equivalent parameters. Assuming that wavelength is large in front of heterogeneities which are the fibers (quasi-static assumption), it is possible to implement classical homogenized schemes, valid for low volume ratios. Predictions of these schemes are, in a first time, compared to experimental measurements, carried out on fiber-reinforced concrete samples. The validity area of these schemes is thus determined.In order to take into account the interaction between fibers, and precise the influence of volume ratio on homogenized electromagnetic parameters, a numerical homogenization model is built for the conductivity of a fibrous medium (assuming quasi-static approximation). This model (based on equivalent inclusion method), turns to be less expensive than a finite element method, in terms of degrees of freedom. It also gives a much more accurate estimation of the homogenized conductivity than classical schemes based on a one-fiber problem.Finally, some calculations are made in order to predict the influence of high frequencies on the measured attenuations. These calculations are qualitatively in agreement with measures, but are perfectible