Modélisation objective de mécanismes de dissipation non-linéaires : application aux structures en maçonnerie

Objective modelling of non-linear dissipation mechanisms: application to masonry structures

• Auteur / Autrice : Héloïse Rostagni
• Direction : Cédric Giry
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMPS - Laboratoire de Mécanique Paris-Saclay
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : OMEIR - Ouvrages, matériaux, environnement: interactions et risques
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Morel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Sellier, Ioannis Stefanou, Didier Combescure, Fernando Lopez-caballero
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alain Sellier, Ioannis Stefanou

Mots clés

Mots clés libres

Maçonnerie

Comportement non-linéaire

Endommagement

Dissipations

Non-local

Masonry

Nonlinear behaviour

Damage

Dissipations

Nonlocal

Résumé

Les constructions en maçonnerie constituent une part importante du patrimoine bâti et culturel mondial. De récents événements sismiques ont souligné l'importance de préserver ces structures et d'évaluer leur vulnérabilité face à des sollicitations complexes. Ces travaux de thèse proposent donc de développer un outil de prédiction rendant compte du comportement mécanique de ces ouvrages et permettant d'identifier leurs zones de fragilité dans une perspective de sauvegarde. En s'appuyant sur une analyse des mécanismes de dégradation de la maçonnerie observés expérimentalement dans la littérature, un modèle de comportement non-linéaire a été élaboré pour décrire la réponse mécanique de ces structures sous des chargements complexes en dynamique lente. Décrit dans un formalisme thermodynamique robuste, il propose une description macroscopique de la maçonnerie tout en prenant en compte la complexité de ce matériau hétérogène (anisotropie, endommagement, dissipation par frottement, etc). Le comportement mécanique de la maçonnerie présente une phase adoucissante typique des matériaux quasi fragiles, qui induit une localisation des déformations à l'échelle de la structure. En parallèle de la méthode classique de régularisation énergétique, une approche intégrale non-locale orthotrope a été développée pour la maçonnerie en introduisant trois longueurs caractéristiques liées à la mésostructure du matériau. Ce modèle a été implémenté dans un code éléments finis (Cast3M) pour analyser la réponse de structures sous chargements monotones, cycliques et sismiques.

Masonry constructions represent a significant part of the world's built and cultural heritage. Recent seismic events have highlighted the importance of preserving these structures and assessing their vulnerability to complex stresses. This work proposes to develop a predictive tool that captures the mechanical behaviour of these structures and identifies their weaknesses from a conservation perspective. Based on an analysis of masonry degradation mechanisms observed experimentally in the literature, a nonlinear constitutive model is developed to describe the mechanical response of these structures under variable multi-directional loading. Described in a robust thermodynamic formalism, it offers a macroscopic description of masonry while considering the complexity of this heterogeneous material (anisotropy, damage, dissipation by friction, etc). The mechanical behaviour of masonry exhibits a typical softening phase of quasi-brittle materials, leading to strain localisation at the structure scale. In addition to the classical energy regularisation method, a nonlocal orthotropic integral approach is developed for masonry by introducing three characteristic lengths related to the material's mesostructure. This model is implemented in a finite element code (Cast3M) to analyse the response of structures under monotonic, cyclic and seismic loading.