Approches multi-échelles (Équipe MEO)

Approches multi-échelles (Équipe MEO)


L’axe de recherche « approches multi-échelles » a pour objectif le développement de méthodes d’analyse du comportement des matériaux cimentaires et des sols à partir de données sur leur microstructure. L’expérience acquise par l’équipe sur l’identification expérimentale des propriétés de ces matériaux a montré l’intérêt et la nécessité d’un développement d’outils numériques capables de reproduire les phénomènes physico-chimiques complexes agissant à l’échelle microscopique et mésoscopique et pouvant influer sur les caractéristiques mécaniques. Pour cela, les travaux de développements se basent sur les approches multi-échelles pour le calcul de lois de comportement « évoluées » et des études expérimentales spécifiques sont développées pour l’identification de données caractéristiques.

Les thèmes abordés sont :

  • La modélisation micro-mécanique
  • L’nfluence de la microstructure sur les transferts dans les milieux réactifs

 

Résultats scientifiques marquants

 

  • Établissement et validation des lois d’effets d’échelle dans les milieux granulaires :

Dans le cadre du projet ANR ECHO, les lois d’effet d’échelle établies théoriquement par Frossard (2008) ont été validées expérimentalement au GeM, par la réalisation d’un vaste programme d’essais triaxiaux sur des échantillons constitués de matériaux granulaires à granulométries homothétiques (diamètres maximaux respectifs de 10mm, 40mm et 160mm). Ce programme a été développé par des modèles (modèle de comminution et modèle constitutif élasto-plastique), intégrant la rupture des grains.

  • Modélisation de l’auto-cicatrisation naturelle du béton par trois nouveaux modèles (thèse de Benoît Hilloulin, cotutelle Université de Gand, co-direction Ifsttar, GIS Lirgec, 2012-2015) :

Couplage du modèle d’hydratation à l’échelle mésoscopique à un modèle mécanique pour calculer le regain mécanique après cicatrisation basé sur une diminution de l’endommagement avec la création de nouveaux hydrates dans la fissure ; loi de transport réactif implémentée dans le logiciel Toughreact pour évaluer l’auto-cicatrisation due à la formation de calcite ; couplage Cemhyd3D et Cast3M via CemPy pour simuler le regain mécanique à l’échelle de la pâte et visualiser en temps réel la formation de ponts d’hydrates dans la fissure.

  • Modélisation du fluage du béton vieillissant par une approche micro-macro :

En associant un modèle d’hydratation du ciment à un modèle couplé fluage-endommagement et en utilisant une méthode d’homogénéisation numérique allant de l’échelle des hydrates (C-S-H) à l’échelle du béton ; seuls les C-S-H sont considérés viscoélastiques au départ avec des paramètres constants et l’évolution de leur quantité et leur déformation gênée par toutes les autres phases élastiques conduit à provoquer le fluage du béton (théorie de solidification).

  • Nouveau modèle micromécanique pour tenir compte de la formation de l’auréole de transition pâte-granulat dans le béton :

Par un calcul de l’hydratation du ciment et le développement d’une nouvelle méthodologie numérique ; création d’une interphase pour tenir compte explicitement de l’auréole dans le comportement du béton sans être freiné par la difficulté de la modéliser à cause de son épaisseur trop faible comprise entre 20 et 50 µm. Des simulations de traction sur béton ont montré l’effet de cette auréole sur le comportement à la rupture.

Personnels impliqués

Permanents:

– GRONDIN Frédéric – Maître de Conférences HDR
– HICHER Pierre-Yves – Professeur Emérite
– LOUKILI Ahmed – Professeur d’Université
– YIN Zhenyu – Maître de Conférences HDR

Projets en cours

 

  • ANR : ECOREB
  • MIPOR (NEEDS-CNRS)

 

 

 

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