Comportement en service, durabilité et durée de vie

Lors de la durée de vie en service, la structure est soumise à un ensemble de sollicitations naturelles ou accidentelles de tout ordre. L’ensemble de ces sollicitations et leurs couplages peuvent avoir un impact fort sur la durabilité des matériaux en termes de propriétés mécaniques et de « santé matière ».

Les gradients – concentrations chimiques, humidité, pression, etc. – entre le matériau et son environnement sont à l’origine d’échanges de matières souvent préjudiciables à la fiabilité des structures. En effet, le matériau de structure joue souvent aussi un rôle de « barrière » diffusive. Les structures en béton sont directement exposées aux agents agressifs (CO2, chlorures, acides, sulfates, biofilms, etc.), le rôle de l’enrobage est de protéger les armatures en acier de la corrosion. Lorsque l’élément qui diffuse réagit avec le medium dans lequel il se déplace, on parle de transport réactif. Dans ce cas, le phénomène modifie la composition chimique et la microstructure des matériaux (dissolutions, précipitations) voire son état de contraintes. Les gradients d’humidité affectent la plupart des matériaux poreux et polymères, avec des phénomènes de retrait/gonflement et des contraintes associées. L’étude des transferts hygrothermiques est alors nécessaire pour comprendre le comportement des matériaux et qualifier des solutions innovantes. On note effectivement un fort couplage avec le champ mécanique dans certains matériaux, par exemple avec les phénomènes de mécano-sorption dans le cas des fibres naturelles.

A l’échelle de la structure, la charge statique ou cyclique, ainsi que la combinaison, de sollicitations mécaniques externes et/ou d’actions environnementales est susceptible d’aggraver les conséquences de celles-ci – l’endommagement et la fissuration accélèrent le transport de matière vers les zones vulnérables de la structure (corrosion) – mais parfois aussi de les atténuer (cicatrisation).

L’environnement maritime représente un intérêt et une agressivité particulière pour les matériaux composites au sens large – bétons armés, composites à matrice organique, matériaux bio-sourcés, structures membranaires, assemblages collés – et il constitue un enjeu important pour l’écosystème du GeM, avec la proximité de l’océan Atlantique et le développement en cours des énergies marines renouvelables (EMR).

Le développement de cet axe sera poursuivi en collaboration avec les autres UTR, en s’appuyant sur des équipements expérimentaux innovants et des modélisations/simulations numériques multi-physiques et multi-échelle. Les développements scientifiques auront pour objectifs :

– mieux comprendre et prédire les mécanismes de dégradation,
– rationnaliser l’expérimentation pour l’étude du comportement à long terme des matériaux évolutifs avec des non-linéarités : fatigue des câbles d’ancrage synthétique et des câbles de transport d’énergie, fluage, fissuration et gonflement des matériaux cimentaires et composites,
– caractériser les interactions entre la structuration des matériaux, les chargements mécaniques et les actions environnementales, afin d’identifier d’éventuels couplages,
– développer une approche performantielle de la durabilité.

Cette approche permet de qualifier un matériau pour un environnement donné sur la base d’essais de vieillissement et d’indicateurs de durabilité. Ces spécifications performantielles permettront de qualifier des matériaux innovants développés en réponse aux enjeux sociétaux.

Gradients
physico-chimiques et transport

Sollicitations chimiques (eau, chlorures, CO2, etc.) et
physiques (UV, thermique, feu, etc.)

Vieillissement hygrothermique

Composites et assemblages,
Ecomatériaux


Sollicitations mécaniques

Comportement à long terme
Fatigue, fluage, etc.


Couplages

Endommagement et diffusion, durabilité


MOYENS

  • Méthodes numériques : homogénéisation numérique et analytique des propriétés physiques et mécaniques, dynamique moléculaire,
  • Enceintes de vieillissement accéléré, simulateur de marnage et de brouillard salin
  • Plateformes d’essais mécaniques – fluage, fatigue, rupture – et instrumentation associée : émission acoustique, corrélation d’images
  • Moyens de caractérisation : microstructure, propriétés mécaniques et de transfert des matériaux cimentaires
  • Plateforme optique
  • Observations microscopiques : MEB-EDS, microtomographie.

PROJETS EN COURS

  • Projet National PERFDUB – Approche PERFormantielle de la DUrabilité des ouvrages en Béton (2015-2022)
  • FIRMAIN – Impact du vieillissement hygroscopique sur la FIssuRation de MAtériaux composites en contexte Incertain (2016-2020)
  • CEAUCOMP – Modélisation du Couplage entre diffusion d’EAU et comportement mécanique de matériaux COMPosites (2018-2021)
  • MONAMOOR – Monitoring des lignes d’ancrage en nylon (2020-2024)
  • Étude des câbles d’ancrage synthétique pour l’éolien flottant (2022-2025)

MEMBRES

Liste à venir…

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