Influence de la fissuration sur le transfert de fluides dans les structures en béton : stratégies de modélisation probabiliste et étude expérimentale

Une structure en beton doit assurer des fonctions structurales qui vont au dela de la simple resistance. Dans ce cadre, la fissuration du beton arme joue un role primordial sur la durabilite, l'etancheite et meme la surete des structures. La structure poreuse du beton rend naturellement possible la penetration au cours du temps d'especes deleteres. En outre, sous l'effet des chargements mecaniques et des conditions environnementales au sens large, le beton se fissure. Les fissures constituent, elles aussi, des voies preferentielles pour la penetration de fluides ou d'agents agressifs et ajoutent de maniere significative leur contribution a la degradation des performances structurelles. Dans la these une strategie de modelisation macroscopique probabiliste du couplage entre fissuration et transferts de fluides dans les structures en beton est presentee. Le beton est modelise comme un milieu poreux sature d'eau tandis que la fissuration (mecanique) est modelisee au travers d'une approche numerique probabiliste tenant compte de l'heterogeneite naturelle du materiau et des effets d'echelle qu'elle induit. L'hypothese physique de base du modele de fissuration est que chaque element fini peut etre considere comme representatif d'un volume de matiere heterogene dont le comportement est gere par son degre d'heterogeneite, defini comme le rapport entre le volume elementaire et un volume representatif de l'heterogeneite du materiau. Dans la formulation developpee, les proprietes mecaniques du materiau sont considerees comme des variables aleatoires (non correles) distribuees dans les elements du maillage selon des distributions statistiques validees experimentalement. Une approche par analyse inverse permet d'acceder aux parametres de fonctions de distribution qui, selon les hypotheses du modele, varient en fonction de la dimension des elements finis. Le couplage fissuration-transfert est traite de maniere faible, sous l'hypothese d'absence d'interaction entre les deux processus (a savoir que la fissuration de l'element fini, d'origine mecanique, induit une variation locale de sa permeabilite). L'utilisation d'une loi de Poiseuille modifiee et adaptee experimentalement selon un protocole developpe dans le cadre de la these permet de mettre en relation une telle variation avec l'ouverture de fissure et de prendre en compte, de maniere macroscopique, les principales causes d'ecart entre l'ecoulement idealise, represente par la loi de Pouiselle, et l'ecoulement dans des fissures reelles. Une approche de type Monte-Carlo permet de valider les resultats des simulations mecaniques et hydriques. Les capacites de la strategie de modelisation proposee en termes de prediction des debits d'eau en milieu fissure sont explorees au travers de la simulation d'essais de permeabilite sous charge sur des eprouvettes cylindriques soumises a du fendage. Ces essais sont utilises dans le cadre du protocole experimentale. Une premiere validation a l'echelle d'un element structurel multifissure est presentee. Elle consiste en la simulation d'un essai (recemment propose dans la litterature) developpe pour l'etude de l'impact de la fissuration sur les proprietes de transfert de tirants en beton arme