Modélisation multiphysique de l’endommagement à long terme de matériaux fibreux sous diverses sollicitations variables (hygromécanique)

Descriptif du sujet

La thèse devrait permettre la modélisation multiphysique del'endommagement (développement de lois fondamentales) et la prise en compte du transfert de masse (teneur en eau) sous chargement dans le cadre de l'estimation de performance à long terme de matériaux composites à fibres. Notre attention portera plus particulièrement sur la modélisation des effets des variations des sollicitations extérieures (chargements et/ou climatiques) sur la fissuration différée des matériaux fragiles fibreux utilisés en construction durable. Le développement d'un tel modèle associé avec des essais ciblés de durée de vie en ambiance climatique maitrisée et pseudo-aléatoire est envisagé pour quantifier les cinétiques de décohésion de la matière. De plus, il sera associé à des approches intégrant les sources de variabilité des propriétés méso-scopiques (énergies de fissuration) utiles au développement de modèles en lien avec des mécanismes d'endommagement. L'intérêt pour I2M est de se munir d'un outil pertinent et innovant pour la prédiction des risques de ruine selon des durées de chargement longues sous environnement variable. Cet aspect représente un enjeu majeur dans le sens où le changement climatique peut agir sur le degré de fiabilité des performances des produits manufacturés pour la construction.

Cette recherche vise aussi à rayonner sur des applications de type Génie-civil pour lesquelles l'hétérogénéité des matériaux et leurs performances différées peuvent être implémentées dans des modèles numériques. Les questions liées à l’évolution de l’endommagement des éléments structuraux en matériaux fibreux et hétérogènes, que ce soient les fissurations en surface ou proches de singularités ou des assemblages, impactent la performance des structures. Les risques de création ou de propagation de fissuration sont augmentés lors des phases de séchage où lors de changement rapide des conditions environnementales. Ces conditions sont notamment très fréquentes lors de phases de canicule (en lien avec le changement climatique), lors de chauffage ou forte climatisation dans les bâtiments. L'effet des transferts hydriques dans ces matériaux reste sans connaissent établies sur l’impact sur la tenue des ouvrages. La phase de transition entre l’état humide initial et d’équilibre final peut entrainer des variations dimensionnelles, des fissurations de séchages prématurés qui peuvent réduire l'espérance de vie de l’ouvrage et en particulier à la tenue des éléments assemblés ou collés.

Pour tenir compte des dispersions, des incertitudes pouvant être importantes des propriétés des matériaux étudiées, mais également des sollicitations (en particulier climatiques), le développement du modèle d'endommagement multiphysique visera à appuyer et conforter des données en vue d'une analyse probabiliste de la sécurité des systèmes constructifs durables.

La réglementation actuelle en Génie Civil manque de réponses étayées sur le sujet. Cette recherche devrait servir à l’amélioration des référentiels normatifs des calculs de structures en particulier par une meilleure connaissance des effets de chargement et/ou de conditions d’expositions variables en lien avec l'évolution climatique. La modélisation développée devra permettre de prévoir le niveau de risque (dommage) de la structure et sa durée de vie résiduelle, information importante pour son dimensionnement, mais aussi pour une bonne maintenance et/ou renforcement. Une telle approche permettra de développer des moyens de diagnostic pour valider ou non la mise en place de prothèses ou de renforcements locaux dans les composants structuraux présentant des caractères pathologiques liés à de l'endommagement différé. Suivant l’avancement de la thèse, une analyse de stratégies de réparation et leurs pertinences au niveau de la sécurité structurale à long terme pourra être abordée en complément des moyens employés de façon empirique en science de l'ingénieur.

Cette thèse s’appuiera entre autres sur une campagne de caractérisation des propriétés de rupture du bois (pin maritime) en modes simples et en mode mixte sous divers taux d’humidité (de 5 à 20%) réalisée précédemment dans le cadre du projet Région Aquitaine. Cette campagne sera complétée par d’autres essais sur des poutres de structures (en bois avec défauts) sous environnement aléatoire (en extérieur) ou contrôlé (dans une enceinte climatique (salle de 20 m2) à température et humidité relative de l’air contrôlées). Ce travail reposera sur une modélisation éléments finis de l’endommagement de matériaux hétérogènes biosourcés développée actuellement pour la caractérisation du bois de construction sous charges de court terme.

Application

l’étude portera sur des éléments en bois massif (pin maritime, douglas, épicéa, chêne…), mais aussi reconstitué (LC, CLT) avec l’impact du collage sur la rupture différée. 

Etablissement : Université de Bordeaux

Unité de recherche : I2M - https://www.i2m.u-bordeaux.fr/

Groupe de recherche : GCE– GT1 Rhéologie -endommagement-durabilité des matériaux et des structures

Encadrants :

Myriam Chaplain myriam.chaplain@u-bordeaux.fr(Contact tel. 05 40 00 31 79)

Jean-Luc Coureau jean-coureau@u-bordeaux.fr

Date limite de candidature : 15 juin 2023

Modalités de candidature : envoi des pièces suivantes à M. Chaplain et J.L. Coureau (par mail)

- un curriculum vitae avec les résultats académiques (2 pages maximum)

- une lettre de motivation

- une ou deux lettres de recommandation pour tout étudiant extérieur à l'université de Bordeaux

- une attestation de réussite du master 2 (ou équivalent) ou la copie du diplôme (le cas échéant)

- un relevé de notes de masters 1ère et 2ème année 

Profil du candidat : Titulaire d'un master ou équivalent (diplôme d'ingénieurs) en génie civil, ou en mécanique, ou en génie des sciences des matériaux ou en sciences du bois.

Début : septembre ou octobre 2023

Mise à jour le 07/04/2023

Contacts

Myriam Chaplain
Encadrant

05 40 00 31 79
Contacter par courriel

Jean-Luc Coureau
Encadrant

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Sujet de thèse