Personne de référence : 
Stéphane Morel

Membres : 
Stéphane Morel, Christine Delisée (retraitée), Jean-Christophe Mindeguia, Jean-Luc Coureau, Jérôme Moreau, Myriam Chaplain, Philippe Galimard, Jacqueline Saliba, Alain Cointe, Thomas parent, Emmanuel Morin (chercheur associé)

L’enjeu est la compréhension et la modélisation des propriétés et comportements des matériaux et l’étude des phénomènes physiques associés à l’endommagement. On étudie l’endommagement quasi-fragile et les phénomènes physiques associés dans les matériaux de construction (bois, béton, maçonnerie) : identification de critères de rupture (mode I, II et mixte I+II), modélisation en MNLR (zone cohésive),  couplage fissuration et comportement thermo-hygroscopique du matériau bois (rupture différée des éléments structuraux bois et des assemblages), effet d’échelle. Les modélisations développées s’appuient aussi bien sur des codes aux éléments finis (zone cohésive, endommagement, modèles thermo-hygro-mécaniques) que sur des codes aux éléments discrets (maçonnerie, joints rocheux). On s’intéresse également aux effets de sollicitations sévères : comportement sismique de composants bois ou de murs maçonnés, comportement de composants bois sous incendie, vulnérabilité des arbres à la tempête.

L’étude des relations entre morphologie des matériaux, variabilité, et propriétés physiques et mécaniques permet d’aussi d’améliorer leur conception, soit dans une logique de meilleures performances environnementales (composites bois, matériaux composites à base de fibres végétales), soit pour fiabiliser les propriétés structurelles (panneaux innovants). La conception s’inscrit dans une logique d’innovation et d’optimisation multi-objectifs.

Le projet scientifique du GT1 pour le futur quadriennal s’inscrira dans la continuité du projet actuel avec toutefois une concentration des activités autour des sous-thématiques « Fissuration et Endommagement »,

« Couplage comportements cohésif et frictionnel » et « Comportement au feu des structures ». Les activités touchant à la « Caractérisation et modélisation multi-échelles des composants de structures et des produits pour la construction » rejoindront quant à elles le nouvel axe transverse du Dépt GCE « Valorisation des matériaux naturels » conférant ainsi une cohérence thématique centrée sur l’endommagement quasi-fragile aux activités du GT1. Afin de souligner ce resserrement des activités du GT1, ce dernier sera renommé sous l’appellation « Fissuration, Endommagement, Durabilité ».

A ce titre, si la fissuration des matériaux quasi-fragiles (traitée dans le cadre de la MLER ou la MNLR) qui fait partie des activités historiques du GT1 continuera d’être étudiée, l’accent sera mis sur le développement d’un modèle d’endommagement dédié au bois afin de pouvoir investiguer les cas d’endommagement/fissuration rendus compliqués par la méconnaissance préalable du trajet de fissure (timber, zones d’assemblages,…). Sur les aspects « Couplage comportements cohésif et frictionnel » et notamment en matière de modélisation du comportement des maçonneries, l’accent sera mis sur l’élaboration d’un code de calcul hybride EF/ED, permettant de bénéficier des avantages des modèles d’endommagement développés basés sur la MEF et des modèles de zone cohésive frictionnelle ainsi que des aspects dynamiques basés sur la MED. L’élaboration du code hybride EF/ED sera réalisée en collaboration avec le LMGC-Montpellier (développeur du code ED LMGC90 qui servira de base au code hybride) et le LMDC-Toulouse (développeur du modèle d’endommagement quasi-fragile). Enfin, sur les aspects « comportement au feu des structures », le projet s’inscrira dans la continuité des activités de recherche menées à ce jour, à savoir l’étude de l’impact des incendies aux matériaux et structures du génie civil. Les derniers projets de recherche entrepris au sein de GCE ont montré une certaine fédération de collègues (Stéphane Morel, Thomas Parent) sur ce domaine d’activités. L’idée étant de faire perdurer cette équipe dans le temps, en ouvrant potentiellement les collaborations aux collègues des autres GT (CND appliquée à l’expertise post-incendie, apports de connaissance sur les géo-matériaux…) et en poursuivant les collaborations avec d’autres départements d’I2M (TREFLE pour les simulations de feu en particulier).

Enfin, la participation active de la grande majorité des membres du GT1 au chantier scientifique CNRS-MC Notre-Dame sera de nature à fédérer les activités du GT sur les aspects « patrimoine bâti ». En effet, l’équipe du GT1 fait partie des rares équipes de recherche françaises regroupant à la fois des compétences en calcul de structures bois, en calcul de structures maçonnées et en comportement au feu des structures. Cette triple compétence confère ainsi aux membres du GT1 la capacité à traiter des problématiques touchant au patrimoine bâti dans leur intégralité.

De gauche à droite : mesures in situ de la raideur d’ancrage d’un tronc, mesures des caractéristiques d’un assemblage avec goujons collés multiple, simulation des dommages dans une maçonnerie sous séisme

Personne de référence : 
Alain Denis

Membres : 
Alain Denis, Colette Sirieix, Roland Lastennet, Nadia Saiyouri, Antoine Marache, Nicolas Peyraube, Vincent Allègre, Halidou Niandou, Cécile Verdet, Joëlle Riss (émérite)

L’enjeu est la compréhension et la modélisation des propriétés et comportements des matériaux naturels (sols et roches) et des transferts (eau, gaz carbonique) en milieu naturel sous forçage naturel ou anthropique. Les voies de progrès résident aussi bien dans l’amélioration des techniques et protocoles de mesure que dans une meilleure compréhension ou une modélisation plus précise. Elles s’appuient sur une forte instrumentation sur site (prospection géophysique, suivi de la qualité des eaux, combinaison de la géotechnique et de la géophysique) et le suivi de sites expérimentaux pilotes.

Les verrous scientifiques majeurs relèvent :

• de la compréhension des mécanismes impliqués (écoulements en milieux épikarstique et karstique pour la gestion et la préservation de la ressource en eau, aérologie d’une cavité souterraine (grottes ornées) et transferts de gaz carbonique entre la cavité et l’extérieur),
• du développement de méthodes innovantes de traitement des mesures géophysiques (suivi temporel pour construire une image plus juste des formations du sous-sol) ou de la combinaison de mesures géophysiques et géotechniques pour déterminer les propriétés mécaniques des sols,
• de développements expérimentaux : mise au point d’essais géotechniques plus représentatifs du comportement au retrait-gonflement d’un sol argileux in-situ, utilisation d’analyses physico-chimiques et minéralogiques couplées à des observations microstructurales (MEB Environnemental, spectromètre X) pour expliquer le comportement mécanique des sols argileux gonflants ou latéritiques,
• de la modélisation : modélisation mécanique et structurale d’un massif et/ou d’un escarpement rocheux à partir de relevés 3D en photogrammétrie (au sol et avec drone) associée à un suivi temporel pour construire une image des plus petits déplacements des blocs rocheux.

Les recherches s’appuient sur des mesures réalisées in-situ et en laboratoire par différentes méthodes géophysiques (électrique, électromagnétique et sismique), mécaniques (extensométrie, photogrammétrie, relevé de fracturation),  physiques (humidité, température, gaz carbonique) et chimiques (éléments majeurs, mesures isotopiques). 

Le projet scientifique du GT2 sur le prochain quadriennal est dans la continuité du projet 2015-2020 centré sur des objets d’études porteurs d’un point de vue sociétal (gestion des eaux, gestion patrimoniale- grottes ornées et patrimoine bâti, valorisation de matériaux, effet du forçage climatique sur l’environnement et le patrimoine). Notre priorité dans nos perspectives scientifiques est de renforcer et de prolonger les collaborations nationales et internationales dans les domaines :

•  Du fonctionnement et des transferts de masse (eau et CO2) dans les systèmes karstiques (CRN, collaborations : Régions Nouvelle Aquitaine et Occitanie, Parc national des causses du Quercy, Agence de l’eau, BRGM, Suez environnement, SNO Karst mais également la DRAC Aquitaine pour le suivi de la grotte de Lascaux.
•  De la valorisation des matériaux de dragage en béton écologiques, (projet Région –VALOSED-2020- 2024 multi-partenaires : LaSIE, SIAME , FNTP, ports de Bordeaux et de Bayonne, NGE, Spie, Eiffage, Solétanche, Alios). Ce sujet devrait être généralisé pour le prochain quadriennal, par un « Projet National » avec le soutien fort de la FNTP. L’objectif est de poursuivre les recherches sur des bétons à base de sédiments. Une thèse financée va démarrer en septembre 2020 (mécanique, durabilité et propriétés de transfert avec changement d’échelle). De même deux post-Docs seront lancés en 2021et 2022 (financés dans ce projet également). Le 1er : « passage à l’échelle de l’ouvrage de taille réelle après une étape de validation sur des murs de laboratoire) et 2nd sujet (Une étude de variabilité sur la provenance des sédiments du littoral Ouest et sur les bétons obtenus)
•  De la connaissance, la préservation et la conservation du patrimoine qu’il soit bâti, historique ou préhistorique (Grotte de Lascaux et de Villars) à partir des méthodes géophysiques développées à I2M et du développement des diagraphies (Quebec) et de la sismique passive.

De gauche à droite : reconstruction géostatistique 3D de données géophysiques des formations de la colline de Lascaux, analyse factorielle des grandeurs caractérisant des écoulements dans l’épikarst, suivi de la succion dans un sol gonflant.

Personne de référence : 
Sidi-Mohammed Elachachi

Membres : 
Sidi-Mohammed Elachachi, Jean-François Lataste, Zoubir-Mehdi Sbartaï, Cédric Baudrit, Humberto Yanez-Godoy, Frédéric Bos

La maintenance optimale des structures et infrastructures est un enjeu économique, social et environnemental essentiel dans le cadre d’une conception, d’une construction et d’une gestion durable. Le vieillissement du patrimoine bâti et la dégradation de ses performances (en tant que système) et de ses propriétés (en tant que structure), nécessite d’avoir des données par le biais de l’évaluation non destructive qui soient fiables. Les modèles et méthodes développés doivent, afin d’aider le décideur à retenir le meilleur des scénarios/stratégies de gestion patrimoniale (IMR : inspection, maintenance, réparation/réhabilitation) potentiels tout en tenant compte d’un environnement incertain et complexe.

Un axe transverse « Bois » a existé lors du précédent quadriennal et avait pour but de fédérer autour de ce matériau des chercheurs d’I2M. Nous pensons actuellement qu’il est plus judicieux de fédérer autour de d’une action transverse qui va au delà du seul matériau bois et dont les contours sont décrits dans la suite. En effet, les activités de recherche dans le département GCE se développent à partir de connaissances fondamentales des GT. De plus, le périmètre d'intérêt des chercheurs se concentre de façon historique sur la valorisation, le suivi et l'expertise des matériaux naturels et de la ressource : valorisation de sédiments, bio-matériau, valorisation de la ressource en eau ou valorisation du sous-sol en sont des exemples. Ces thèmes sont très structurants et proposent l'organisation d'une recherche multidisciplinaire utile aux problématiques de développement de la société et des territoires. Cela place la mission du département GCE sur des problématiques de transfert vers l'ingénierie et de développement durable multi-objectifs. Dans cette optique, il est proposé de développer pour le futur quinquennat une action participative et transversale, visant une cohésion plus large en interne. Elle s'appuie sur des actions de recherche où le niveau socio-économique et la politique des territoires sont dans l'enjeu scientifique : lien INRAe, lien pôle de compétitivité, secteurs industriels et collectivités territoriales, cohérence Recherche Formation. Ainsi, l'expertise en caractérisation des matériaux naturels et anthropiques devrait aboutir à différentes collaborations dans des projet avec TRL supérieur à 3. L'objectif est de s'appuyer sur la plateforme Xyloplate labellisée UB pour agréger au mieux les diverses compétences des membres de GCE et de trouver une adéquation marquée en moyens et RH.