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Génération de microstructures équivalentes mécanique à l’aide d’outils statistiques et applications aux études du vieillissement des matériaux cimentaires

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Laboratoire d'accueil : Laboratoire incertitude et modélisation des accidents de refroidissement (LIMAR)

Date de début de thèse : octobre 2017

Nom de la doctorante : Kathleen PELE


​Descriptif du sujet

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude du vieillissement du béton des enceintes de confinement des centrales nucléaires. Les propriétés thermochimiomécaniques du béton peuvent en effet évoluer au cours du temps, en particulier si ce béton est le lieu de développement de pathologies, telles que les réactions de gonflement interne. Il est ainsi important d’analyser les conséquences de ces modifications, notamment en termes de fissurations qui peuvent porter atteinte à la fonction de confinement de l’enceinte. Le béton est un matériau très hétérogène (granulats de taille et d’orientation diverses, matrice, porosité) ce qui rend son étude complexe. La répartition des différentes phases du matériau peut être considérée comme aléatoire. Afin de prendre en compte cette variabilité, plusieurs calculs de fissuration sont effectués à partir de microstructures numériques représentatives de la microstructure réelle.


La génération de ces microstructures numériques dites équivalentes s’appuie sur l'utilisation de descripteurs morphologiques qui permettent de contrôler leur représentativité par rapport à une microstructure réelle. Il existe dans la littérature plusieurs descripteurs tels que le covariogramme issu des approches géostatistiques et qui donne des informations sur la répartition des différentes phases au sein du matériau. Toutefois, ce descripteur n'est pas toujours suffisant pour distinguer les différents comportements en termes de fissuration. En effet, certaines études ont montré que deux microstructures ayant le même covariogramme pouvaient présenter des chemins de fissure très différents.


Le premier objectif de la thèse est la construction de nouveaux descripteurs morphologiques plus adaptés au problème de la fissuration mécanique afin de compléter ceux qui sont déjà implémentés dans le logiciel MORCO développé par l’IRSN. Il s'agira ensuite de les intégrer dans la définition d'une mesure de similarité qui permettra de comparer des microstructures entre elles. Enfin, sur la base de cette distance, un algorithme de génération de microstructures numériques équivalentes sera développé.


Le travail actuel porte sur le premier point. Il concerne le développement de nouveaux critères morphologiques intégrant l’orientation des granulats et la distance qui les sépare. En effet, la configuration locale des granulats contrôle le trajet de la fissure. La pertinence des nouveaux critères proposés sera évaluée sur la base d'un ensemble de résultats de simulations du code Xper déjà disponibles correspondant à une microstructure pré-fissurée et soumise à un effort de traction. Cette première étude progressive a pour objectif d'aboutir à la formulation d’un descripteur plus complexe qui combinera les notions de distance et d’orientation et permettra d’avoir des microstructures équivalentes en termes de fissuration.