Thèse CIFRE ATILH co-financement ANRT

Méthode statistique d'évaluation de la durabilité des bétons soumis a différents environnements agressifs.
Doctorant : M. Nadare MATOIRI CHAIBATI
Directeur de thèse : Abdessamad KOBI
Co-directeur de thèse : David BIGAUD
Encadrement industriel : JH. COLINA (ATILH - Paris).

Début de thèse : 02/05/2016

Équipe : Sûreté de Fonctionnement et aide à la Décision

Contacts : abdessamad.kobi @ univ-angers.fr (abdessamad.kobi @ univ-angers.fr) et david.bigaud @ univ-angers.fr (david.bigaud @ univ-angers.fr)

Contexte

La qualification des bétons est jusqu’à présent fondée sur des prescriptions de composition et de mise en œuvre permettant  d’assurer la durabilité du matériau et, par extension, des structures ou ouvrages réalisés. Cette approche est globalement satisfaisante pour les formulations traditionnelles mais ne suffit pas pour la prédiction de la durabilité à long terme (100 à 150 ans) des bétons soumis à différents environnement agressifs, éventuellement combinés. L'adoption d'une nouvelle approche "performantielle" de la durabilité des bétons - dont le principe est de modifier les prescriptions de composition des bétons en montrant à l’aide d’indicateurs de durabilité et d’essais de dégradations que le béton à qualifier possède des propriétés de durabilité au moins aussi bonnes que celles d’un béton de référence dans les conditions environnementales de sa vie en œuvre – est nécessaire.

Le travail envisagé dans le cadre de la thèse vise à caractériser la distribution de probabilité de la réponse des bétons vis-à-vis de chaque essai de durabilité pour alimenter un test statistique de détermination du nombre minimal d’essais à réaliser pour qualifier une formulation inconnue avec un niveau de confiance choisi. En termes scientifiques, il s'agit de coupler ici approches statistiques et stratégie d'optimisation d'un plan d'essais de durabilité.

L'approche statistique

Pour estimer la durée de vie des ouvrages en béton soumis à ces mécanismes de dégradation, l’approche prescriptive, qui est déterministe, raisonne à partir des valeurs uniques caractéristiques qui alimentent un modèle permettant de calculer la date fixe à laquelle l’état limite de défaillance sera dépassé (Sans toutefois que ce dépassement se traduise par la ruine de l’ouvrage une fois la date limite atteinte…). Dans l’approche probabiliste ou semi- probabiliste, on tient compte de la variabilité des différents paramètres par l’intermédiaire de leurs écarts-types ou plus précisément en considérant la loi de distribution des valeurs de chacun des paramètres influant sur la durée de vie. Ces approches permettent d'établir la fiabilité en fonction du temps ; pratiquement, il est possible :

• d'estimer la probabilité de défaillance pour une durée de vie donnée,

• à l'inverse, de déterminer la durée de vie garantie pour un niveau de risque admissible.

• ou, encore, de déterminer la classe d'exposition limite (la plus) probable pour une durée de vie visée.

La probabilisation des modèles distinguera les effets des variables aléatoires quasi-statiques (pour lesquelles l'évolution des paramètres de la loi de distribution dans le temps est faible ou définie suivant un modèle connu), des variables et processus stochastiques (évoluant selon des dynamiques indéfinies, comme par exemple, la température, l'humidité extérieure, la concentration d'ions chlorures variant dans le temps) et ceux des incertitudes liées strictement aux modèles et à leurs hypothèses.

Plan d'expérience optimisé

Les phénomènes et mécanismes entraînant la dégradation du matériau peuvent se développer simultanément mais peuvent également se prendre en relais les uns des autres selon la formulation, le mode et la durée d’exposition (y compris la température) et modifier dans le temps les propriétés du matériau (propriétés de transferts, propriétés mécaniques) qui résultent de sa formulation. Les paramètres d'influence des scénarios de dégradation sont multiples et leurs interactions complexes. Vouloir identifier l'influence de l'ensemble des paramètres, et de leur couplage, peut s'avérer couteux sans stratégie de réduction du nombre d'essais. Un plan d'expérience optimisé est nécessaire. Il devra permettre d'estimer les effets des paramètres de conception et de leurs interactions sur la durabilité du matériau. Dans le travail proposé, seule l’évaluation de la durabilité aux environnements agressifs sera prise en compte, considérant que les paramètres structuraux (résistance en compression, marges de dimensionnement et coefficient de sécurité) sont établis à des niveaux suffisants. Dans ce contexte, la question posée s’intéresse à la méthode de qualification d’une formule de béton dite « dérivée » et étudiée spécifiquement pour résister, par conception (« by design »), à une combinaison donnée d’environnements agressifs représentatifs, par comparaison avec la durabilité connue par prescription et confirmée par l’expérience, d’une formulation considérée comme une formule de référence. L'optimisation du plan d'expérience s'entend également quant au choix des niveaux d'environnements agressifs car, en plus de réduire le nombre d'essais, il faut en diminuer la durée tout en assurant un niveau de qualité suffisant d'estimation. Dans ce travail, nous étudierons plus particulièrement les essais accélérés (réduction du temps de test en sévérisant les conditions d’essai) en intégrant de plus la démarche bayésienne (réduction du nombre de produits testés par l’intégration de toute la connaissance disponible dans l’inférence statistique).