L'objectif de ce travail de thèse a été d'étudier le comportement des murs porteurs en briques alvéolées, montées avec des joints minces en mortier colle, en cas d'incendie. Vu le peu d'études réalisées sur le sujet et vu les disparités (voire parfois les incohérences) entre les résultats disponibles dans la littérature, nous avons proposé une stratégie complète englobant une partie expérimentale (à l'échelle du mur et des tessons) et une partie modélisations/simulations, dont le but est de reproduire numériquement, au mieux, les observations et les mesures expérimentales d'un essai feu.
A l'échelle du mur, plusieurs essais feu ont été menés, conformément aux normes fran-çaises et européennes, avec diérents produits. Il nous est apparu clair que la géométrie des briques in uence signi cativement le comportement au feu du mur et qu'une re-cherche d'une géométrie optimale vis à vis de l'incendie est envisageable. Ce point correspond à l'objectif à long terme initié par ce travail de thèse.
L'observation expérimentale et l'instrumentation des murs par des thermocouples et des capteurs de déplacements nous ont permis d'établir un scénario des mécanismes amenant à la ruine du mur. En particulier, cette dernière survient après une dégrada-tion progressive du mur par écaillage des briques.
L'analyse des courbes d'évolution des températures mesurées a relevé le rôle important joué par le doublage et par l'eau liée dans la terre cuite pour retarder la montée de la température dans les briques et repousser ainsi le début de l'écaillage.
A l'échelle des tessons, la tomographie X révèle un matériau hétérogène présentant des porosités et des micro- ssures, causées au séchage et à la cuisson. Cette hétérogénéité propre est à l'origine des dispersions des résultats des essais de caractérisation, réalisés à température ambiante et à hautes températures. Jusqu'à 850◦C, la terre cuite se déforme de façon élastique linéaire. Pour des températures plus élevées, son compor-tement est non linéaire. Par ailleurs, son module de Young diminue considérablement avec l'augmentation de la température.
En se basant sur les informations acquises par la partie expérimentale, nous avons pro-posé une modélisation thermo-mécanique du comportement du mur en briques dans les conditions d'un essai feu.Cette modélisation s'appuie sur un certain nombre d'hy-pothèses simpli catrices. En particulier, le matériau est supposé homogène et isotrope, son comportement est supposé élastique linéaire et une modélisation thermo-mécanique quasi-statique faiblement couplée a été retenue.
Le problème thermique pur est d'abord abordé. Une formulation variationnelle du pro-blème continue est dérivée puis discrétisée, en espace avec la méthode des éléments nis et en temps avec la méthode des diérences nies. Le traitement des termes de rayonnement, fortement non linéaires, est également précisé.
Le modèle est utilisé pour simuler le transfert thermique dans une brique alvéolée seule. Le rôle de la convection et du rayonnement dans les alvéolées sont particulièrement
156 Conclusions et perspectives diés. Si le premier phénomène s'avère être négligeable, le deuxième contrôle le transfert thermique dans la brique, et ce de manière non uniforme à cause, notamment, aux fac-teurs de forme, des coe cients directement liés à la géométrie des cavités. Nous avons donc identi é les paramètres géométriques comme des leviers pour piloter l'élévation de la température dans la brique et pour réduire les localisations du gradient thermique. Pour tenir compte du phénomène d'évaporation de l'eau liée dans la terre cuite, nous avons adopté une courbe d'évolution de la capacité calori que, dont les paramètres numériques ont été calibrés aux mesures enregistrées par les thermocouples.
Le problème thermo-mécanique, avec chargement thermique donnée, a ensuite été exa-miné. La formulation variationnelle du problème de thermo-élasticité a été rappelée puis discrétisée avec la méthode des éléments nis.
Les simulations numériques réalisées sur des briques seules ont permis de relever des concentrations de contraintes localisées au niveau des croisements des cloisons avec les premières parois des briques. Ces contraintes peuvent conduire à un mécanisme de dé-tachement progressive des parois et déclencher l'écaillage des briques, observé pendant l'essai expérimental.
Nous avons établi une corrélation entre ces concentrations de contraintes et les locali-sations du gradient thermique dans les zones en L des premières parois. a travers une étude paramétrique, nous avons montré qu'en augmentant l'épaisseur de ces parois, on réduit le risque d'écaillage. De même, nous avons proposé l'introduction de congés aux niveaux des angles rentrants des alvéoles.
Les simulations numériques menés sur un mur entier, sain, ont permis de retrouver le bombement du mur vers le feu au début de l'essai et des valeurs de èches comparables à ceux enregistrés par les capteurs de déplacements, installés lors de l'essai feu.
La distribution des champs de contraintes calculés dans le mur présente des valeurs maximales localisées dans les rangées centrales du mur, la même zone où le phénomène d'écaillage est amorcé durant l'essai feu.
Les calculs menés sur un mur écaillé permettent de retrouver l'inversion de la direction du cintrage du mur, après le début de l'écaillage.
Nous avons, par ailleurs, étudié le rôle joué par le chargement mécanique imposé sur la face du haut du mur sur le mécanisme de sa ruine. Il en est sorti que cet eort peut être négligé tant que mur reste "sain", mais, une fois l'écaillage commencé, ce chargement favorise et accélère la rupture nale du mur.
Ainsi, notre démarche de modélisation, même si utilisant des hypothèses simpli ca-trices, a su apporter des éléments de réponse sur la tenue au feu des murs en briques alvéolées.
Néanmoins, les coûts numériques de cette modélisation tridimensionnelle est élevée, surtout si on veut s'inscrire dans une démarche d'aide à la conception. Pour réduire les coûts, nous avons proposé dans le dernier chapitre du manuscrit une méthodologie de calcul usant du cadre Arlequin. Le modèle construit couple des modèles de plaque, là où l'utilisation de ces modèles est pertinente, avec des modèles 3D ailleurs. Par ce biais, le nombre de degrés de liberté total est considérablement diminué, tout en gardant la nesse nécessaire au niveau des zones de concentrations des contraintes mécaniques. Cette approche a montré son e cacité pour le calcul de structures formées de briques alvéolées.
La démarche de modélisation et de simulation, appuyées sur l'expérimentation, dé-ployée dans le cadre de cette thèse et les résultats qui en ressortent sont encourageants
157 et prometteurs. Pour aller plus loin, des points restent à explorer. Listons quelques uns :
Pour les diérentes interfaces dans un mur en briques, une étude expérimentale complète s'impose pour a ner la compréhension des phénomènes d'interfaces, et par suite leurs représentations dans la chaîne numérique, améliorant ainsi les résultats obtenus par simulations.
Intégrer une modélisation des doublages, avec prise en compte des transmissions thermiques et mécaniques au niveau des plots de colle, forme une autre pers-pective importante pour la modélisation et la simulation du système mural réel, qui est exposé au feu.
Étudier plus nement les comportements de la terre cuite, à haute température et les intégrer pour améliorer la modélisation du système mural, soumis au feu. Mieux comprendre les modes d'écaillage (notamment à hautes températures). Il s'agit là d'un mécanisme important et précurseur à la ruine du mur dont la maî-trise permet d'a ner la modélisation locale, y compris les degrés de couplages physiques.
Après avoir amélioré la modélisation (points précédents), une démarche globale de na-ture "optimisation topologique", notamment si l'on arrive à réduire de manière encore plus importante des coûts de simulation, à paramètres données, peut être très inté-ressante. Ce dernier aspect est en lien avec un point évoqué à la n de la conclusion du chapitre 6 de ce document. Rappelons qu'il concerne l'utilisation de techniques de réductions multi-modèles, avec par exemple l'utilisation de la technique de réduction PGD (Proper Generalized Decomposition) dans le cadre multi-modèle Arlequin. Dans ce cadre, nous avons cité un travail réalisé au Laboratoire MSSMat, sur un problème thermique [BSRD]. Une extension de ce travail à des problèmes thermo-mécaniques complexes, avec changement de phases, etc., pour la modélisation et la simulation du procédé de Fabrication Additive est en cours au MSSMat, dans le cadre de la thèse de R.Ruyssen [BRD] (dirigée par H. Ben Dhia). Les résultats qui sortiront de ces travaux pourront être avantageusement adaptés à la problématique traitée ici.
Une dernière voie d'amélioration consiste à représenter la moitié arrière des briques par un modèle homogénéisé, en observant que cette partie ne voit que des faibles variations de température. Cette façon de procéder rejoindrait l'esprit général qui est derrière les travaux menés dans cette thèse : essayer d'utiliser le "juste bon" modèle dans chaque zone des système muraux, sous chargement thermo-mécanique et coupler ces diérents modèles dans un cadre multi-modèle approprié (ici Arlequin) pour aider e cacement la conception de ces systèmes.