* Rue Maurice AUDIN, 69120 VAULX-EN-VELIN
2 Rue Alfred Fouillée, 75013 PARIS
LE C O N T E N U DE LA R E C H ER C H E U N IV E R S IT A IR E *
Issu pour la plus grande partie des structures de formation, le génie civil universitaire concerne l'ensemble des questions posées au niveau des bâtiments, des travaux publics et de l'aménagement technique.
Les personnels sont répartis en équipe de 3 â 8 personnes (moyenne 4.1 ) permanentes autour desquelles travaillent des chercheurs en cours de formation qui préparent des Diplômes d'Etudes Approfondies et des Doctorats. Ces derniers sont, en nombre, de l'ordre de 420.
activités liées au sol. depuis l'étude des matériaux, jusqu'au comportement des ouvrages en terre et l'interaction sol-structure. De ce fait, ce secteur concerne tous les tableaux du schéma directeur du M l.R. Il comprend 19 laboratoires sur 33 ayant répondu à l'enquête!
Les axes de recherches sont les suivants :
Lois de comportement des sols et des roches (Etude expérimentale - formulation théorique).
A l'exception d'un seul, tous les laboratoires ont une activité dans ce domaine. Pour certaines équipes, ce thème constitue l'objectif principal (formulation de lois rhéologiques les plus complètes possibles, étude théorique du comportement des milieux granulaires).
Pour d'autres équipes, ces recherches viennent en appui de l’objectif principal (comporte ment dynamique en vue des problèmes sismiques, comportement des surfaces de discontinuité en vue des problèmes de rupture de talus; comportement sous charges cycliques en vue de l'étude du comportement des chaussées: aspect thermodynamique des lois de comportement des milieux polyphasiques
Reconnaissance géotechnique et études régionales
D a ns ce thème apparaissent deux grandes orientations de recherche:
— Etudes régionales dont l'objectif est la synthèse des propriétés géotechniques des sols types d'une région. Ces travaux mettent en évidence l'insertion régionale des laboratoires universi taires.
— Etude des essais de reconnaissance des sols en place (diagraphies, géophysique, pénétro- mètre, pressiomètre). Il s ’agit soit de travaux portant sur l'amélioration et le développement des techniques d'essais, soit de recherches portant sur l'obtention des caractéristiques des sols (caractérisation statistique, corrélation, approche probabiliste).
— Reconnaissance des massifs rocheux afin de déterminer l’état de fissuration. L'exploitation des mesures physiques de pompage par la théorie du signal permet de tirer toute l'information des essais.
* Extrait de l'enquête effectuée par l'Association Universitaire en Génie Civil in Actes du colloque national Génie Civil et Recherche, op. cit., II, pp.15-23
Comportement de* ouvrages
C e s recherches ont pour but de mieux appréhender, dans toute sa complexité, le fonctionne ment d'ouvrages mettant en jeu le sol.
Des expérimentations sur modèles réduits bi ou tridimensionnels ainsi que des expérimenta tions en vraie grandeur permettent d'analyser le comportement de tels ouvrages, mettre en évidence les possibilités et limites des méthodes de dimensionnement traditionnelles et propo ser éventuellement de nouveaux schémas de calcul.
A titre d'exemple, on peut citer les recherches en cours sur les fondations superficielles, les murs* de soutènement cellulaires (modèles réduits ou en semi-grandeur) les plissements de pentes naturelles (expérimentation en vraie grandeur et les soutènements type palplanches ou parois moulées (essais sur modèles et en vraie grandeur).
Amélioration, renforcement et drainage des sols
Les laboratoires prennent en compte le fort développement sur les chantiers de l'utilisation des techniques diverses de stabilisation et renforcement des sols.
Les travaux portent sur : — la stabilisation des sols argileux
— le renforcement des sols par géotextiles ou armatures — le drainage des sols par géotextiles.
Modélisation numérique
Traditionnellement en mécanique dés sols, chaque type d'ouvrage fait l'objet d'une méthode de calcul particulière. L'amélioration de la connaissance du comportement des sols ainsi que le développement des possibilités du calcul numérique sur ordinateur favorisent l'élaboration de programmes de calculs plus généraux permettant la prise en compte de diverses facettes du comportement du sol (lois non linéaires, influence de l'histoire des contraintes, comportement so u s sollicitation dynamique, interaction sol structure...).
Si quelques équipes (3) ont centré leur activité sur le développement de tels programmes, la plupart des autres équipes ont une activité dans ce domaine, travaillant sur des programmes m oins généraux centrés sur leur thème de recherche.
Quelques caractéristiques de la recherche universitaire en géotechnique
a) Les axes de recherche retenus par les équipes universitaires sont largement diversifiés. Ils ne se limitent pas à l'étude théorique du comportement du sol; ils sont largement ouverts sur les problèmes posés par l'acte de construire: méthodes de calcul, reconnaissance, procédés technologiques, auscultation, ...).
b) Certaines équipes - du fait de leur ancienneté, de leur taille ou d'opportunités régionales • ont déjè fait la preuve de leur aptitude à mener des recherches débordant largement le cadre du laboratoire ou du centre de calcul (expérimentation et auscultation in situ, technologie de la reconnaissance géotechnique, ...).
Matériaux
Les recherches dans le domaine des matériaux s'appuient dans la plupart des laboratoires sur une expérimentation importante.
Les résultats expérimentaux sont selon les équipes utilisés pour : — analyser les phénomènes
— concevoir des modèles "théoriques"
— rechercher des méthodes pour améliorer les propriétés.
Les études portent sur des matériaux traditionnels (béton, acier, bois...) ou des matériaux “nouveaux".
D a n s ce dernier cas. on privilégie:
— l'aspect "économique" (béton de terre, réutilisation des déchets...)
— l'aspect "amélioration de la durabilité" (réparation des ouvrages par injection ou matériaux collés)
— l'aspect "performances améliorées" (composites)
Les principaux axes de recherche peuvent être regroupés en huit thèmes :
— Les bétons : aspect physico-chimique et technologie de la mise en œuvre. Cette recherche concerne les liants et ciments spéciaux, les bétons de soufre et insiste sur l'explication physico chimique de l'auréole de transition. Il émerge également quelques travaux sur les déchets et la réutilisation des sous-produits, et le vieillissement.
— Le comportement mécanique des bétons est étudié à travers tous les aspects : endommage ment. fissuration, propriétés mécaniques locales de l'auréole de transition, comportement sous chargement cyclique avec effet de gradient, liaison acier-béton, contrôle non destructif et rhéologie du béton frais
— Les bétons légers sont étudiés en fonction de leurs résistances mécaniques et de leurs caractéristiques thermiques.
— Les métaux font l'objet d'études de comportement : platicité. endommagement, mécanique de la rupture et relation structure/propriétés mécaniques.
— Plusieurs études concernent le bois, essentiellement sous ses aspects caractérisation méca nique à la rupture et viscosité.
— Les composites et les matériaux nouveaux font l'objet d'études dans le but de valider leur utilisation en fonction porteuse : comportement, modélisation, vieillissement, actions dynami ques et mesures non destructives.
— L'utilisation de la terre est étudiée dans la réalisation de ciments d'argile, de latérite à travers la rhéologie de la mise en œuvre.
— Enfin l'étude des matériaux collés offre des solutions à la réparation des ouvrages
Structures et construction
Le domaine des structures et des constructions regroupe les laboratoires, qui au-delà des matériaux, étudient le fonctionnement des assemblages structuraux par des moyens théori ques. numériques et expérimentaux. Il s'agit essentiellement des ouvrages hors sol et 15 laboratoires sont concernés.
L'expérimentation est liée aux gros équipements disponibles dans quelques établissements et s'intéresse aux phénomènes suivants :
— E ssais dynamiques de pièces en acier, béton ou mixtes. — E ssais à la rupture des pièces en B.A. et B.P.
— Essais de structures composites
— E ssais de fissuration des poutres et dalles en B.A. — Essais de flambage
— Essais d'assemblage.
Les essais traduisent une incertitude scientifique sur la réponse des ouvrages dans le cas des sollicitations dynamiques, du comportement extrême à la rupture et des structures composites constituées de matériaux encore peu éprouvés. Les recherches visent également la qualifica tion de nouveaux procédés, par exemple nouvelles formes d'association acier-béton. Les résultats sont à la base de la conception et de la validation des codes de calcul. La modélisation numérique du comportement des ouvrages fait l'objet de développements importants. Les acquis des algorithmes et aes solutions numériques approchées rendent actuellement les calculs possibles dans la plupart des cas linéaires. Il reste un certain nombre de-points qui font l'objet d'approfondissement.
D a ns le domaine linéaire :
— Calcul des structures composites par des méthodes d'éléments finis mieux adaptées que le
modèle classique des déplacements.
D a n s le domaine non linéaire :
— Dynam ique non linéaire, en relation avec l'endommagement des matériaux
— Flambage des coques en fonction des imperfections — Comportement à haute température (incendie). — Modélisation du béton armé (élément fini B.A.). — Plasticité en grandes déformations.
— Comportement des assemblages tubulaires — Couplage dynamique sol/structure/eau. — Etats limites élastoplastiques.
Les modèles de calcul sont fondés essentiellement sur la méthode des éléments finis dont “ preoccupe de la cri,ique el sur ,es méthodes des équations intégrales et des L'ambition des chercheurs est de développer des algorithmes qui permettent d'intégrer les lois de comportement reelles issues de l'expérimentation et de la modélisation des matériaux En ce sens, la modélisation numérique doit être capable de s'adapter à toutes les propositions et ne concerne pas un matériau particulier. Cependant, ce sont effectivement les structures en acier, béton arme ou précontraint qui font l'objet des travaux finalisés. siruc,ures en
Les progrès de la modélisation ont rendu nécessaire une meilleure prise en comote des conditions reelles des liaisons entre les éléments et plusieurs aspects sont étudiés P
— comportement réel des assemblages d'éléments métalliques — interaction sol/structure
— interaction sol/chaussée — interaction acier/béton
A la suite de la connaissance des lois de comportement des milieux "continus", l'objectif est d'obtenir un même niveau de finesse dans la connaissance de la rhéologie des interfaces, à la fois par des étalonnages expérimentaux et des modèles numériques.
La critique est devenue de plus en plus vive devant une augmentation de la complexité et de la qualité des modèles de calcul qui apparaissent certainement alors que le matériau et la réalisa tion sont moins bien cernés. Deux solutions s'offrent alors, la première vise à améliorer la connaissance des matériaux et nous avons vu tout l'effort qui porte sur les lois de comporte ment. et celle de la réalisation. Une autre voie consiste à intégrer toutes nos incertitudes dans le modèle et c'est de là que sont issues les recherches sur la sécurité des constructions.
Le concept de sécurité est abordé sous plusieurs aspects, toujours en relation avec des spécialistes de probabilités et statistiques.
— un aspect probabiliste et processus stochastiques
— un aspect simulation, en général par la méthode de Monte-Carlo
— un aspect acquisition de données statistiques sur la qualité de la réalisation.
C e s travaux visent à définir mieux les probabilités conventionnelles de ruine et sont poursui vis en liaison avec les méthodes de modélisation du comportement mécanique, en application aux poutres en béton et aux pièces minces élancées dont les défauts favorisent le flambement La conception des structures, en vue de l'optimisation est une voie de recherches qui nécessite la prise en compte des topologies structurales et l'organisation des éléments. Elle est dévelop pée par plusieurs équipes et les résultats obtenus montrent la nécessité de dépasser l'optimisa tion des éléments pour considérer le tout.
Toutes ces recherches sont relatives à l'étude et à la conception des structures. Il reste un aspect construction qui intègre à la fois l'élaboration de l'ouvrage et son fonctionnement.
La mise en œuvre technique échappe au champ d'action de la recherche universitaire, trop éloignée des constructeurs, par contre celle-ci développe des travaux dans le domaine de l'ordonancement que nous retrouvons dans le secteur de la conception et de l'aménagement.
Citons enfin l'existence de résultats acquis sur le fonctionnement et la qualité des ouvrages et sur les méthodes de démolition
En conclusion, le thème structure et construction regroupe des éléments des tableaux "actions", fonctionnement des ouvrages et "conception" et "vérification du dimensionnement et codes de calcul"
Il s'agit plus de la mise en œuvre de moyens d'études et de la qualification de systèmes de construction par association de matériaux que de préoccupations proches d'ouvrages particu liers.
Conception et aménagement
Trois équipes se reconnaissent dans ce thème qui est essentiellement lié au tableau "fonctionnement des ouvrages et conception".
Elles appuient leur recherche sur l'utilisation de l'ordinateur à des fins différentes de celles de la modélisation numérique et placent leur action au niveau de l'avant-projet ou de la réalisation
Au niveau de l'avant-proiet. il s'agit de créer les langages de conception assistée par ordina teur qui permettent d'intégrer tous les éléments de la préparation d'un projet de construction, puis d'étre capable d'effectuer les choix nécessaires après une information complète Les recherches ont porté à la fois sur la construction de l'outil et sur les méthodes de simulation numérique. Les applications concernent la méthodologie de conception en bâtiment, en amé nagement. en urbanisme et la conception, les voiries et réseaux divers en liaison avec les risques naturels. Des systèmes informatisés sont développés pour l'aide à l'organisation de chantier, à la gestion et à la production.
La conception de logiciels formalise le savoir-faire de l'ingénieur au sein de systèmes experts qui sont capables d'intégrer plus de paramétrés que ne saurait en envisager l'esprit humain et
d'employer pleinement les algorithmes puissants.
Cette notion de système expert est particuliérement prometteuse dans les domaines où un grand nombre de données doivent être traitées : reconnaissance géotechnique, ossatures B A par exemple