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International audience; This work is concerned with the experimental validation of a constitutive model developed at the “Commissariat à l'Energie Atomique” to simulate radioactive bituminized waste leaching. In this aim, two types of experimental studies have been performed. First, the porosity created by water in leached bituminized waste samples has been observed thanks to an Environmental scanning electron microscope (ESEM) and quantified by standard image analysis techniques. Second, the diffusion coefficient of water in leached bituminized waste samples, a key parameter with respect to leaching kinetics, has been measured experimentally. The correlation between model-based results and experimental data on porosity profiles and water diffusion coefficients confirms to a certain extent the validity of the proposed mathematical description.; Ce travail a eu pour objectif de tester expérimentalement la robustesse du modèle développé au Commissariat à l'énergie atomique pour simuler l'altération par l'eau des déchets nucléaires bitumés. Dans cette optique, deux types d'expériences ont été entreprises. Dans un premier temps, la structure poreuse d'enrobés bitumes altérés par l'eau a été observée à l'aide d'un microscope électronique à balayage environnemental (MEB environnemental) et quantifiée par une méthode d'analyse d'images. Dans un second temps, le coefficient de diffusion de l'eau dans des enrobés bitumes lixiviés, paramètre clé de l'altération, a été mesuré expérimentalement. La bonne concordance entre la modélisation et les données expérimentales concernant la structure interne des enrobés altérés a permis de conforter la description mathématique des phénomènes proposée.Abstract

Ce travail porte sur la modélisation du comportement du béton en dynamique rapide et son application au calcul des structures et ouvrages en béton, béton armé et béton de fibres. Il présente, d'une part, le développement d'une loi de comportement adaptée au matériau béton en dynamique, et, d'autre part, le développement des algorithmes nécessaires à sa mise en oeuvre dans un code de calculs par élément finis. Enfin, une partie importante de ce travail concerne l'application de ce modèle à un problème industriel concret : l'étude prédictive de la réponse de conteneurs en béton de fibres, utilisés pour le stockage des déchets radioactifs, suite à l'impact résultant d'une chute libre de 5 mètres. La modélisation des différents aspects du comportement du béton en dynamique est effectué au niveau macroscopique en s'appuyant sur les résultats expérimentaux permettant d'identifier les paramètres importants dans le comportement du matériau à haute vitesse. Principalement, l'importance de l'eau dans les pores du béton sur ses propriétés mécaniques en dynamique conduit à introduire, dans une modélisation élasto-plastique du béton, une variable supplémentaire, prenant en compte ce paramètre au niveau macroscopique. Le développement de ce modèle couplé amène à définir une loi de comportement visco-élastoplastique dans laquelle un concept nouveau, l'écrouissage visqueux, qui traduit l'évolution du seuil de plasticité avec la variable de déformation viso-élastique, est introduit pour modéliser au niveau macroscopique l'augmentation de résistance du béton avec la vitesse de chargement. This work is concerned with the modelling of concrete behaviour in high rate dynamics and its application to the finite element calculation of concrete, reinforced concrete and fiber-reinforced concrete structures. It consists, on the one hand, in the developement of a suitable constitutive law for concrete in dynamics and, on the other hand, in the development of algorithms for its integration in a finite element code. Finally, a major part of this work is dedicated to the treatment of an industrial application : the estimation of the response of fiber-reinforced concrete containers for radioactive waste when subjected to a 5 meter high drop test. Modelling of the main aspects of concrete behaviour in high rate dynamics (characterized by the increase of strength and elastic modulus with the loading rate) is treated at the macroscopic level and is based on experimental results that clearly identify the important parameters in the behaviour of concrete at high loading rates. Mainly, the importance of the presence of water in the pores of concrete on its mechanical properties in dynamics, leads to the introduction of an additional variable in an elasto-plastic model for concrete, in order to account for this parameter at the macroscopic level. The development of this coupled model leads to a visco-elasto-plastic constitutive law in which a new concept, viscous harding, which expresses the evolution of the plastic yield limit with a visco-elatic variable, is introduced to account at the macroscopic level for the strength enhancement observed in dynamics for concrete.