• Langue : Anglais
• Discipline : Génie civil
• Identifiant : 2025ULILN046
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 08/12/2025

Résumé en langue originale

Cette thèse examine l'influence de la forme et de la rugosité de surface des inclusions sur la fissuration induite par le retrait au séchage dans les composites cimentaires, en intégrant des expériences à l'échelle mésoscopique à une modélisation péridynamique avancée. Un modèle péridynamique tridimensionnel hydro-mécanique entièrement couplé, basé sur Bond, est d'abord développé pour simuler la fissuration due au retrait au séchage. Le modèle est validé, puis appliqué pour évaluer systématiquement les effets de la géométrie des agrégats (sphériques, plats et allongés) sur l'évolution des fissures. Les résultats démontrent qu'une sphéricité plus élevée atténue la fissuration, tandis que l'allongement et la planéité favorisent la formation de réseaux de fissures anisotropes.Afin de saisir le décollement interfacial, une nouvelle formulation péridynamique à interface imparfaite basée sur l'état ordinaire est introduite. Ce modèle intègre des paramètres indépendants de rigidité normale et tangentielle et d'énergie de rupture, permettant la représentation des discontinuités de déplacement et de la rupture en mode mixte. Il reproduit avec succès la déviation, la pénétration et l'arrêt des fissures dans les zones de transition interfaciales faibles (ITZ). Des expériences complémentaires de microtomographie à rayons X sur des échantillons contenant des inclusions de verre rugueuses et lisses soulignent le rôle décisif de la rugosité de surface. Des analyses numériques paramétriques révèlent en outre que l'énergie de rupture présente des effets de seuil, tandis que la rigidité régit la propagation des fissures lorsque la ténacité est suffisamment élevée. Les simulations numériques reproduisent les observations expérimentales, validant ainsi la robustesse du cadre péridynamique proposé pour capturer la fracture contrôlée par les ITZ.Dans l'ensemble, les résultats établissent que la géométrie des agrégats et la rugosité de surface sont des facteurs méso-échelle critiques qui régissent la fissuration due au retrait de séchage. En reliant les connaissances expérimentales à des formulations péridynamiques innovantes, cette thèse fait progresser la compréhension mécanistique des processus de fracture induits par les ITZ et fournit des stratégies de modélisation prédictive pour guider la conception de bétons plus durables et plus résistants.

Résumé traduit

This thesis is devoted to investigating the influence of inclusion shape and surface roughness on drying shrinkage-induced cracking in cementitious composites, integrating mesoscale experiments with advanced peridynamic modeling. A fully coupled three-dimensional hydro-mechanical bond-based peridynamic model is first developed to simulate shrinkage-induced fracture. The model is validated and subsequently applied to systematically assess the effects of aggregate geometry—spherical, flat, and elongated—on crack evolution. The results demonstrate that increased sphericity alleviates cracking, whereas elongation and flatness promote the development of anisotropic crack networks.To capture interfacial debonding, a novel ordinary state-based peridynamic imperfect-interface formulation is introduced. This model incorporates independent normal and tangential stiffness and fracture energy parameters, enabling the representation of displacement discontinuities and mixed-mode fracture. It successfully reproduces crack deflection, penetration, and arrest at weak interfacial transition zones (ITZs). Complementary X-ray microtomography experiments on specimens containing rough and smooth glass inclusions underscore the decisive role of surface roughness. Parametric numerical analyses further reveal that fracture energy exhibits threshold effects, while stiffness governs crack propagation once toughness is sufficiently high. Numerical simulations replicate the experimental observations, validating the robustness of the proposed Peridynamic framework for capturing ITZ-controlled fracture.Overall, the findings establish that aggregate geometry and surface roughness are critical mesoscale factors governing drying shrinkage cracking. By bridging experimental insights with innovative peridynamic formulations, this thesis advances the mechanistic understanding of ITZ-driven fracture processes and provides predictive modeling strategies to guide the design of more durable and sustainable concretes.