Développement et implémentation d’un protocole automatique de conduite d’essais hybrides de résistance au feu

Abstract

Les essais de résistance au feu conventionnels des éléments de constructionadoptent des conditions aux limites mécaniques conçues pour être conservatives, ce quidans certains cas conduit à des résultats pouvant être exagérément défavorables pour l’élémenttesté. Pour pallier ce problème, la solution serait d’effectuer des essais sur des structuresentières mais la grande difficulté de mise en oeuvre associée à leurs coûts prohibitifs lesrendent extrêmement rares. Dans ce contexte, l’approche dite de «sous-structuration», ou«essais hybrides», apparaît comme une solution pertinente. L’idée est de définir ces conditionslimites appliquées à un élément de structure par la résolution en temps réel d’un modèlenumérique modélisant le comportement de l’ouvrage environnant. Ainsi seule une partiede l’ouvrage global est testée expérimentalement (sous-structure physique) tandis que lecomportement global du reste de l’ouvrage est appréhendé numériquement (sous-structurenumérique). Développée dès le début des années 1970 et depuis couramment utilisée dansle contexte des essais de résistance aux séismes des structures, cette technique n’a pas puêtre directement appliquée aux essais de résistance au feu. Les essais hybrides de résistanceau feu en sont toujours aujourd’hui au stade de la recherche et il n’existe aucune méthode réputéefiable et efficace pour les réaliser. Ces travaux de thèse ont pour objectif de permettrel’utilisation effective de cette technique au sein du laboratoire d’essai de résistance au feudu CERIB. Pour atteindre ce but, un cadre théorique général est formalisé, qui permet ledéveloppement d’une procédure d’essai applicable à tout type de structure et prenant encompte les contraintes expérimentales inhérentes à un laboratoire d’essai au feu. En effet,les techniques utilisées jusqu’alors nécessitaient une très grande précision dans la mesuredes déplacements, qui n’est plus nécessaire grâce à la nouvelle procédure proposée. Elleprésente l’autre avantage de ne plus nécessiter l’estimation de la raideur de l’élément testé.L’estimation de ces paramètres difficiles à acquérir et sujets à de fortes variations au cours del’essai n’est donc pas requise. Cette procédure est par la suite validée numériquement, grâceau développement d’une plateforme de simulation d’essai hybride. La pertinence de la techniqueproposée est ainsi démontrée à travers la simulation de deux cas test représentatifs.La mise en pratique de cette procédure nécessite son implémentation au sein du dispositifexpérimental. Elle est réalisée grâce au développement d’un programme de conduite d’essaihybride, à même de s’interfacer avec les dispositifs existants du laboratoire. Cette implémentationainsi que les développements théoriques sont alors mis à l’épreuve avec la réalisationde tests simples à température ambiante. Enfin, pour valider ces développements, un essaihybride à 3 degrés de liberté et à pleine échelle est conçu et mis en oeuvre. L’élément réellementtesté est une poutre en béton armé et la structure environnante est modélisée en tempsréel par le logiciel de calcul aux éléments finis SAFIR. Lors de cet essai, les performances dela procédure se sont avérées satisfaisantes et ont permis de mieux reproduire le comportementmécanique global de la poutre prise dans l’ensemble de sa structure environnante encomparaison avec un essai conventionnel. Ces résultats démontrent le réel potentiel et intérêtde la réalisation d’essais de résistance au feu hybrides, pouvant accompagner l’évolutionde l’ingénierie incendie des prochaines années.