La vie scientifique et technique
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  • cours - matière potentielle : des dernières années


La vie scientifique et technique Le domaine Sciences de l'ingénieur 14 Le pôle Géotechnique 18 Le pôle Ouvrages d'art 22 Le pôle Chaussées 26 Le pôle Exploitation et sécurité routières 29 Le pôle Environnement et génie urbain 31

  • technique du speckle

  • évolution de la force exercée sur les sphères pendant la compression du ménisque

  • recherches correspondantes

  • conseil du pôle

  • développement de modèles de comportement de milieux poreux

  • matériaux de génie civil


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Langue Français
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Exrait

La vie
scientifique
et technique
Le domaine Sciences de l’ingénieur 14
Le pôle Géotechnique 18
Le pôle Ouvrages d’art 22
Le pôle Chaussées 26
Le pôle Exploitation et sécurité routières 29
Le pôle Environnement et génie urbain 31Chapitre 2
La vie scientifique et technique
Les produits et résultats obtenus en
1998 par les recherches des LPC, décrits
dans ce chapitre, concourent à la satisfac-
tion de trois grands objectifs socio-
économiques :
➢ la qualité de service des ouvrages et
infrastructures et leur sécurité en appui des
politiques publiques,
➢ la modernisation des techniques de génie
civil en liaison avec la performance des
ouvrages et le soutien à l’innovation tech-
nologique,
➢ la qualité du cadre de vie et le respect de
l’environnement.
Les recherches correspondantes ont été pro-
grammées et suivies annuellement au sein
de chaque pôle d’activité par des conseils de
pôle qui fournissent également un avis sur
les orientations à prendre. Épaulées par des
commissions techniques, ces conseils
regroupent en formation élargie des repré-
sentants de maîtres d’ouvrage, de maîtres
d’œuvre, de professionnels du BTP, ainsi
que des scientifiques.
En 1998, trois thèmes de recherche ont été
clôturés à l’issue d’un processus d’évalua-
tion et de valorisation des résultats, alors
L’imageur par résonance magnétique.que cinq nouveaux thèmes étaient ouverts.
(Vue de dessus).Le domaine Sciences de l’ingénieur
Les activités de recherche et d'études générales de ce domaine répondent aux
objectifs généraux suivants :
➢ prendre en charge des recherches de base dont les applications sont transver-
sales et intéressent plusieurs domaines d'activité du laboratoire,
➢ mettre au point et développer des outils généraux de recherche,
➢ participer à la veille technologique afin de détecter les nouveaux concepts, les
nouveaux outils ou les nouveaux matériaux dont le développement
en dehors de notre organisme pourrait trouver des applications
à la résolution des problèmes que nous nous posons.
fabriquer des éprouvettes modèles bées d’huile ou d’eau peut être✦ Milieux granulaires
14 sur lesquelles peuvent être réalisés observée et caractérisée quantitati-
des essais mécaniques à la presse vement grâce à une machine desti-
pour comprendre le comportement née à contrôler très précisément lesComportement des milieux
granulaires et simulations statique des enrobés. D’autre part forces et les déplacement des deux
numériques l’interaction entre deux billes enro- billes en interaction.
Les méthodes numériques mises au
point au laboratoire ont permis de
mieux comprendre les origines
microscopiques des comportements
élastiques et élastoplastiques des
assemblages granulaires en étudiant
particulièrement la limite des
grands systèmes en présence des
hétérogénéités de répartition des
efforts caractéristiques de ces maté-
riaux ; elles ont aussi permis de
mieux comprendre les phénomènes
mis en jeu dans les écoulements
granulaires et en particulier de for-
muler des lois qui régissent ces
écoulements. Les modèles qui
simulent l’interaction entre les
grains lors de l’écoulement sont éla-
borés en lien étroit avec des expé-
Aspect des chaînes de force
riences dans lesquelles sont dans un empilement de disques
enregistrés au moyen d’une caméra à l’équilibre sous chargement
numérique les mouvements des isotrope. L’épaisseur du trait est
proportionnelle à l’intensitégrains au cours de leur écoulement
de la force de contact.le long d’une rampe rugueuse.
a. Ménisque de liquide visqueuxInteraction entre grains
situé entre deux sphères.
enrobés d’un liant
b. Évolution de la force exercée
Un dispositif qui permet d’enrober
sur les sphères pendant
automatiquement et de manière la compression du ménisque
contrôlée un grand nombre de billes à vitesse constante.
de verre avec de l’huile a été
construit. Ce dispositif permet deLa vie scientifique et technique
Onde de Rayleigh Onde Onde transmise Onde directement
incidente réfléchie avec retard transmise
Interprétation schématique
de l’interaction d’une onde
de Rayleigh avec
une fissure de surface.
15
Représentation temps-
fréquence de la réponse
accélérométrique
longitudinale d’un bâtiment
à un choc à l’aide
de la transformation en
ondelettes (de Cauchy).
Les trois premières
fréquences propres
ont pu être identifiées.
✦ Projet IRM ✦ Mesures et traitement
de l'information
L’appareil d’imagerie par résonance
chaussées fait l’objet de développe-magnétique est devenu opérationnel Utilisation des ondes
ments, ainsi que l’utilisation desfin 1998. mécaniques de surface
réseaux de Bragg sur les fibrespour la caractérisation Cet appareil dont l’axe est vertical optiques comme capteurs répartisdes fissures dans le béton
va maintenant servir à monter des dans les ouvrages. On a en particu-
expériences destinées à améliorer Une méthode fondée sur l’observa- lier commencé à étudier la liaison
nos connaissances sur l’interaction tion de la perturbation créée par une entre la fibre et le matériau dans
entre l’eau et les matériaux de génie fissure sur la propagation des ondes lequel elle est incluse pour com-
civil. Rayleigh a été mise au point en utili- prendre comment cette liaison
influe sur les signaux observés.sant à la fois la modélisation numé-L’un des intérêts de l’axe vertical est
rique et l’expérimentation. Ellede permettre, par exemple, des expé-
permet de localiser la fissure et de Traitement riences d’écoulements verticaux
déterminer sa profondeur. des signaux mécaniquesstationnaires pour y observer en par-
ticulier des profils de vitesse. La transformation en ondelettes pour
Méthodes optiques le traitement de ce type de signaux
La technique du speckle pour mécaniques a été utilisée avec des
résultats prometteurs.caractériser l’état de surface des
Rapport d’activité 1998 du Laboratoire central des Ponts et ChausséesSimulation du rebond d’un objet anguleux.
16
VGN (m / s)
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
Percussion normale en fonction de la 0
percussion tangentielle pour les rebonds d’un -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6
objet anguleux - résultats expérimentaux. VGT (m / s)
des insuffisances de la notion de plages thermo-hydromécaniques.✦ Science des matériaux
coefficient de restitution lors du Les matériaux principalement visés
choc. sont les bétons et les sols.
Collision de solides rigides
Les domaines d'application concer-
Le très ancien thème de la méca- Comportement nent en particulier la durabilité des
nique des chocs de solides rigides a de milieux poreux structures, le calcul des structures
été repris en développant l'idée que
de stockage de déchets, lesLe laboratoire a développé au coursle système formé par deux solides
désordres engendrés sur les struc-des dernières années une expertiserigides est« déformable » puisque
tures par le gonflement des argilesreconnue dans le développement deleurs positions respectives peuvent
ou des bétons, ou bien encore lachanger. La théorie prévisionnelle modèles de comportement de
milieux poreux saturés ou non, modélisation des joints d'assem-qui a été mise au point permet de
surmonter des difficultés résultant déformables, soumis à des cou- blage.La vie scientifique et technique
Concept de stockage des déchets
radioactifs proposé par l’ANDRA.
La barrière ouvragée est
Argile gonflante
un élément cylindrique en argile(smectite)
gonflante interposé entre le colis
de déchets et le site géologique.
Imbibition Ses propriétés physiques
T lui permettent de diffuser
la chaleur produite par les déchets
radioactifs et de retarder
l’infiltration de l’eau naturelle
vers le colis. Un des problèmes
posés par ce concept est
de prévoir la durée de saturation
complète de la BO et de maîtriser
Colis de déchets l’évolution de ses propriétés
physiques (en particulier
Barrière ouvragée sa perméabilité) induite notamment
par les couplages thermo-hydro-Barrière géologique
mécaniques.
17
Saturation
1
Les modèles développés au SMPI
permettent de calculer l’évolution
des profils de degré de saturation
dans une barrière ouvragée (BO)
0,9
en place dans un site géologique
donné. La puissance thermique
dégagée par le colis est une
fonction décroissante du temps
connue en fonction de la nature
des déchets. Cette puissance
0,8
thermique se traduit en un flux
de chaleur imposé sur la face
interne de la BO. Le calcul prend en
compte les mouvements d’eau
dans le site et l’imbibition de la BOTemps 0
par sa face externe. Le modèle tientTemps 1 an0,7
compte aussi du changementTemps 4 ans
de phase liquide-vapeurTemps 10 ans
et du transport des différentesTemps 20 ans
phases fluides. Il faut ici 40 ans pourTemps 30 ans
saturer complètement la BO.Temps 40 ans
0,6
0,58
0 0,25 0,5 0,75 1
Coupe AB 1,05
Thèses soutenues en 1998
AZANZA ENPC Écoulements granulaires bidimen- 26 janvier 1998
Emmanuel sionnels sur un plan incliné
CHOLET Univ. Chocs de solides rigides 10 mars 1998
Catherine Paris VI
Rapport d’activité 1998 du Laboratoire central des Ponts et ChausséesLe pôle Géotechnique
Le pôle Géotechnique est chargé des recherches, études générales
et expertises concernant les matériaux naturels, la reconnaissance
des sites, les terrassements routiers, le dimensionnement des
ouvrages géotechniques (fondations, soutènements, tunnels,
ouvrages en terre) et les risques naturels (mouvements de terrain,
séismes). Ces travaux concernent pour partie le perfectionnement
des techniques de construction routière (reconnaissance des sites,
terrassements, matériaux naturels, ouvrages en sites complexes,
interactions entre ouvrages), pour partie les travaux en site urbain
(matériaux de construction, techniques de reconnaissance, fonda-
tions, soutènements et tunnels, protection contre les pollutions du
sol) et pour partie les problèmes de risques naturels.
18
✦ Carrières ✦ Géotechnique routière ✦ Géologie et méthodes
de prospectionet granulats
Les études et recherches de ce sec-
teur concernent les travaux de ter-Les laboratoires des Ponts et Les recherches développées dans ce
rassements, les remblais routiers etChaussées (LPC) se préoccupent, secteur traitent de méthodes de
les couches de forme. Ces activitésen liaison avec la profession, du reconnaissance géologique et géo-
s’appuient sur des études de labora-contenu des normes et des physique pour les ouvrages, les
toire, sur des expérimentations en sites et les tracés, de synthèses géo-problèmes que posera leur applica-
vraie grandeur et sur l’analyse detion en France. Nous avons parti- logiques pour le génie civil et l'en-
l’expérience accumulée sur lescipé aux travaux de comparaison vironnement, de risques sismiques
chantiers. et de mouvements de terrain. des anciens essais et des nouveaux
ainsi qu’à un vaste programme En 1998, on peut signaler la pour- En matière de méthodes de recon-
d’essais croisés entre 160 labora- suite de l’expérimentation des plans naissance, on peut noter en 1998 :
toires de dix-sept pays européens, qualité type pour le contrôle exté-
coordonné par le LRPC de Cler- ➢ la poursuite des recherches surrieur des travaux de terrassements,
mont-Ferrand et subventionné par les reconnaissances à l’avancementle test du radar géologique et des
la Direction générale XII à pour les tunnels et sur la détectionmultipôles électrostatiques pour la
Bruxelles. Ces travaux se poursui- des cavités, la comparaison de dif-mesure en continu de l’épaisseur
vent en 1998 et 1999 par des férentes techniques électromagné-des couches sur les plates-formes
actions de diffusion des résultats tiques sur des sites comportant desd’infrastructures de transport, la
dans les pays de l’Union Euro- cavités (karst et galerie minière),préparation de la procédure de qua-
péenne : film, site Internet, traduc- une analyse de la densité optimalelification de la Dynaplaque 2, l’éva-
tions, séminaires. des sondages de reconnaissance desluation du portancemètre sur des
formations superficielles du bassinmatériaux granulaires à faible cohé-En préalable au lancement d’un
parisien ; sion, et l’étalonnage du pénétro-programme de recherche sur la
mètre dynamique Pyvers.caractérisation et le rôle des fines ➢ diverses études sur l’emploi de
dans les matériaux de construction à De nouvelles recherches ont été la télédétection pour l’analyse de la
base de granulats, des essais croisés engagées sur l’action de l’eau dans fracturation d’un massif rocheux,
ont été réalisés sur les techniques de les matériaux de remblai (adjuvants sur l’utilisation rétroactive de la
caractérisation des particules fines : pour faciliter le compactage, tech- photo-interprétation pour le repé-
granulométrie laser, essai au bleu, niques d’humidification), l’utilisa- rage d’accidents géologiques ayant
surface Blaine, indice des vides tion d’ondes de surface pour créé des problèmes sur des chan-
Rigden, etc. Des recommandations l’auscultation des couches de sols tiers, sur l’utilisation combinée de
en ont été tirées pour améliorer la traités et les méthodes de formula- la photo-interprétation et de levés
qualité de ces mesures. tion du traitement des sols. de terrains pour l’étude structuraleLa vie scientifique et technique
d’une vallée des Alpes, sur la ➢ au diagnostic de la vulnérabilité statiques et dynamiques, scisso-
méthodologie de recherche rétros- des sites et des ouvrages ; mètre), qui sont désormais décrits
pective d’indices d’instabilité de dans les manuels qualité des essais.➢ au suivi de l’application des nou-
versants par analyse de photos Un état de l’art sur l’utilisation du
velles règles parasismiques.
aériennes. piézocône a été préparé. Les études
expérimentales en laboratoire seEnfin, les études sur les mouve-
Des synthèses géologiques ont été poursuivent tant sur les sols raidesments de terrain ont comporté en
réalisées sur les cônes d’éboulis de et les sols gonflants (nouveau thème1998 plusieurs opérations :
la vallée de la Maurienne, les for- de recherche) que sur le comporte-
mations rocheuses de la Charente, ➢ poursuite des essais d’utilisation ment des sables liquéfiables, des
les formations permiennes du bas- de radar sol-sol pour les mesures en sols non saturés (nouveaux essais à
sites difficiles ;sin de Brive, les gaizes argileuses succion contrôlée) et des roches
du Crétacé de Touraine et les argiles (phénomènes de loca-lisation dans➢ enregistrement de l’activité
vertes de Romainville. le grès de Fontainebleau). Enfin, lesacoustique du site de Séchilienne ;
études expérimentales sur le com-Un guide méthodologique a été ➢ validation des mesures de dis-
portement des ancrages passifs pourrédigé sur les problèmes de minage tances et d’angles par géodésie
massifs rocheux ont été poursuivies.et de déroctage. Il présente de façon automatique ;
synthétique les techniques de carac- Les études sur les fondations s’ef-
➢ étude rétrospective des risquestérisation des massifs rocheux, les fectuent pour une grande partie 19de glissements de terrains dans latechniques de foration et d’amor- dans le cadre du projet national
région Rhône-Alpes ;çage, le mode d’action des explo- Forever, consacré aux fondations
sifs, la conception des plans de tirs, ➢ poursuite de la mise en place de sur pieux et micro-pieux, auquel le
la blocométrie, l’insertion paysa- la base de données sur les mouve- réseau des LPC, le CERMES
gère des travaux de minage et leur ments de terrain en France (projet (Laboratoire commun avec l'ENPC)
contexte réglementaire. commun avec le BRGM et le ser- et les divisions de géotechnique du
vice de restauration des terrains en LCPC participent activement. LeDans le domaine des études sis-
montagne RTM) et de la base de projet européen Brite-Euram, des-miques, l’année 1998 a vu se pour-
données internationale pour la tiné à tester de nouvelles méthodessuivre des travaux relatifs :
recherche WASS. de dimensionnement des fondations
➢ à la caractérisation des actions à partir d'essais en place (pénétro-
sismiques (mise en place du réseau mètre, pressiomètre, dila-
accélérométrique permanent du sud- tomètre), a été mené à son terme.
✦ Mécanique des sols, est ; étude du comportement non Ont été aussi réalisés en 1998 de
linéaire des sols de plusieurs sites ; des roches et des fondations nombreux essais de chargement en
suivi de l’évolution des normes de vraie grandeur de micropieux et de
Ce domaine regroupe descalcul sismique ; utilisation de la pieux de différentes technologies,
recherches sur la compréhension dutechnique des fonctions de Green des essais de chargement en centri-
comportement des sols, des rochesempiriques pour la prévision des fugeuse (fondations superficielles,
et des ouvrages, ainsi que desmouvements sismiques forts) ; groupes de pieux) et en chambre
recherches et études générales sur d’étalonnage (groupes de micro-➢ au calcul sismique des ouvrages les outils de modélisation et de pieux). Les travaux de préparationen terre et des ouvrages d’art (intro- dimensionnement des ouvrages de l’Eurocode 7 se sont poursuivis.
duction des règles parasismiques géotechniques, les ouvrages au
dans les logiciels de calcul de stabi- rocher et les ouvrages en sol ren-
lité de pentes ; participation aux forcé, les fondations, les remblais,
études commandées par la direction les tunnels et les soutènements.
des routes pour l’analyse du risque
La caractérisation des propriétéssismique sur un itinéraire routier ;
mécaniques des sols et des roches,
➢ à l’utilisation de CÉSAR-LCPC
en place et en laboratoire, reste une
pour le calcul dynamique des struc-
préoccupation permanente pour le
tures (expérience test Camus) et
dimensionnement des ouvrages.
pour l’analyse de la propagation Pour les essais en place, les
d’ondes dans les sols et les roches ;
recherches ont porté sur la défini-
➢ à la modélisation analogique des tion des matériels et conditions d’é-
séismes en centrifugeuse (études talonnage des appareils d’essais en
préliminaires) ; place (pressiomètre, pénétromètres
Rapport d’activité 1998 du Laboratoire central des Ponts et ChausséesCe procédé de fondation novateur (bre-Étude en centrifugeuse
vet Dumez-GTM), adopté par le groupe-du système de fondation
ment d’entreprises GeFyra, qui a étédu pont de Rion-Antirion
chargé de la construction du pont et dont
Dumez-GTM est le pilote, a été validé
Le pont de Rion-Antirion (Grèce) fran-
par des essais sur modèles centrifugés
chit le golfe de Corinthe à 250 km
exécutés au centre de Nantes du LCPC.
à l’ouest d’Athènes. Cet ouvrage est
situé dans un environnement exception- L’argile du site a été utilisée pour ces
nel (profondeur d’eau de 65 m, sols de expériences, où le système de fonda-
fondation médiocres, sismicité élevée) tion a été soumis à différentes lois de
et sera fondé sur quatre caissons cavi- chargement : statique et cyclique, verti-
taires fondés superficiellement. Chaque cal ou non, composante horizontale.
fondation a un diamètre de 30 m. Le sol
est renforcé au préalable par Les expériences ont permis de détermi-
300 inclusions verticales de 2 m de dia- ner le diagramme des chargements
mètre et 25 m de longueur. Ces inclu- admissibles, de connaître la réponse du
sions ne sont pas connectées à la système de fondations aux sollicitations
fondation et une couche de ballast de qu’il devra supporter et de fournir des
20 plusieurs mètres d’épaisseur est inter- données expérimentales pour la valida-
posée entre la tête des inclusions et la tion des modèles théoriques et numé-
face inférieure de la fondation. riques.
Dans le domaine des tunnels, on rideaux de soutènement par analyse 1998. On notera en particulier des
notera en 1998 la fin du thème plu- de données expérimentales sur de études expérimentales sur le com-
riannuel de recherche consacré au grands ouvrages a été poursuivie. portement de l’interface entre le sol
creusement des tunnels en terrain Ces études se déve- et les renforcements, réalisées au
meuble. loppent parallèlement à des ana- CERMES au moyen du matériel
lyses théoriques qui évaluent les ACSA breveté par le LCPC.Ces travaux ont produit un inven-
possibilités des méthodes de calcultaire des techniques de renforce-
Le laboratoire a participé avec dif-ments utilisés en travaux utilisées dans différents pays, et
férents LRPC et avec le Centresouterrains et de l’expérience contribuent ainsi aux réflexions en
d’expérimentation routière deacquise en Ile-de-France pour la cours sur le contenu des normes de
construction de collecteurs, et une Rouen au projet Rafaël, destiné àjustification de ce type d'ouvrage.
base de données de retours d’expé- l’étude de l’efficacité de nappes de
rience de chantiers. géotextiles pour empêcher l’effon-Afin d’accroître la fiabilité des
drement de remblais routiers ou fer-mesures d’efforts effectuées sur lesLes essais sur modèles réduits
roviaires dans des cavités ouvertescentrifugés ont mis en évidence ouvrages de soutènement, des
à leur base. Un travail de synthèsel’effet prépondérant de la densité de recherches sur la mesure des efforts
boulonnage sur le renforcement du sur les bases expérimentales desappliqués par les sols aux structures
front. La modélisation numérique méthodes d’analyse de la stabilitésont menées en parallèle. En 1998,
tridimensionnelle reproduit ces des pentes a été publié.on a notamment produit un état des
constatations expérimentales.
connaissances sur les méthodes de
En matière de méthodes et moyenscalcul des écrans de soutènements
Enfin, les effets des injections sur de calcul des ouvrages de géotech-et des études paramétriques sur le
des échantillons de sols traités en nique, on notera la poursuite descalcul des murs de soutènement.
place et en laboratoire ont fait l’ob-
travaux de développement des dif-jet d’étude exploratoire. Les études sur les ouvrages en terre
férents modules de calcul deet en sol renforcé, qui sont l’objet
CÉSAR-LCPC (MPNL, LIMI,Pour les soutènements, la démarche d’innovations technologiques fré-
d'étude du comportement des quentes, ont été poursuivies en MCNL, CSNL, TCNL).La vie scientifique et technique
Développement du calcul à la pour le calcul de la stabilité
des ouvrages géotechniques rupture dans CESAR-LCPC
(tunnels, fondations, remblais,
pentes). Les calculs peuvent être
Issu de travaux entrepris au service
réalisés en conditions bidimension-de mathématiques du LCPC il y a
nelles ou tridimensionnelles et don-une vingtaine d’années, le module
nent des bornes supérieures desLIMI de CÉSAR-LCPC met en œuvre
charges de rupture proches desune technique régularisée de
conditions réelles de rupture desrecherche de mécanismes de rupture
qui a des applications séduisantes ouvrages.
Maillage déformé
21pour une semelle
carrée (maillage
de 3 m de côté
et 3 m de profondeur ;
ϕ = 0°, c = 15 kPa).
Thèses soutenues en 1998
SÈVE ENPC Stabilité des ouvrages 16 sept. 1998
Gilles géotechniques : données expéri-
mentales et méthodes d’analyse
HEVIN Univ. Utilisation des ondes de surface 29 octobre 1998
Grégoire Joseph pour l’auscultation des structures en
Fournier génie civil : application à la caractéri-
Paris VI sation des fissures de surface
Rapport d’activité 1998 du Laboratoire central des Ponts et Chaussées

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