Modélisation hétérogène du comportement thermomécanique des enrobés bitumineux sous sollicitations cycliques

Discipline

Génie civil

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Simulation hétérogène

Mots-clés

Matériaux bitumineux -- Fatigue,

Matériaux -- Fatigue -- Machines d'essai,

Thermoélasticité

Dans le cadre de cette thèse, le comportement en fatigue des enrobés bitumineux est étudié en utilisant une approche hétérogène thermoviscoélastique. les essais de fatigue, réalisés sur le liant ou bien sur le mélange bitumineux, montrent un comportement non-linéaire de module complexe en fonction du nombre de cycles. l’évolution du module complexe dans le temps peut être décomposée en trois phases principales. Parmi ces trois phases : la phase I se présente par une diminution rapide etréversible du module. La cause de cette diminution n’est toujours pas connue et est souvent expliquée par la présence de phénomènes tels que l’auto-échauffement, la non-linéarité et la thixotropie. Afin d’identifier et de quantifier les phénomènes produisant un tel comportement réversible, une approche numérique est développée dans ce travail. Deux modèles hermoviscoélastiques, dans le domaine fréquentiel et dans leE5 domaine temporel, sont développés afin de décrire la perte de module du matériau liée à l’auto-échauffement lors du chargement de fatigue. Ces modèles sont implantés dans le code de calcul par éléments finis Cast3M et validés sur des résultats d’essais de fatigue. La comparaison entre les résultats obtenus par les deuxmodèles montre une bonne concordance. Cependant, le modèle fréquentiel est préférable pour la rapidité du calcul dans les simulations d’essais avec plusieurs milliers de cycles de chargement. Le modèle fréquentiel a été employé pour simuler les essais de fatigue sur enrobé bitumineux utilisant l’approche hétérogène. En utilisant cette approche, une étude locale au niveau du film mince de la matrice bitumineuse est réalisée. Cette étude confirme que la densité d’énergie dissipée locale est élevée au niveau du film mince. Cependant, cette source de chaleur ne génère pas forcement une température plus élevée dans cet endroit. En comparant les résultats de simulations avec les résultats expérimentaux, il est montré que l’évolution de température est bien calculée. En revanche, seulement un tiers de diminution de module est justifiée par l’auto-échauffement. Ce qui montre la présence d’autres phénomènes réversibles en parallèle de l’auto-échauffement. Dans le but de mieux comprendre ce comportement et d’identifier les phénomènes réversibles et leur part dans la diminution de module lors de la phase I, des essais de fatigue avec des étapes de chargements et de repos sont réalisés sur le bitume. La température de l’échantillon est également mesurée lors de l’essai. Dans un premier temps, le bitume est caractérisé dans le domaine viscoélastique linéaire en utilisant l’essai de module complexe de traction-compression uniaxial à différentes températures et fréquences. Ensuite, la calibration du modèle viscoélastique, dans notre cas, le modèle 2S2P1D est réalisée à partir des résultats expérimentaux de module complexe afin d’alimenter le modèle numérique. Les essais de fatigue sont réalisés à différentes amplitudes de déformation, vitesses et températures. Contrairement à ce qui est largement accepté dans la littérature, les résultats obtenus montrent que l’auto-échauffement peut expliquer avec une bonne précision le comportement réversible des bitumes lors de la première phase de fatigue (en absence d’endommagement). La différence de comportement observée, dans le cas du mélange et dans le cas du bitume, peut avoir plusieurs origines, telles que l’état de sollicitation triaxial dans la matrice bitumineuse et/ou le niveau élevé de déformation locale, qui ne peuvent pas être générés avec un essai uniaxial. Ceci alimente la discussion dans les perspectives pour développer de nouvelles procédures d’essais afin de quantifier ces phénomènes réversibles.