Contribution à la caractérisation des matériaux au comportement viscoélastique par méthode ultrasonore : application aux matériaux bitumineux

Discipline

Génie civil

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

module complexe, vitesse de phase, facteur d'atténuation

Mots-clés

Ultrasons - Thèses et écrits académiques,

Viscoélasticité - Thèses et écrits académiques,

Bitume - Thèses et écrits académiques

Ce travail de thèse se place dans le cadre de la problématique de la caractérisation des matériaux thermo-viscoélastiques en laboratoire avec une application sur les matériaux bitumineux. Actuellement, la caractérisation mécanique de ces matériaux nécessite des essais coûteux autant en termes de temps, que de matériel et de matériau. L’objectif est de proposer une alternative à ces essais par le biais d’un essai de Contrôle Non Destructif (CND) basé sur la mesure des grandeurs caractéristiques de la propagation des ondes ultrasonores. Les matériaux de l’étude, un bitume et deux enrobés bitumineux ont été développés par l’entreprise EIFFAGE Travaux Publics. Les enrobés bitumineux font l’objet d’une étude visant l’optimisation de la structure granulaire des enrobés bitumineux dans le but d’augmenter leurs performances mécaniques. Une attention particulière est portée aux méthodes de détermination des grandeurs caractéristiques de la propagation d’ondes et à la prise en compte de leur dépendance fréquentielle. Les données expérimentales de référence, issues des essais standards de module complexe (G* et E*), sont représentées et interprétées sur la base de différentes représentations : courbes maitresses, plan de Cole – Cole et espace de Black. Ces représentations sont également extrapolées à l’aide d’un modèle rhéologique à spectre continu, le modèle 2S2P1D. La caractérisation de ces matériaux par la méthode ultrasonore repose sur deux aspects : d’une part la détermination de la vitesse de phase et du facteur d’atténuation des ondes de compression et de cisaillement ; d’autre part la détermination des grandeurs mécaniques (G*, E* et v*) par le biais des équations de propagation en 2D dans un milieu élastique ou viscoélastique isotrope. Les résultats obtenus montrent une bonne adéquation entre les données ultrasonores, les mesures mécaniques et les prédictions du modèle rhéologique. Les représentations complexes par séparation des parties réelles et imaginaire montrent l’apport essentiel de l’hypothèse viscoélastique dans l’exploitation des données ultrasonores et la nécessité de la prise en compte des différents mécanismes dissipatifs conduisant l’atténuation des ondes dans un matériau hétérogène viscoélastique.