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Optimisation et fabrication numérique des structures en béton (Document en Anglais)

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Modalités de diffusion de la thèse :

Thèse consultable sur internet, en texte intégral.

Informations sur les contributeurs

Auteur : Maitenaz Se?bastien

Maitenaz, Se?bastien

Nom

Maitenaz

Prénom

Se?bastien

Nationalité

Français

Date de soutenance : 05-07-2022

Directeur(s) de thèse : Caron Jean-François

Caron, Jean-François

Nom

Caron

Prénom

Jean-François

- Feraille Adélaïde

Feraille, Adélaïde

Nom

Feraille

Prénom

Adélaïde

Etablissement de soutenance : Marne-la-vallée, ENPC

Marne-la-vallée, ENPC

Nom

Marne-la-vallée, ENPC

Laboratoire : Laboratoire Navier / NAVIER UMR 8205

Laboratoire Navier / navier umr 8205

Nom

Laboratoire Navier / navier umr 8205

Ecole doctorale : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)

École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)

Nom

École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)

Informations générales

Discipline : Structures et Matériaux
Classification : Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres : Acv, Fabrication numérique, Impression 3D, Béton armé, Automatisation, Optimisation
Mots-clés :

Poutres en béton armé - Propriétés mécaniques
Poutres à treillis - Construction
Environnement -- Études d'impact

Résumé : Depuis l'essor de la construction en béton armé moderne, à la fin du XIXème siècle, les méthodes de production n'ont que très peu évolué. Cette thèse explore les possibilités offertes par la récente démocratisation des technologies de fabrication numérique. Ces dernières doivent permettre de proposer de nouveaux standards de construction en béton armé à même de mieux répondre aux enjeux, environnementaux d'une part, mais également de réduction de la pénibilité du travail sur chantier et de productivité d'autre part.Nous commençons par proposer un modèle de poutres en béton armé optimisées conforme à l'Eurocode 2. Basé sur la méthode d'optimisation des bielles de béton (strut optimisation method en anglais), il permet de concevoir des poutres de type treillis. La méthode d'optimisation des bielles est ensuite appliquée pour concevoir des poutres de bâtiment et étudier les économies de béton, et la distribution du béton au sein de ces poutres. Nous conduisons ensuite une analyse du comportement à la rupture et en raideur de sept prototypes de trois mètres de portée, conçus avec la méthode d'optimisation des bielles. Les résultats d'essais de flexion quatre points, instrumentés par un système de motion capture, montrent l'adéquation entre le comportement à la rupture des poutres optimisées et le modèle théorique. Enfin, nous développons un procédé de fabrication permettant de gérer la complexité géométrique de tels éléments, grâce à l'intégration complète de la chaîne de valeur — de la conception à la fabrication — dans un processus numérique d'une part, et à la fabrication additive de coffrages sur mesure d'autre part. Nous illustrons la constructibilité des poutres optimisées au travers de la présentation de plusieurs prototypes économisant 30% de béton. Nous démontrons la nécessité d'automatiser également la fabrication des cages d'armatures, et introduisons des formes d'armatures permettant de mieux appréhender leur assemblage.La suite de la thèse se concentre sur la comparaison, du point de vue des impacts environnementaux, du procédé de fabrication développé — pensé dans un contexte de préfabrication en usine — avec une technique conventionnelle de préfabrication forraine. La formulation du béton étant un paramètre critique des modèles environnementaux de chacun des systèmes de production, il convient de sélectionner des formulations adaptées en termes de propriétés aux états frais et durcis, et minimisant les impacts liés à la production. Une méthode couramment utilisée pour réduire ces impacts consiste à remplacer une partie du ciment Portland par certains coproduits industriels. Cela nous amène à livrer une revue critique des méthodes d'allocation d'impacts entre coproduits, suite à quoi nous proposons une méthode multicritère pour la sélection de formulations de béton. Enfin, nous menons la comparaison des deux procédés. Nous montrons d’une part l’importance de la part des impacts liés à la production de l’acier. D’autre part, nous démontrons le rôle différenciant joué par les étapes de production et de transport dans le cadre de la préfabrication.

Informations techniques

Type de contenu : Text
Format : PDF

Informations complémentaires

Entrepôt d'origine :

STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises

Identifiant : 2022ENPC0021
Type de ressource : Thèse