Conception et caractérisation d’un composite cimentaire d’auto-détection

Design and characterization of a self-sensing cement-based composite La possibilité d'utiliser les propriétés électriques du béton pour en faire un capteur intelligent capable de détecter de façon autonome des modifications de propriétés mécaniques ou physiques est un sujet très actuel. Cependant jusqu'à ce jour la tendance est d'introduire dans la matrice cimentaire des additions qui vont augmenter la conductivité du béton. La plupart des recherches décrites dans la littérature utilisent des fibres conductrices, à base par exemple de carbone et d'acier, et elles ont démontré une amélioration significative de la conductivité du béton, qui a également amélioré la capacité d'auto-détection. Bien qu'une étude sur l'auto-détection du béton renforcé de fibres métalliques amorphes ait été réalisée au début de cette recherche, l'objectif principal de ce travail est d'étudier les propriétés d'auto-détection du béton sans addition. Cela a été effectué en suivant les modifications de sa résistance électrique en utilisant un pont de Wheatstone. L'avantage d'utiliser ce type de circuit pour mesurer la résistance est lié à sa capacité à détecter et à suivre des changements de résistance électrique du béton, même s'ils sont très faibles. Dans cette thèse, la variation de la chute de tension au pont de Wheatstone a été suivie sous une sollicitation monotone et cyclique. L'influence de la tension électrique, de la fréquence du courant d'alimentation du pont de Wheatstone, du taux et de la vitesse de chargement sur la sensibilité du capteur à différents niveaux de contrainte a été analysée. Il a été constaté que la variation du taux de chute de tension change significativement en fonction de la contrainte appliquée. Il a également été observé que la tension et la fréquence du courant d'alimentation affecte la sensibilité du système, mais que l'effet de la vitesse de chargement ou le taux de contrainte ne semble pas significatif. La comparaison de la sensibilité du capteur en utilisant deux configuration d'électrodes, soit fixées la surface du béton soit noyées dans le béton est également réalisée. La thèse teste également l'efficacité du pont de Wheatstone pour surveiller l'endommagement du béton sans addition. Des essais de traction par flexion sur des poutres entaillées avec contrôle de la propagation de la fissure ont été réalisés. Les résultats ont montré que la réponse du capteur est sensible à la propagation de la dite fissure et surtout à son ouverture. En outre les résultats obtenus sur trois éprouvettes ont démontré la reproductibilité de la réponse du capteur. L'effet de la position des électrodes par rapport à la localisation de l'endommagement sur la sensibilité du capteur a également été évalué. Les résultats ont été confrontés à des mesures de hauteur de fissure obtenues par vidéo-corrélation. La sensibilité du dispositif vis-à-vis de la température et du degré de saturation est décrite dans la dernière partie de cette thèse. Les résultats ont révélé que le capteur est également sensible à ces deux paramètres.