Sylvain Meille. Étude du comportement mécanique du plâtre pris en relation avec sa microstructure.

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1 Étude du comportement mécanique du plâtre pris en relation avec sa microstructure Sylvain Meille To cite this version: Sylvain Meille. Étude du comportement mécanique du plâtre pris en relation avec sa microstructure. Matériaux. INSA de Lyon, Français. <tel > HAL Id: tel Submitted on 28 Apr 2010 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

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12 CHAPITRE 1 : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE 1-1 Historique 1-2 Le système CaSO 4 H 2 O Cristallographie du cristal de gypse Formation du plâtre pris Liaison intercristalline dans le plâtre pris 1-3 Comportement mécanique du plâtre pris sec Caractérisation initiale Comportement à la rupture du plâtre pris Compléments bibliographiques Conclusion 1-4 Comportement mécanique du plâtre pris en présence d eau Loi de comportement Fluage Analyse de l effet de l eau Influence d une phase liquide sur les propriétés de solides 1-5 Conclusion!! $ % & $!! &

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62 CHAPITRE 2 : MATERIAUX ET TECHNIQUES EXPERIMENTALES 2-1 Matériaux Elaboration Nuance de référence Etude paramétrique 2-2 Techniques expérimentales Préparation des éprouvettes Modules élastiques Contrainte à la rupture et propagation de fissures Frottement intérieur! $ % & ' ( ) ' *( ' +( ) )%

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80 CHAPITRE 3 : RELATION MICROSTRUCTURE - PROPRIETES MECANIQUES DU PLATRE PRIS SEC 3-1 Comportement mécanique macroscopique Nuance de référence Influence de la porosité Influence de la cristallisation à porosité fixée 3-2 Modélisation de la microstructure et des propriétés élastiques Approche analytique Approche numérique 3-3 Conclusion!! $ % & ' ( % ' % % % $ ) $!!! * $! % % +

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118 CHAPITRE 4 : PROPAGATION DE FISSURES DANS LE PLATRE PRIS SEC 4-1 Résistance à la propagation de fissures Courbes de chargement et émission acoustique Courbes K R, influence de a/w Effet de la densité des plâtres Effet de la cristallisation Essai de propagation de fissures en traction compacte 4-2 Mécanismes de propagation de fissures Fissuration secondaire Pontage par des cristaux de gypse Interaction entre les deux mécanismes 4-3 Modèle de propagation de fissures dans le plâtre pris Principe Quantification du pontage, effet de la microstructure 4-4 Conclusion!!! $!!!!!! $ % & '!

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142 CHAPITRE 5 : PROPRIETES MECANIQUES DU PLATRE PRIS EN PRESENCE D EAU 5-1 Frottement intérieur mécanismes dissipatifs Méthode du pendule de torsion Méthode de vibration en flexion Corrélation avec le comportement macroscopique 5-2 Etude du comportement en flexion Résistance et flèche à la rupture Loi de comportement Modélisation 5-3 Conclusion!! $! $ % &! ' $ $ ( ) $ * + $, % - $

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196 ANNEXES

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198 ANNEXE 1 : SEMIHYDRATE SELECTA! β!$ %%& ' ()* ) &!& - /0%& ) 1 %& ' )* ) & %& ' +, ).,, 2-, 2), ρ32224$

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200 ANNEXE 2 : FONCTIONS DE CORRELATION A2-1 Principe! $% %&& % && '! ()*+ %&&' % $ = φ = $ = $ %,!-,. /-.&!$ φ $,$,$$,$$ 0 1 % /) /φ $ = $ + + $ $ 23,30$&&! 0''0,$ ) /φ

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202 A2-2 Application aux matériaux poreux 6 (7*8+! 4$ $ %&'() & ) 0! A2-3 Application au plâtre 69!-7 )! 5 4

203 < * 0!9 :1 *,!0&0 $!'!!;8$ ; * 5 8 * +, -./.+0 ; * (,,!1.23 5

204 ') /$ '!) &46!64 A2-4 Bibliographie (70*8+ =!! 0 &0%>?4 5! /6'(/-(./2(/6.7' 0!0 8 5 /6'(. ;

205 8

206 ANNEXE 3 : METHODE DES ELEMENTS FINIS APPLIQUEE AUX IMAGES DIGITALES A3-1 Images digitales & %!$ %&' = +! + ('%&)%&( *+(,%&( A3-2 Principe de la méthode d éléments finis -!.)) (. ) ' ) )(! / % (' ('ε * *+$ ( =!! ε ε

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212 ANNEXE 4 : MECANIQUE DES CONTACTS APPLIQUEE AUX MATERIAUX GRANULAIRES A4-1 Principe!! A4-2 Etude du contact entre deux sphères $%& %! '( )!*! '( +,! ! 1 2! 34! ν 1 / ν. = /. *1 2 *1 5 $%)

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215 A4-3 Application aux matériaux granulaires AA?$%!+- ; = $ µ /$. -!7!!<!!7B ) C /&. A4-4 Etude des propriétés élastiques d un assemblage de sphères en contact! D +:&?% :+:@% 8,!λ9 :++-+* /, *! E. +! * +/.! '( ! - λ = µ = 6 /B. & π ν ν 6 < + /. & π ν ν <

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218 H?%3, 4,5)5%(+5),$%&4+))+ < 22 +2,CFCGIH A?$%!+65,*)M- < 4+EIE+$ C +JKE+2 IFEGIH $%!.(.)8< 22 B4+ E E+JE+2HEGFC & %!.(. )(%%4.%7.-'! 3 + < ) 7.5% 5) 5%.$%* ) M +A 624@ 4/+ EC +$ +JE+2C*HG*C $