Sujet de thèse IFSTTAR

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Fiche détaillée :

Titre : Suivi de l'intégrité des structures de génie civil et décision basée sur leur condition structurale

Laboratoire principal - Référent principal ISTerre  -  GUILLOT Stéphane      tél. : +33 476635176

Directeur du laboratoire principal GUEGUEN Philippe  -

Spécialité de la thèse Sciences de la terre, (Géophysique) et Sciences Pour l’Ingénieur (Génie Civil) – Risques naturels, Infrastructures, bâtiments, ouvrage d’art

Axe 3 - COP2017 - Aménager et protéger les territoires

Site principal Grenoble

Etablissement d'inscription UNIVERSITE JOSEPH-FOURIER GRENOBLE 1

Ecole doctorale TERRE-UNIVERS-ENVIRONNEMENT

Directeur de thèse prévu GUEGUEN Philippe  -  Université Gustave Eiffel  -  GERS - ISTerre

Type de financement prévu Contrat doctoral  - Université Gustave Eiffel

Résumé

Les Métropoles ont leur propre gouvernance et sont souvent les mieux placées pour agir au niveau local afin de relever et résoudre les défis (environnementaux, sociétaux,…). Aujourd'hui, elles ont un rôle central dans (pour ce qui concerne ce projet) l'atténuation et l'adaptation au changement climatique, la prévention des risques, et le développement de solutions basées sur les données (smart-city) pour définir leur politique en cohérence avec ces défis majeurs. Leur rôle est d'autant plus important si l'on considère la concentration croissante des populations, des richesses et des infrastructures dans les métropoles : entre 2006 et 2022, la part de la population française rurale est passée de 23% à 18%, avec une part du PIB des régions les plus urbaines – Ile-de-France, Auvergne Rhône-Alpes, Sud et Grand-Est - correspondant à plus de 50% du PIB national. Les villes deviennent une priorité pour un avenir plus soutenable. La mise en oeuvre des villes durables et des bâtiments innovants intervient dans ce contexte d’urbanisation généralisée que l’on retrouve au
niveau mondial, européen ou national.
En ville, la relation entre exposition et pertes s'exprime par la vulnérabilité physique, c'est-à-dire une fonction caractérisant la capacité du système urbain et des éléments qui le composent à absorber et/ou dissiper les contraintes : on parle aussi de résilience physique ou de capacité dont la limite est la rupture (e.g., [1][2]). Au cours de leur cycle de vie, les actifs qui constituent la ville (les structures et infrastructures, ...) subissent des actions multi-échelles (en temps et en espace) qui modifient leur condition, ou leur santé structurale, et donc leur vulnérabilité. Ces actions sont associées à leur condition naturelle d’exploitation (e.g., trafic routier pour un ouvrage d’art) ou d’exposition aux variations environnementales (e.g., variation climatique et hydrique). Elles peuvent également correspondre à des événements anthropiques (e.g., exploitation du sous-sol) ou extrêmes (e.g., séismes, explosion). Dans le premier cas, la conséquence est une perte progressive de leur capacité généralement associée à un vieillissement ou une modification de leurs conditions aux limites. Dans le deuxième, les conséquences se traduisent par une perte rapide de leur capacité caractérisée par un comportement non linéaire instantané ou un endommagement résiduel qui engage leur sécurité.
Il existe une longue liste de structures qui se sont progressivement effondrées à travers le monde ces dernières années, causant des pertes économiques et sociales significatives dans différentes conditions de développement. Entre autres, le pont Morandini en Italie en 2018 a fait 43 morts [3], un immeuble de 32 étages à Mumbai (Inde) s'est effondré en 2013, tuant 61 personnes [4], 98 personnes sont mortes dans l'effondrement du condominium de Surfside (Floride) en 2021 [5] et huit décès ont été signalés après l'effondrement de l'immeuble de Marseille (France) en 2018 [6]. En ce qui concerne la France, la multiplication des effondrements remarquables en plus du cas de la rue d'Aubagne à Marseille en 2018 (comme les cas de la rue Parmentier à Montreuil 2011, des rues Planterose et de la Rousselle à Bordeaux en 2021, de la rue Saint Rome à Toulouse en 2024) s'inscrit dans une augmentation générale des arrêtés de périls en France.
L'effondrement est souvent causé par des insuffisances dans la conception du bâtiment, l'entretien, la corrosion et l'altération des matériaux, et l'historique des sollicitations. L'altération de l'état du sol et l'effondrement des structures peuvent également être accélérés en raison de l'évolution des conditions météorologiques (e.g., la sensibilité des argiles au retrait-gonflement en raison du changement climatique, [7]) ou d'événements extrêmes (e.g., un tremblement de terre majeur ou une série de tremblements de terre, [8][9]), comme lors du séisme du Teil en 2019 qui a engendré plus de 750 arrêtés de péril.
Le challenge scientifique est d’être en mesure de proposer des solutions d’évaluation de la sécurité des actifs à l’échelle de la ville. Le projet abordera à la fois (1) l’interprétation des processus physiques observés expérimentalement dans les structures et associés à l’endommagement et s’appuiera pour cela sur l’expérience des directeurs de thèse en matière de suivi temporel court et long termes des structures (e.g., [10][11][12]), et également (2) l’évaluation opérationnelle des actifs en associant les observations expérimentales et leur interprétation en terme de sécurité et de prise de décision. L’interprétation des variations
s’appuiera en particulier sur l‘association des comportements élastiques linéaires (EL), non-linéaires (NLE)
ou d’acoustoélastique dynamique (AED) et la dégradation progressive (vieillissement) ou rapide (dommages) des actifs, en transférant les modèles théoriques (ou de laboratoire) aux structures réelles, approches développées à ISTerre en particulier par les deux directeurs de thèse. La modélisation numérique de la réponse des structures (e.g. [13][14][15]) soutiendra l’interprétation des observables. Ces interprétations et la solidité de l'argumentaire scientifique seront au coeur de la valorisation des résultats vis-à-vis des parties prenantes (ville de Grenoble en particulier).

Mots-clefs: Suivi de la santé des structures, condition, non linéarité, bâtiments, ville, risque, durable

Laboratoire principal - Référent principal	ISTerre - GUILLOT Stéphane tél. : +33 476635176
Directeur du laboratoire principal	GUEGUEN Philippe -
Spécialité de la thèse	Sciences de la terre, (Géophysique) et Sciences Pour l’Ingénieur (Génie Civil) – Risques naturels, Infrastructures, bâtiments, ouvrage d’art
Axe	3 - COP2017 - Aménager et protéger les territoires
Site principal	Grenoble
Etablissement d'inscription	UNIVERSITE JOSEPH-FOURIER GRENOBLE 1
Ecole doctorale	TERRE-UNIVERS-ENVIRONNEMENT
Directeur de thèse prévu	GUEGUEN Philippe - Université Gustave Eiffel - GERS - ISTerre
Type de financement prévu	Contrat doctoral - Université Gustave Eiffel
Résumé Les Métropoles ont leur propre gouvernance et sont souvent les mieux placées pour agir au niveau local afin de relever et résoudre les défis (environnementaux, sociétaux,…). Aujourd'hui, elles ont un rôle central dans (pour ce qui concerne ce projet) l'atténuation et l'adaptation au changement climatique, la prévention des risques, et le développement de solutions basées sur les données (smart-city) pour définir leur politique en cohérence avec ces défis majeurs. Leur rôle est d'autant plus important si l'on considère la concentration croissante des populations, des richesses et des infrastructures dans les métropoles : entre 2006 et 2022, la part de la population française rurale est passée de 23% à 18%, avec une part du PIB des régions les plus urbaines – Ile-de-France, Auvergne Rhône-Alpes, Sud et Grand-Est - correspondant à plus de 50% du PIB national. Les villes deviennent une priorité pour un avenir plus soutenable. La mise en oeuvre des villes durables et des bâtiments innovants intervient dans ce contexte d’urbanisation généralisée que l’on retrouve au niveau mondial, européen ou national. En ville, la relation entre exposition et pertes s'exprime par la vulnérabilité physique, c'est-à-dire une fonction caractérisant la capacité du système urbain et des éléments qui le composent à absorber et/ou dissiper les contraintes : on parle aussi de résilience physique ou de capacité dont la limite est la rupture (e.g., [1][2]). Au cours de leur cycle de vie, les actifs qui constituent la ville (les structures et infrastructures, ...) subissent des actions multi-échelles (en temps et en espace) qui modifient leur condition, ou leur santé structurale, et donc leur vulnérabilité. Ces actions sont associées à leur condition naturelle d’exploitation (e.g., trafic routier pour un ouvrage d’art) ou d’exposition aux variations environnementales (e.g., variation climatique et hydrique). Elles peuvent également correspondre à des événements anthropiques (e.g., exploitation du sous-sol) ou extrêmes (e.g., séismes, explosion). Dans le premier cas, la conséquence est une perte progressive de leur capacité généralement associée à un vieillissement ou une modification de leurs conditions aux limites. Dans le deuxième, les conséquences se traduisent par une perte rapide de leur capacité caractérisée par un comportement non linéaire instantané ou un endommagement résiduel qui engage leur sécurité. Il existe une longue liste de structures qui se sont progressivement effondrées à travers le monde ces dernières années, causant des pertes économiques et sociales significatives dans différentes conditions de développement. Entre autres, le pont Morandini en Italie en 2018 a fait 43 morts [3], un immeuble de 32 étages à Mumbai (Inde) s'est effondré en 2013, tuant 61 personnes [4], 98 personnes sont mortes dans l'effondrement du condominium de Surfside (Floride) en 2021 [5] et huit décès ont été signalés après l'effondrement de l'immeuble de Marseille (France) en 2018 [6]. En ce qui concerne la France, la multiplication des effondrements remarquables en plus du cas de la rue d'Aubagne à Marseille en 2018 (comme les cas de la rue Parmentier à Montreuil 2011, des rues Planterose et de la Rousselle à Bordeaux en 2021, de la rue Saint Rome à Toulouse en 2024) s'inscrit dans une augmentation générale des arrêtés de périls en France. L'effondrement est souvent causé par des insuffisances dans la conception du bâtiment, l'entretien, la corrosion et l'altération des matériaux, et l'historique des sollicitations. L'altération de l'état du sol et l'effondrement des structures peuvent également être accélérés en raison de l'évolution des conditions météorologiques (e.g., la sensibilité des argiles au retrait-gonflement en raison du changement climatique, [7]) ou d'événements extrêmes (e.g., un tremblement de terre majeur ou une série de tremblements de terre, [8][9]), comme lors du séisme du Teil en 2019 qui a engendré plus de 750 arrêtés de péril. Le challenge scientifique est d’être en mesure de proposer des solutions d’évaluation de la sécurité des actifs à l’échelle de la ville. Le projet abordera à la fois (1) l’interprétation des processus physiques observés expérimentalement dans les structures et associés à l’endommagement et s’appuiera pour cela sur l’expérience des directeurs de thèse en matière de suivi temporel court et long termes des structures (e.g., [10][11][12]), et également (2) l’évaluation opérationnelle des actifs en associant les observations expérimentales et leur interprétation en terme de sécurité et de prise de décision. L’interprétation des variations s’appuiera en particulier sur l‘association des comportements élastiques linéaires (EL), non-linéaires (NLE) ou d’acoustoélastique dynamique (AED) et la dégradation progressive (vieillissement) ou rapide (dommages) des actifs, en transférant les modèles théoriques (ou de laboratoire) aux structures réelles, approches développées à ISTerre en particulier par les deux directeurs de thèse. La modélisation numérique de la réponse des structures (e.g. [13][14][15]) soutiendra l’interprétation des observables. Ces interprétations et la solidité de l'argumentaire scientifique seront au coeur de la valorisation des résultats vis-à-vis des parties prenantes (ville de Grenoble en particulier).
Mots-clefs:	Suivi de la santé des structures, condition, non linéarité, bâtiments, ville, risque, durable

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