« Etude numérique de la fissuration
d'un milieu viscoélastique :
Analyse de l'essai de rupture sur bitume »

Ce travail de thèse est consacré à l'étude des phénomènes d'initiation et de propagation d'une fissure dans un matériau bitumineux. A l’aide d’un essai innovant développé au Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, on reproduit les conditions d’initiation et de propagation d’une fissure confinée dans un film de bitume.

Dans la première partie de ce travail de thèse, on aborde l’approche utilisée pour identifier les propriétés rhéologiques à l’aide du modèle de Maxwell généralisé. La détermination des séries de Prony passe par les méthodes d’optimisation linéaire et non-linéaire pour représenter précisément le module complexe du liant bitumineux dans le domaine fréquentiel. Ce comportement viscoélastique identifié est ensuite validé par l'essai de fluage sur un barreau de flexion trois points dans le domaine temporel.

Dans la deuxième partie, on aborde la modélisation numérique de l’essai de rupture locale en tenant compte à la fois de la viscoélasticité du matériau et de la cinématique d’ouverture de la fissure. Globalement, on montre que la simulation numérique reproduit bien les différentes phases de l’essai. La simulation numérique de la phase d’étirement du film de bitume permet de déterminer le coefficient de Poisson du matériau. On présente également l’analyse locale des champs de contrainte et de déplacement au voisinage de la pointe de fissure pour évaluer le facteur d’intensité de contrainte et le facteur d’ouverture de la fissure. L’exploitation des résultats obtenus permet de préciser la dépendance du facteur d’intensité de contrainte vis à vis de la vitesse de chargement.

Mots-clés : liant bitumieux, viscoélasticité, mécanique de rupture, propagation de fissure, facteur d'intensité de contrainte.