THESE DE THOMAS du 05/02/2025 à 10H à l'amphi GASTON BERGER intitulée Comportement des pieux sous séisme : Développement d’un élément fini biphasique.

Comportement des pieux sous séisme : Développement d’un élément fini biphasique L’interaction entre le sol et la structure est déterminante pour le comportement sismique des ouvrages fondés sur pieux. Elle implique à la fois le comportement du sol, de la fondation et de la superstructure. L’échelle du problème est donc significative. Prendre en compte les non-linéarités lors du dimensionnement nécessite des modèles détaillés. Une approche de modélisation directe peut s’avérer coûteuse en temps de calcul ainsi qu’en mémoire. Bien que des méthodes simplifiées existent, certaines hypothèses peuvent être limitantes lorsqu’il s’agit de prendre en compte simultanément : les non-linéarités matérielles se développant dans le sol et dans la fondation, l’effet d’interaction de groupe de pieux, et des stratigraphies hétérogènes.L’objectif de ce travail est de condenser les non-linéarités du sol et du pieu tout en conservant une description de ces non-linéarités dans la hauteur du pieu. La non-linéarité du sol est condensée à l’interface entre le sol et le pieu, matérialisée par l’axe central de ce dernier, tandis que la non-linéarité du pieu est modélisée par une approche multi-fibres.L’outil développé prend la forme d’un nouvel élément fini innovant utilisant une approche dite « biphasique ». Cette dernière permet de décrire une interaction continue entre la phase "sol" et la phase "pieu". Les non-linéarités étant condensées au sein de l’élément fini biphasique, le comportement du sol dans un groupe de pieux peut être intégré au moyen des matrices d’impédances générées préalablement par sous-structuration. Ceci permet une économie du nombre de degrés de libertés du système.Deux lois d’interaction sol-pieux ont été développées : l’une basée sur une formulation élasto-plastique et l’autre sur une formulation hypo-plastique. Divers éléments finis biphasiques, avec différentes fonctions de forme et degrés d’interpolation sont premièrement développé et validés sous MATLAB puis implémentés dans le Code_Aster. Les éléments sont validés en statique puis en dynamique par comparaison à des résultats issus de la littérature.Cette recherche est menée dans le cadre d’un contrat CIFRE avec la société Stabilis.Mots clés: Fondation, Pieux, Interactions sol-structure, chargement sismique, Elément biphasique    Seismic behaviour of piles : Development of a two-phase element The interaction between the soil and the structure is crucial for the seismic behavior of structures founded on piles. It involves the behavior of the soil, the foundation, and the superstructure. Thus, the scale of the problem is relatively large. Accounting for non-linearities during the design process requires detailed models. However, a direct modeling approach can be computationally expensive in terms of time and memory. Although simplified methods exist, some assumptions may be restrictive when it comes to simultaneously accounting for material non-linearities in both the soil and the foundation, pile group interaction effects, and heterogeneous stratigraphy.The aim of this work is to condense the non-linearities of the soil and pile while retaining a description of these non-linearities along the pile's height. The soil non-linearity is condensed at the soil-pile interface, represented by the pile’s central axis, while the pile non-linearity is modeled using a multi-fiber approach.The developed tool is designed as a new finite element that uses a “two-phase” approach. This approach allows for a continuous interaction between the "soil" phase and the "pile" phase. By condensing the non-linearities within the two-phase element, the behavior of the soil in a pile group can be incorporated through impedance matrices generated beforehand by substructuring method. This allows for a reduction in the system's degrees of freedom.Two soil-pile interaction laws have been developed: one based on an elasto-plastic formulation and the other on a hypo-plastic formulation. Various two-phase finite elements, with different shape functions and interpolation degrees, are first developed and validated in MATLAB and then implemented in Code_Aster. The elements are validated first in static, then in dynamic conditions by comparison with results available in the literature.This research is conducted as part of a CIFRE contract with the company Stabilis.Keywords: Foundation, Piles, Soil-structure interaction, seismic loading, Two-phase element.