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Activités de recherches du Service

La recherche au sein du Service de Génie Civil et Mécanique et des Structures de la Faculté Polytechnique est dédiée à  la conception, le dimensionnement et l’optimisation des structures et ce, pour tous types de matériaux, que ce soient les constructions en béton, en acier, en bois et en maçonnerie. Ses activités de recherche s’étendent à d’autres domaines du génie civil et de la construction, aussi variés que le fire engineering,  la sauvegarde du patrimoine, la semi-rigidité des systèmes,…

Quelle que soit la diversité de ces problèmes, tous sont abordés par l'intermédiaire de méthodes numériques. Parmi celles-ci, la modélisation par éléments finis figure en bonne place (ABAQUS, SCIA). La recherche de l’optimisation, dans le but de toujours proposer une solution performante, nous amène à développer des algorithmes (Matlab, C++) et à les coupler avec les logiciels de modélisation.

La plupart des problèmes étudiés, néanmoins, nécessitent la réalisation de campagnes expérimentales en vue de valider les résultats obtenus par voie numérique. Ces tests sont réalisés au sein même du laboratoire dont dispose notre service.

Les quelques exemples de recherche qui suivent illustrent en une liste non exhaustive la diversité des thèmes abordés au sein du Service de Génie Civil et Mécanique des Structures. Plusieurs de ces thématiques de recherche font en outre l'objet de Thèses de doctorat ou, dans une moindre échelle, de Travaux de Fin d'Etudes.

Sauvegarde du patrimoine

  • Etude de la stabilité de bâtiments anciens en vue de leur restauration

Les bâtiments anciens (comme la cathédrale de Tournai ou l'église Saint-Géry de Boussu) présentent parfois des désordres importants dont il faut clairement identifier la cause avant d'entreprendre une restauration. Par réalisation d'un modèle aux éléments finis, on peut déterminer le lien de cause à effet entre un événement historique (séisme, travaux de restauration, perte de portance du sol) et les dégâts observés au sein d’une structure.
Etude de compatibilité de mortiers de restauration
Un grand nombre de bâtiments historiques et patrimoniaux de nos régions sont construits en brique ou en pierre. Le temps n’épargne pas ces constructions, qui doivent souvent faire l’objet de restaurations. Quand les pierres qui constituent les murs d’un édifice sont endommagées, il s’agit de les restaurer, via un mortier dit de restauration qui se doit d’être compatible avec ces pierres. Cette tâche est rendue difficile par le fait que, à compositions chimiques identiques, les propriétés d’un mortier frais ne sont représentatives du mortier ancien. Au sein de notre service, une thèse de doctorat est dédiée à la prédiction grâce à un modèle numérique (via l’utilisation d’un algorithme génétique, programmé sur Matlab) des propriétés finales des mortiers de chaux sur base de la nature et des proportions de ses constituants (sable, liant, eau,…). Ainsi, il est possible de déterminer a priori les caractéristiques d’un mortier et dès lors, d’en optimiser la composition pour le rendre le plus compatible possible avec les pierres à restaurer.

Wood and Timber Engineering

  • Comportement semi-rigide des assemblages dans les structures en bois

Par nature, les structures en bois sont dites hyperstatiques, c’est-à-dire que plusieurs poutres en bois sont redondantes pour faire transiter l’effort de son point d’application jusqu’aux appuis de la structure. Dans de telles ossatures, la raideur des assemblages est essentielle, et détermine le comportement même de ces charpentes.  La question des assemblages (et de leur raideur) est un point critique du dimensionnement de constructions en bois, et doit donc faire l’objet d’une attention et d’une recherche toute particulière. Au sein du service, nous étudions différentes configurations d’assemblages, leurs avantages et inconvénients respectifs, dans le but de les améliorer, ou de proposer des alternatives innovantes.

  • Conception et dimensionnement d’assemblages collés

Parmi ces innovations prometteuses se trouvent les assemblages collés. A la fois raides et résistants, ils constituent une alternative intéressante aux assemblages mécaniques et traditionnels. Concevoir et dimensionner de tels assemblages apporte son lot d’enjeux à relever, tels que la compatibilité de la colle aux matériaux, la mise en œuvre de ses produits,… qui représentent un axe de recherche actif de notre service.

  • Caractérisation mécanique de charpentes historiques par essais non-destructifs

Le bois, produit naturel, présente par essence une grande variabilité dans ses propriétés mécaniques. Lors d’interventions (restaurations, réparations, réhabilitations,….) sur d’anciennes charpentes en bois, il est de première importance d’évaluer la résistance de celles-ci, ce qui passe par la caractérisation des propriétés mécaniques des éléments qui la constituent (poutres, colonnes, arbalétriers,…). De plus, puisque ces structures en bois sont hyperstatiques, la caractérisation en raideur de leurs assemblages est un point important de ce processus de réparation. Le Service de Génie Civil et Mécanique des Structures développe une nouvelle méthode permettant la mesure des raideurs sur site, basée sur l’analyse vibratoire.

  • Développement de nouveaux systèmes bois innovants

Bien que la construction en bois présente beaucoup de qualités (faible poids, rapidité de mise en œuvre, haut degré de préfabrication,…), elle apporte son lot de difficultés, qu’il faut surmonter. Par exemple, d’un point de vue structurel, le bois est particulièrement sensible aux déformations de flexion et aux vibrations. De ce fait, pour compenser ces défauts, les planchers en bois sont souvent épais, ce qui induit des prix importants et non-concurrentiels par rapport aux autres matériaux de construction.
Une solution plus élégante à ces enjeux structurels et économiques, utilisant des panneaux de CLT (cross laminated timber) est actuellement étudiée au Service de Génie Civil et Mécanique des Structures.

Fire Engineering

Parmi les causes de destruction d'un bâtiment, l'incendie occupe une place majeure. De nombreux modèles numériques sont développés afin de prédire si une structure est résistante au feu. Ces modèles permettent de prédire les événements liés à la naissance de l'incendie et de sa propagation; de la combustion à l’évacuation des personnes en passant par l’effondrement des structures.
Ces vingt dernières années ont vu un grand progrès se réaliser autour de la détermination de la résistance d’un bâtiment soumis à l’incendie, tandis que les aspects liés à la sécurité des occupants sont encore insuffisantes. En effet, il est toujours difficile aujourd’hui de tenir compte du caractère vulnérable de certains occupants (comme, par exemple, les personnes à mobilité réduite « PMR »). Cette limitation des modèles existants est inacceptable pour les cas des hôpitaux, des hôpitaux psychiatriques ou des maisons de repos puisque ces personnes sont présentes en grand nombre et en même temps. C’est pourquoi, l’adaptation des modèles d’évacuation actuels pour tenir compte des personnes PMR est activement étudiée au sein du service.