La fissuration est une des principales pathologies des chaussées. Elle peut être aggravée par l'effet du gel/dégel et par le vieillissement du bitume durant la vie de la chaussée.

Bien qu'ils aient fait l'objet de nombreuses études, les mécanismes d'initiation et de propagation des fissures dans les chaussées demeurent mal compris. Ceci est lié aux modes de rupture et de sollicitations possibles ainsi qu'au caractère viscoélastique des enrobés. à la différence des travaux existant sur la fissuration des mélanges bitumineux, nos travaux prennent en compte la viscoélasticité et la mixité des modes de rupture. Ils s'inscrivent aussi dans une démarche de modélisation multi-échelle, fondée sur le cadre Arlequin.

L'objectif de ce travail est d'appréhender l'impact des aléas climatiques sur le comportement à la rupture des mélanges bitumineux en combinant les essais expérimentaux et les modélisations et simulations numériques.

L'étude expérimentale vise d'une part à évaluer en laboratoire, l'impact du vieillissement thermique sur les propriétés rhéologiques des matériaux et d'autre part à réaliser des essais de rupture sur éprouvette semi-circulaire. Les essais de module complexe (E*) en flexion deux points sur éprouvettes prismatiques ont été réalisés à différentes températures (de -15 à 50°C) et fréquences (de 3 à 40 Hz) sur des éprouvettes confectionnées après différents temps de vieillissement thermique (de 0 à 9 jours). Pour chaque durée de vieillissement thermique, des essais de propagation en flexion trois points sur éprouvettes semi-circulaires (SCB) ont été réalisés, sous deux vitesses de sollicitations (1 et 5 mm/min). Les résultats obtenus montrent une augmentation du module avec le temps de vieillissement et une baisse des déformations à la rupture. Cependant, aucune variation significative de la force à la rupture n'a été observée.

La seconde partie porte sur la modélisation et la simulation numérique de la fissuration. Une approche incrémentale basée sur l'algorithme exponentiel de Z. P. Bažant et V. Šmilauer a été utilisée pour prédire le comportement du matériau. Cette discrétisation repose sur le modèle de Maxwell généralisé dont les paramètres sont obtenus à partir des résultats expérimentaux de (E*). Une validation de la loi de comportement implémentée a été réalisée en comparant les résultats numériques et les solutions analytiques d'un problème de relaxation et de fluage. Ensuite, un critère de propagation de fissure en viscoélasticité issu des travaux de S. T. Nguyen a été adapté au modèle de Maxwell généralisé. Ce critère porte sur le taux de restitution d'énergie qui dépend du champ de déformations visqueuses, entraînant une forte sensibilité de la propagation à la vitesse de chargement. En outre, l'existence d'une dissipation ‘'d'origine visqueuse'' conduit à des conditions plus contraignantes pour la propagation de fissure. Les simulations numériques de propagation de fissures sous deux vitesses de chargement (1 et 5 mm/min) et à quatre temps de vieillissement (de 0 à 9 jours) ont montré une diminution de la force maximale avec la vitesse de sollicitation et une bonne corrélation entre ces valeurs numériques et expérimentales. Visant le raffinement de nos modèles, tout en restant dans des temps de simulations numériques raisonnables, nous donnerons des formulations multi-modèles évolutives, articulées dans le cadre de modélisations multi-échelles Arlequin.