Thèse Déformations Différées en Cisaillement dans le Bois d'Oeuvre Sous Sollicitations Hydriques H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : École nationale des ponts et chaussées École doctorale : Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris Laboratoire de recherche : NAVIER Direction de la thèse : Arthur LEBÉE ORCID 0000000232025558 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-04-27T23:59:59 Cette thèse propose de contribuer à un enjeu majeur de l'ingénierie bois : la maîtrise des déformations différées (fluage) en cisaillement, déterminantes pour le dimensionnement des structures. Les règles actuelles de l'Eurocode 5 utilisent un coefficient forfaitaire, sans distinguer les sollicitations, alors que les travaux scientifiques montrent de fortes différences selon les modes de chargement.
L'essor du bois lamellé croisé (CLT) rend ces questions critiques. Les travaux pionniers de Charlotte Allemand au Laboratoire Navier ont révélé un fluage en cisaillement nettement plus élevé que les valeurs normatives, mais certaines conditions expérimentales (charge élevée, humidité très stable) limitent encore la portée des résultats.
Objectifs scientifiques
Le doctorat vise à produire des connaissances directement utiles à l'ingénierie :
- Identifier la limite de viscoélasticité linéaire en cisaillement via des essais de fluage longue durée sous plusieurs niveaux de charge
- Proposer une estimation révisée du coefficient kdef pour le cisaillement roulant
- Établir, si les données le permettent, une loi de fluage temporelle pour mieux prédire l'évolution des flèches pendant la vie des ouvrages
- Évaluer l'effet des variations de teneur en eau, notamment dans un contexte de stress hydrique lié au changement climatique
Des campagnes expérimentales sur au moins six mois compareront différents niveaux de charge et des éprouvettes soumises ou non à des variations d'humidité.
Impact et valorisation
Les résultats contribueront à :
- Mieux maîtriser les risques structurels, en apportant des données aujourd'hui manquantes sur le fluage en cisaillement à des échelles pertinentes pour la construction
- Optimiser l'usage de la ressource bois, en affinant les règles de calcul pour éviter le surdimensionnement
- Alimenter les instances de normalisation et les pratiques des bureaux d'études
Environnement de recherche
La thèse se déroulera au Laboratoire Navier, au sein de l'équipe Matériaux et Structures Architecturés, située à l'École nationale des ponts et chaussées.
Le doctorant sera inscrit à l'Institut Polytechnique de Paris, offrant un cadre scientifique de haut niveau.
Profil recherché
- Solide formation en mécanique des structures et des matériaux
- Intérêt pour l'expérimentation et la mécanique du bois
- Goût pour la recherche appliquée aux enjeux environnementaux et constructifs
Débouchés
- Recherche et développement en matériaux et structures de la construction
- Bureaux d'études spécialisés en conception de structures bois
Dans de nombreuses situations de conception, le dimensionnement des structures bois est fixé par les critères de flèche. En effet, bien que peu dense, le bois reste un matériau souple en comparaison des chargements qu'il doit supporter. En particulier dans l'Eurocode 5, la flèche différée est forfaitairement majorée d'un coefficient kdef de 60% en classe de service 1 quel que soit le type de sollicitation : sections courantes et assemblages.
Pourtant, de nombreuses études montrent clairement que la flèche différée, causée par le fluage, dépend de manière significative du type de sollicitation. Dans le cas d'un élément sollicité en compression pure, il semblerait que les déformations différées soient inférieures à celles préconisées par l'Eurocode. Inversement, pour des sollicitations en cisaillement, il a été montré par des essais académiques que l'amplitude et la vitesse du fluage peut être significativement plus élevées. Toutefois, ces essais concernaient de petits échantillons, sur de courtes durées, non pertinentes à l'échelle de la construction bois.
Jusque récemment, les sollicitations en cisaillement du bois d'oeuvre n'ont pratiquement pas été étudiées car elles sont assez peu activées dans la charpente traditionnelle et le bois lamellé collé. Ce n'est que depuis l'émergence du marché du bois lamellé croisé (CLT) qu'une attention particulière a dû être portée à ces propriétés mécaniques. Dans le cadre de la thèse de Charlotte Allemand (2018-2021) des essais de fluage en cisaillement roulant et en cisaillement longitudinal ont été menés pour la toute première fois à l'échelle d'une couche de CLT ou d'une lame de glulam et sur une durée de six mois (Allemand et al. 2021; Allemand 2023). Ces essais ont montré que les déformations différées sont significativement plus élevées pour ce type de contraintes que dans la direction longitudinale : une extrapolation à 50 ans au moyen d'une loi puissance a mené à une estimation de kdef = 290% pour le cisaillement roulant (G90°) et de kdef ~100% pour le cisaillement longitudinal (G0°).
Toutefois, ce travail présente deux limitations importantes :
- Les mesures ont été effectuées à un seul niveau de charge relativement élevé (40% de la résistance moyenne) en comparaison des situations usuelles de dimensionnement. Bien que la littérature scientifique ne permette actuellement pas d'établir le seuil où la visco-élasticité n'est plus linéaire pour les sollicitations en cisaillement, ce seuil est estimé à 30% dans la direction longitudinale. Cela laisse présumer qu'on a pu surestimer les déformations différées.
- Le contrôle de la teneur en eau était parfaitement maitrisé à 10.5%±0.05% ce qui est en deçà de la classe de service 1 et peut avoir entrainé une sous-estimation des déformations différées.
Par ailleurs, l'évolution du climat peut mener à une augmentation des risques d'inondation ou de forte chaleur associées à des épisodes très secs. L'impact de ces stress hydriques sur des éléments porteurs d'un bâtiment est mal évalué car il sort du cadre des classes de service qui fixent l'exposition à l'humidité en moyenne annuelle. A la lumière des résultats de la thèse de Mme Allemand, une augmentation de la teneur en eau peut engendrer une baisse significative des modules de raideur élastique en cisaillement ainsi que des déformations différées bien plus prononcées dans des éléments porteurs soumis à un important dégât des eaux.
L'objectif général du doctorat est de quantifier plus finement les déformations différées en cisaillement dans une couche de CLT ou une lame de Glulam et aussi d'évaluer pour la première fois l'effet d'une variation de la teneur en eau sur ces déformations à l'échelle de l'ingénieur. Plus précisément nous souhaitons :
- Déterminer expérimentalement la limite de visco-élasticité pour des contraintes de cisaillement en conduisant un essai de fluage sous plusieurs niveaux de chargements pour une durée supérieure à 6 mois.
- Proposer une nouvelle estimation du kdef pour les déformations en cisaillement roulant en tenant compte de la limite de visco-élasticité linéaire.
- Si les données expérimentales le permettent, proposer une fonction fluage donnant les déformations différées en fonction du temps pour un chargement constant. Ces données permettraient de mieux maitriser les flèches différées en fonction des différentes phases de construction.
- Evaluer comparativement l'effet d'une augmentation de la teneur en eau sur les déformations différées en comparant des éprouvettes jumelles (prise dans le même échantillon) sous le même chargement avec ou sans stress hydrique.
Trois niveaux de charge avec ou sans variation de teneur en eau seront testés sur une durée d'au moins 6 mois pour établir la limite de viscoélasticité et l'effet d'un stress hydrique.

- Solide formation en mécanique des structures et des matériaux
- Intérêt pour l'expérimentation et la mécanique du bois
- Goût pour la recherche appliquée aux enjeux environnementaux et constructifs