Les applications antérieures dans le domaine du génie civil

Au cours du dernier siècle, au moins 1.000.000 séismes frappent dans le monde, à plus au moins forte magnitude (PORMART, 2012). Quelques-uns d’entre eux ont causé des dommages importants dans le secteur urbanisable. Pour plusieurs pays africains, le risque sismique constitue une menace sérieuse à la vie humaine et à la propriété causant parfois des perturbations économiques majeures (BOUNOUAR, 2005).

L’Algérie fait partie des pays vulnérables face aux tremblements de terre dans la zone ouest de la méditerranée. Historiquement, cette zone a une riche histoire patrimoniale et des anciennes structures. Mais paradoxalement, une riche histoire de la sismicité et de nombreux séismes dévastateurs.

Le séisme reste un phénomène naturel, qui provoque à la surface terrestre des secousses plus au moins violentes et brutales. Donc nous ne pouvons ni empêcher son action ni le prévoir, malgré les recherches et les études effectués par plusieurs chercheurs de différentes spécialités. Dans ce cas les ingénieurs ont pensé de trouver des techniques telles que les voiles et les amortisseurs antisismiques, qui permettent à la structure de résister à toutes les secousses d’intensités inferieures ou égale à l’intensité nominale fixée réglementairement pour chaque zone de sismicité. Dans le but d’assurer la sécurité de la population civile et préserver le patrimoine, en prenant en compte les aspects de conservation patrimoine.

La stratégie d’entretien et de réhabilitation des structures devrait proposer des nouvelles techniques de contreventements afin de diminuer le risque sismique, et par conséquent participer à leur conservation. Dans ce cadre, notre projet offre une méthode innovatrice basée sur l’introduction des Alliages à Mémoire de Forme sous forme d’amortisseurs fils.

Les applications antérieures dans le domaine du génie civil

Les propriétés spéciales que possède les AMF leurs donne une importance pratique dans plusieurs domaines. Quelques applications dans le domaine du Génie Civil sont rappelées dans cette section.

LAFORTUNE, a effectué un essai à échelle réduite sur table vibrante pour comparer l’efficacité des contreventements d’AMF et d’acier installés dans un cadre d’acier. Les résultats obtenus ont démontré que les AMF sont plus efficaces pour contrôler la réponse sismique du portique (LAFORTUNE, Décembre 2006).

CASCIATI, FARAVELLI et HAMDAOUI, ont montré après un essai sur l’isolateur de base que le montage du système coulissant avec des barres en AMF offre trois fonctions supplémentaires à la structure :
◆ Fournir une rigidité contre une excitation de faible intensité ;
◆ Mettre en contraste de très grands déplacements ;
◆ Dissiper de l’énergie pendant le mouvement (CASCIATI, et al., 2007).

CASCIATI et HAMDAOUI, ont effectué un test sur table vibrante sur un modèle réduit d’un mur en maçonnerie. La réponse dynamique de ce prototype a été mesurée avant et après avoir renforcer le mur par des fils précontraints d’AMF. Les résultats obtenus ont démontré l’efficacité de ces fils en termes de dissipation d’énergie. Les auteurs de cet article ont remarqué que les fils reviennent à leurs positions originales, sans aucun déplacement résiduel (CASCIATI & HAMDAOUI, 2008).

CHRYSOSTOMOU, DEMETRIOU, STASSIS et HAMDAOUI, ont utilisé l’Aqueduc de Larnaca à Chypre pour former la base des études analytiques sur les effets de l’AMF à base de cuivre. La structure de ce dernier est une construction en maçonnerie, il a été sélectionné comme étude de cas pour intégrer les appareils d’amortisseurs par AMF, ce monument du 18 ème siècle « période Empire Ottoman », été le premier lien d’application des AMF sur les véritables monuments historiques (STASSIS, et al., 2008).

Les chercheurs précédemment nommés ont utilisé des fils qui étaient fixés en base par des boulons et par un support rigide au-dessus pour soutenir les fils qui transférerait la force sur l’aqueduc. Ils ont montré que les AMF ont un effet significatif sur les caractéristiques dynamiques du monument.

Un programme de recherche établi par EL-ATTAR, SALEH et EL-HABBAL, dans lequel ils ont étudié la possibilité d’utiliser des techniques avancées de la protection sismique pour préserver les monuments historiques. Dans cette recherche, ils ont choisi deux minarets qui sont situés au Caire « Égypte », le premier étant le minaret « Al Sultaniya » et le deuxième est le minaret « Qusun ». La recherche est basée sur l’étude de ces deux minarets sous un chargement sismique sans et avec les AMF, qui sont placée dans la partie supérieure du minaret, et ils ont appliqué une précontrainte verticale dans la partie inferieure. Les résultats ont montré l’efficacité des AMF pour l’atténuation de l’aléa sismique (El-ATTAR, et al., 2008).

TRAN, BALANDRAUD et DESTREBECQ, ont fait un essai dans le but d’étudier l’influence d’une courbure préalable sur le comportement en traction des fils d’AMF. Le modèle proposé intègre le comportement asymétrique traction/compression de l’AMF. Les résultats obtenus montrent que la contrainte est nulle au niveau du centre du fils d’AMF, avec une contrainte de traction dans la partie supérieure et une contrainte de compression dans la partie inférieure. Plus on s’éloigne du centre d’alliage, plus les contraintes augmentent (TRAN, et al., 2011).

Les Alliages À Mémoire De Forme

Habituellement, quand un métal ou un alliage est soumis à une contrainte mécanique supérieure à sa limite d’élasticité, il subit une déformation plastique qui n’évolue ensuite pas ou très peu lors du traitement thermique ultérieur. Par contre, les alliages à mémoire de forme « AMF » sont des matériaux très spécifiques qui combinent deux ou plusieurs métaux différents, et qu’ils possèdent deux caractéristiques importantes :
◆ L’hyper-élasticité.
◆ La possibilité de se rappeler de leurs formes d’origine.(GUENIN, 1996) .

Les AMF font en effet partie d’un groupe de matériaux que l’on dit intelligents «Smart materials» (SULPICE, 2009). L’un de ces intérêts est de produire une force élevée et un déplacement important pour une évolution de température de quelques degrés (PEULTIER, 2005). Leur activation thermique ne leur permet pas de travailler à haute fréquence « quelques cycles par secondes au maximum » (CHEMISKY, 2009), mais ils sont capables de développer un travail mécanique très important. Ils possèdent des propriétés remarquables qui sont associés à une transformation de type martensitique réversible (PORTIER, et al., 2007).

Le phénomène qui donne son nom aux AMF n’a été observé pour la première fois que dans l’année 1932 par le chercheur suédois OLANDER Arme. Il a découvert la superélasticité d’un alliage Or-Cadmium «Au-Cd» (GUILLAUME & VALENTINE, 2007).

Le caractère réversible des effets mémoire a été mis en évidence par CHANG et READ en 1951. Dans les années qui suivent le même phénomène a été trouvé dans d’autres matériaux (MANACH, 1993). La publication du terme «effet mémoire de forme » intervient dans les travaux de HORNBOGEN et WASSERMANN en 1956 (MANACH, 1993).

Les premiers domaines d’utilisation des AMF ont concerné les manchons d’accouplement pour les avions de combat «F-14» en 1967 .

La transformation Martensitique-Austénitique

Définition
Les AMF contiennent deux phases cristallographiques nommées par analogie aux aciers ou bien la réaction martensitique-austénitique, qui a été découvert en 1879 par le physicien MARTENS (JORDAN & ROCHER, 2009). Une phase mère austénitique formée à haute température «représentée par A», qui se transforme à la deuxième phase qui s’appelle martensitique «représentée par M», avec un refroidissement rapide pour éviter la diffusion des alliages (GUENIN, 1996).

Le passage entre les deux phases fait à la condition de l’un des cas suivants :
◆ Un simple changement de température : la température de transformation n’a pas lieu à température constante, elles dépendent de la composition chimique du matériau spécifique choisi.
◆ Une application d’une contrainte (Wikipedia, 2012).

Les caractéristiques de la transformation martensitique-austénitique
◆ Un mouvement collectif d’atomes sur de très petites distances «déformation du réseau cristallin».
◆ La vitesse de transformation supérieure à la vitesse du son. Une faible variation de volume, mais cisaillement de la structure dans une direction déterminée.
◆ Les cristaux de martensite vont pousser en plaquettes pour minimiser l’énergie à l’interface (BARON, 1998).