Design and performance of fiber-optic light-transmitting cementitious composites

Résumé

L'intégration de fibres optiques dans des matrices cimentaires est une approche prometteuse pour développer des matériaux alliant performance structurale et fonctionnalités optiques, avec des applications en éclairage naturel, en détection et en transfert d'information. Le domaine reste fragmenté : la terminologie, les méthodes expérimentales et l'interprétation des résultats varient d'une étude à l'autre, ce qui complique les comparaisons et freine le développement d'approches de conception communes. Cette thèse étudie les composites cimentaires à fibres optiques en reliant la conception du matériau, le comportement optique et la performance mécanique dans un cadre unifié, à partir d'une approche expérimentale et analytique. Dans un premier temps, la fiabilité des mesures de transmittance optique est examinée en analysant l'effet de la configuration expérimentale, notamment la distance entre le détecteur et l'échantillon. Les résultats montrent que ces conditions de mesure influencent significativement les valeurs obtenues, ce qui explique en partie la variabilité entre études. Une méthode basée sur la distribution spatiale de la lumière sortant des fibres intégrées dans la matrice est alors proposée. Elle offre une base cohérente pour la caractérisation optique et améliore la reproductibilité des mesures, tout en proposant une meilleure standardisation dans le domaine. Dans un deuxième temps, le comportement mécanique des composites avec fibres optiques est étudié par une analyse expérimentale comparative. Des échantillons avec fibres sont comparés à des échantillons avec cavités préformées de géométrie équivalente, ce qui permet de distinguer les effets du matériau de ceux liés à la géométrie. Les résultats montrent que l'interaction fibre matrice et la perturbation géométrique contribuent toutes deux à la réponse mécanique, dans des proportions qui varient selon les conditions de chargement et la composition de la matrice. Enfin, pour aller au-delà de la simple transmission de lumière, des configurations de fibres alternatives sont explorées. Un composite à fibres optiques distribuées aléatoirement est développé, montrant qu'il est possible de modifier la propagation de la lumière pour préserver la confidentialité visuelle tout en maintenant la transmission lumineuse. Une approche de reconstruction numérique montre également que l'information brouillée par la disposition aléatoire des fibres peut être récupérée par traitement informatique, positionnant ces composites comme des systèmes hybrides physico-numériques. Dans l'ensemble, ce travail propose une compréhension cohérente des composites cimentaires à fibres optiques en liant caractérisation optique, comportement mécanique et conception du matériau, et établit des principes de conception pour des matériaux cimentaires multifonctionnels intégrant performance optique, structurale et capacités numériques.

Date	9 sept. 2026
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Claudiane Ouellet-Plamondon (Directeur(-trice)) & Bora Ung (Codirecteur(-trice))