Une méthode née il y a
plus d’un siècle
La théorie des champs de contraintes, développée depuis 1899 et perfectionnée à l’EPFL, est au cœur de ConcrIT. Retour sur l’histoire d’une méthode de référence mondiale pour le dimensionnement du béton armé.
Historique de la méthode
Fondée sur la théorie de la plasticité, la méthode des champs de contraintes offre une description physiquement cohérente de la résistance des structures en béton armé. Son développement s’étend sur plus de 120 ans — des treillis de Ritter aux champs élasto-plastiques de l’EPFL.
Wilhelm Ritter — Modèle de treillis à 45°
L’ingénieur suisse Wilhelm Ritter propose le premier modèle mécanique pour la résistance à l’effort tranchant d’une poutre en béton armé après fissuration. Il modélise le béton comprimé en bielles inclinées à 45° et les armatures en tirants de traction — première formalisation d’un « champ de contraintes » dans le béton.
Emil Mörsch — Champ continu de compression diagonale
Mörsch étend les travaux de Ritter en remplaçant les bielles discrètes par un champ continu de compression diagonale dans la zone de cisaillement. Cette vision distribuée du flux des contraintes constitue l’ancêtre direct de la méthode actuelle et reste la base du calcul des armatures transversales dans la plupart des normes.
Leonhardt & Walther — Champs de contraintes élastiques
Fritz Leonhardt et ses collaborateurs étendent les modèles de treillis aux résultantes de champs de contraintes élastiques, déterminés par analyses élastiques ou photo-élasticité. Cette étape ouvre la voie aux méthodes modernes des bielles et tirants (strut-and-tie) pour les zones de discontinuité.
Schlaich, Schäfer & Jennewein — Bielles et tirants généralisés
Jörg Schlaich et ses collaborateurs formalisent la méthode des bielles et tirants (strut-and-tie model) dans un cadre universel applicable à l’ensemble de la structure, y compris les zones de discontinuité (zones D). Cette publication fondatrice est intégrée dans de nombreuses normes internationales dont l’Eurocode 2.
Collins & Mitchell — Modified Compression Field Theory
Michael P. Collins (Université de Toronto) développe la Modified Compression Field Theory (MCFT), capable de prédire le comportement en cisaillement d’éléments en béton armé fissuré en tenant compte de la rotation des fissures. La MCFT constitue la base des règles de dimensionnement à l’effort tranchant des codes nord-américains (ACI, AASHTO, CSA).
Aurelio Muttoni — Thèse ETH Zurich
Aurelio Muttoni soutient à l’ETH Zurich sa thèse de doctorat sur l’application de la théorie de la plasticité au dimensionnement des structures en béton armé. Il y jette les bases d’une approche rigoureuse par champs de contraintes élasto-plastiques, qui deviendra la méthode de référence suisse et le fondement scientifique de ConcrIT.
Muttoni, Schwartz & Thürlimann — Ouvrage de référence mondial
Publication chez Birkhäuser de Design of Concrete Structures with Stress Fields. Cet ouvrage synthétise la méthode des champs de contraintes rigides-plastiques et élasto-plastiques et la diffuse à l’échelle internationale. Il devient la référence académique et professionnelle sur le sujet.
Aurelio Muttoni — Professeur à l’EPFL & fondation de l’IBETON
Nommé professeur ordinaire à l’EPFL, Muttoni dirige le Laboratoire de construction en béton (IBETON). Sous sa direction, le laboratoire devient l’un des centres mondiaux de référence pour la recherche sur les champs de contraintes, validant la méthode sur des centaines d’essais expérimentaux.
Norme SIA 262 — Intégration officielle de la méthode
La norme suisse SIA 262 (Construction en béton) intègre les champs de contraintes comme méthode de dimensionnement reconnue pour les structures avec armature transversale. Ce choix normatif valide l’approche pour la pratique professionnelle en Suisse. ConcrIT s’appuie directement sur cette norme, en complément de l’Eurocode 2.
i-concrete & JCONC — Premier logiciel public (EPFL)
L’IBETON lance la plateforme i-concrete, portail public donnant accès à JCONC, premier moteur de calcul implémentant les champs de contraintes élasto-plastiques (EPSF). Développé par Miguel Fernández Ruiz, avec le soutien d’Aurelio Muttoni, JCONC permet à des ingénieurs et chercheurs du monde entier de vérifier des structures en béton armé par cette méthode. Il constitue le précurseur direct du moteur de calcul de ConcrIT.
EPSF — Validation expérimentale massive à l’IBETON
Une série de thèses de doctorat à l’IBETON étend et valide la méthode EPSF pour des cas de plus en plus complexes : poutres et dalles soumises à des combinaisons d’efforts, éléments coques, structures existantes. La thèse de Filip Niketic (2017) rassemble une base de données de 315 essais expérimentaux, confirmant la fiabilité de la méthode (rapport moyen = 1.03).
Fin d’une époque — fermeture de l’IBETON
Le 29 février 2024, le Prof. Aurelio Muttoni prend sa retraite après 24 ans à la tête de l’IBETON, qui ferme ses portes. La plateforme i-concrete.epfl.ch, en service depuis 2005, est progressivement démantelée et redirige vers un nouveau site i-concrete.ch. Près de 20 ans de recherche sur les champs de contraintes élasto-plastiques et le moteur JCONC ont formé toute une génération d’ingénieurs et de chercheurs — un héritage que ConcrIT entend faire vivre.
ConcrIT — Suite commerciale professionnelle
ConcrIT reprend les fondements scientifiques de JCONC et d’i-concrete pour les intégrer dans un environnement professionnel moderne, entièrement en ligne. La plateforme implémente la méthode des champs de contraintes conformément aux normes SIA 262 et Eurocode 2, avec génération automatique de notes de calcul réglementaires.
ConcrIT s’appuie sur la théorie des champs de contraintes telle que définie dans la norme suisse SIA 262 et les Eurocodes. La méthode fournit des solutions par l’inférieur de la théorie de la plasticité, garantissant une conception sûre et économique. Elle est reconnue comme l’une des approches les plus rigoureuses et les plus cohérentes disponibles pour le dimensionnement du béton armé et précontraint.