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Etude expérimentale multi-échelles des couplages hydriques, mécaniques et chimiques dans les matériaux cimentaires

type de publication      thèse de doctorat
date de publication 09-12-2008
auteur(s) Rougelot Thomas
jury Shao J.F.; Burlion N.; Baroghel-Bouny V.; Loukili A.; Pijaudier-Cabot G.; Torrenti J.M.; Skoxzylas F.
école Université de Lille 1
  
résumé La détermination des couplages hydro-mécaniques et chimiques au sein des matériaux cimentaires revêt une grande importance dans une optique de prédiction de la durabilité d’un ouvrage soumis à des sollicitations complexes, pour un stockage de déchets radioactifs en formation géologique profonde par exemple.
Les travaux présentés dans cette thèse se focalisent sur des mortiers et des pâtes de ciment à deux rapports eau sur ciment (E/C) de 0,5 et 0,8. Les couplages entre des sollicitations hydriques par séchage, des sollicitations hydro-chimiques par lixiviation, et le comportement mécanique du matériau, notamment d’un point de vue de l’endommagement, des variations dimensionnelles et des modifications des propriétés élastiques, sont abordés. En outre, l’approche expérimentale développée s’attache à caractériser les phénomènes physiques mis en oeuvre d’un point de vue multi-échelles.
D’un point de vue microscopique, la caractérisation du réseau poreux des matériaux sur une gamme de quelques Angströms à quelques micromètres est réalisée au moyen d’isothermes de désorption et de porosimétrie mercure, qui mettent en évidence l’influence du rapport E/C sur les différents diamètres de pores. Puis une étude quadridimensionnelle du couplage entre lixiviation et fissuration est menée par microtomographie par rayons X, avec une résolution d’environ 5 micromètres. L’effet du retrait empêché par déformations différentielles entre les granulats et la matrice cimentaire est mis en évidence dans l’apparition de la fissuration.
D’un point de vue macroscopique, le retrait lié au séchage lent de matériaux a été quantifié expérimentalement, et a fait l’objet d’une modélisation par approche poromécanique assez concluante. Il s’est aussi avéré qu’une microfissuration, répartie au sein du matériau, engendre plus de perturbations sur la cinétique de séchage et sur les isothermes de désorption que quelques macrofissures localisées. Enfin, la résistance en traction par fendage du matériau est modifiée différemment par la saturation, selon les matériaux testés, par des effets compétitifs entre le confinement de l’éprouvette, la fissuration induite par le séchage et le rôle des granulats. Une caractérisation du comportement en traction directe, délicate, a fait l’objet d’études préliminaires.
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