Apport de matériaux cimentaires modèles à la description des cinétiques de carbonatation de bétons bas-pH : conséquences sur la microstructure, le transfert de gaz et la déformation

​Ekoé Kangni-Foli a soutenu sa thèse le 27 septembre 2019 à l'université Pierre-et-Marie Curie, à Paris.

​Le projet CIGÉO initié par l'Andra vise au stockage réversible des déchets radioactifs en site géologique. L'Andra envisage le stockage des déchets MAVL (Moyenne Activité-Vie Longue) dans des alvéoles souterrains scellés par un noyau d'argile gonflante en appui sur deux massifs en béton. L'utilisation de bétons classiques causant un panache alcalin conduirait à une inhibition potentielle des propriétés de gonflement du noyau d'argile. Les bétons bas-pH ont donc été développés en conséquence : ils sont obtenus par ajout massif de silice, les amenant ainsi à une valeur de pH deux à trois unités plus basse que les bétons classiques. L'IRSN questionne la durabilité des éléments bas-pH, puisque les éléments de connaissance actuels tendent à montrer une sensibilité accrue de ces matériaux vis-à-vis de l'environnement de stockage et notamment de la carbonatation atmosphérique. Cette carbonatation serait induite par la réaction entre le CO2 contenu dans l'air (utilisé pour ventiler les alvéoles durant leur phase d'eploitation) et le calcium contenu dans les différentes phases constitutives du matériau cimentaire. Des études montrent une augmentation des propriétés de perméabilité suite à la carbonatation des éléments bas-pH corrélée à une plus grande distribution des tailles de pores et une fissuration plus importante au sein des matériaux.

Cette thèse porte sur la compréhension du comportement des matériaux bas-pH face à la réaction de carbonatation. L'approche adoptée sera multi-échelles, nous aurons recours à l'étude de différents matériaux cimentaires avec une complexité minéralogique croissante. Celle-ci allant de matériaux modèles uniquement constitués de C-S-H (Silicate de Calcium hydraté) brique élémentaire des liants hydrauliques, aux matériaux industriels comprenant l'ensemble des phases propres aux matériaux cimentaires.

La première partie de cette thèse, comprendra la synthèse, la carbonatation accélérée et la caractérisation fine sur le plan chimique, minéralogique, et microstructurale des matériaux. La deuxième étape, correspondra à un post traitement numérique des résultats expérimentaux, via le code couplé chimie-transport HYTEC, permettant l'évaluation des cinétiques chimiques par analyse inverse.