Caractérisations expérimentale et numérique des mécanismes de dégradations des granulats lors d'une alcali-réaction

L'objectif  de cette thèse est l'évaluation de la potentielle perte des propriétés nécessaires au service des structures massives, telles que l'enceinte de confinement en béton des réacteurs nucléaires, due au développement de réactions alcali-granulats (RAG). Cette réaction est liée à l'attaque chimique des granulats (silice réactive) par la solution basique du béton (ions hydroxyles, alcalins et calcium de la solution interstitielle) entraînant la formation d'un gel expansif. Ce gel expansif peut entraîner un gonflement et conduire à la fissuration du béton. La cinétique des réactions étant lente, le diagnostic de la RAG est souvent tardif avec une fissuration avancée se manifestant à l'échelle macroscopique.

La cinétique de la réaction dépend principalement de la réactivité des granulats pilotant la dissolution de la silice. Une évaluation quantitative de la cinétique de la réaction est donc primordiale mais, compte tenu de sa dépendance à la minéralogie et aux réactions chimiques, reste un verrou scientifique à l'heure actuelle.

Afin de comprendre les mécanismes mis en jeu, un modèle numérique de transport réactif (prenant en compte la diffusion et la chimie) a été mis en place. Ce modèle a permis de retrouver les observations expérimentales (gels se formant à l'interface et à cœur du granulat). Une étude paramétrique sur l'influence des différents paramètres initiaux, généralement mal connus, est en cours. Afin d'évaluer quantitativement les paramètres du modèle, une étude expérimentale a été initiée et sera poursuivie en deuxième année. Cette étude repose d'une part sur des essais chimiques de diffusion afin de quantifier les coefficients de diffusion et la porosité, de dissolution afin d'évaluer le coefficient cinétique de dissolution, des essais d'expansion sur mortier et béton (en cours), et d'autre part des essais mécaniques de résistance en compression et en traction (prévu pour l'hiver). Notons que les essais de dissolution et de diffusion ne sont pas normalisés pour les granulats et implique la mise en place d'un protocole expérimental spécifique.

Enfin, en troisième année, des simulations chimio-mécaniques, couplant le modèle de transport réactif et la mécanique, seront effectués afin d'évaluer d'une part l'impact de la fissuration sur le transport réactif et d'autre part l'expansion mécanique due à la réaction.