Effet d'un échauffement tardif sur l'activation des pathologies du béton

La sûreté des ouvrages nucléaires est une préoccupation majeure des pouvoirs publics. Les matrices cimentaires et les bétons sont utilisés comme matériaux de structure et de conditionnement à divers stades de cette industrie. Dans le domaine de la gestion de déchets radioactifs, la radioactivité des déchets de haute, voire moyenne, activité et à vie longue se traduit par l’émission d’une forte puissance thermique. Il en résulte alors un échauffement des matériaux après leur mise en place. Cet échauffement est dénommé « échauffement tardif » par rapport à un échauffement au jeune âge lors de la prise du matériau. Ce phénomène d’échauffement tardif de bétons concerne aussi les piscines de refroidissement des combustibles usagés localisés au sein des centrales nucléaires, mais aussi certaines parties des réacteurs nucléaires comme les puits de cuve et les zones à proximité des traversées vapeur. D’autres cas accidentels sont également concernés, notamment le cas des incendies maitrisés où l’ouvrage a été réhabilité par la suite.

Cet échauffement pourrait avoir des conséquences néfastes sur la structure. En effet, une montée excessive de température de béton durci est susceptible de générer des modifications de la microstructure des bétons, résultant de processus chimiques, thermiques et hydriques. Il peut alors en résulter des changements significatifs de propriétés mécaniques et de propriétés de transfert. Cet échauffement tardif peut également être accompagné de l’apparition de pathologies de gonflement interne telle que la Réaction Sulfatique Interne. Cette réaction est attribuée à la formation d’ettringite différée qui présente, sous certaines conditions thermodynamiques, des propriétés expansives. Alors que les connaissances acquises auparavant laissaient penser que la formation d’ettringite différée était uniquement due à une montée excessive de la température au jeune âge, les résultats récents, tendent à montrer qu’elle est également susceptible de se former dans le cas d’un échauffement tardif aussi.

L’objectif de la thèse est donc d’acquérir une meilleure connaissance de l’effet d’un échauffement tardif de bétons sur leur durabilité. Les matériaux cimentaires utilisés sont choisis pour être aussi représentatifs de bétons des ouvrages nucléaires. L’influence de la valeur de la température maximale d’échauffement du béton, du profil thermique appliqué et de la nature des constituants du matériau, sera étudiée afin de déterminer leur importance sur le développement des pathologies du gonflement interne. Différentes techniques de caractérisation seront mises en oeuvre pour étudier les transformations physico-chimiques et l’évolution de propriétés mécaniques, de propriétés de transfert et le développement de pathologies.