Modélisation chemo-mécanique du comportement des bétons soumis à des réactions sulfatiques interne et externe

Julie POUYA a soutenu sa thèse le 3 février 2023 à Fontenay-aux-Roses

Jury

Céline CAU DIT COUMES, Ingénieur de recherche, CEA Marcoule Rapporteure
Jean-Michel TORRENTI, Professeur, Université Gustave Eiffel Rapporteur
Benoît BARY, Ingénieur de recherche, CEA Saclay Examinateur
Ellina BERNARD, Ingénieure de recherche, EMPA Laboratory for Concrete & Construction Chemistry (CH) Examinatrice
Nicolas BURLION, Professeur, Polytech Lille Examinateur
Laurie LACARRIERE, Professeur, LMDC, INSA Toulouse Examinatrice
Laurent DE WINDT, Directeur de recherche, Mines Paris - PSL Examinateur
Mejdi NEJI, Ingénieur de recherche, IRSN Examinateur
Frédéric PERALES, Ingénieur de recherche, IRSN Invité

Résumé

La dégradation des matériaux cimentaires par les sulfates demeure un enjeu majeur, notamment dans le cadre du stockage profond des déchets radioactifs. Cette thèse se focalise sur la compréhension et la modélisation des processus chemomécaniques (précipitation minérale, décalcification, fissuration, expansion) intervenant lors d’une réaction sulfatique externe (RSE) modérée. Des essais d’attaque sulfatique (Na2SO4, 30 mmol/L) ont été réalisés sur des pâtes de ciment CEM I (E/C 0,5) riches et pauvres en C3A, dont certaines pré-fissurées, en système confiné ou ouvert. La caractérisation expérimentale multitechnique (DRX, MEB-EDS, microtomographie, microindentation, autoradiographie) de ces échantillons révèlent systématiquement leur décalcification et la formation de gypse et d’ettringite. L'apparition de fissures dans la zone de formation de gypse et de dissolution de la portlandite dans le cas de pâtes riches mais également pauvres en C3A suggère une participation active de la précipitation de gypse dans le mécanisme d'expansion. La modélisation du transport réactif avec HYTEC complète la discussion sur la compétition entre l'hydrolyse, la précipitation du gypse et de l'ettringite. L’évolution des propriétés mécaniques, notamment la diminution du module de Young dans la zone dégradée, sont ensuite estimées par un schéma d'homogénéisation. Enfin, la modélisation chemo-mécanique avec XPER montre l’accélération de la dégradation chimique et
mécanique causée par la pré-fissure.