L’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) s’intéresse à
l’étude des réactions de gonflement interne, dont les Réactions
Sulfatiques, et à leur impact sur l’évolution des propriétés du matériau
cimentaire. Les Réactions Sulfatiques sont caractérisées par la
précipitation de l’ettringite, dans les pores du matériau durci
entraînant des gonflements locaux et une fissuration par déformations
différentiées. Les fissures créées constituent alors le lieu privilégié
de la précipitation d’ettringite et accélèrent le transport des espèces
chimiques au sein du milieu poreux. La modification locale des
phénomènes de transport induit une accélération de la dégradation du
matériau.
Ce travail de thèse modélise à l’échelle mésoscopique d’une
collection de granulats, le gonflement du béton par les Réactions
Sulfatiques et la cinétique de dégradation. Un modèle chimio-mécanique
basé sur une description du transport réactif (diffusion d’espèces et
réactions chimiques) et mécanique (Modèle de Zones Cohésives) dans un
milieu poreux fissuré est proposé et résolu à l’aide d’un couplage étagé
générique. Les paramètres chimiques et mécaniques initiaux sont estimés
par un calcul d’hydratation et d’homogénéisation analytique. La
modélisation chimio-mécanique tridimensionnelle est validée de façon
modulaire et appliquée aux Réactions Sulfatiques Externe et Interne. Les
effets de la composition du béton et des conditions environnementales
chimiques sur la cinétique d’expansion et le faciès de rupture sont
étudiés. Les applications mettent en évidence l’influence des granulats
et des fissures dans la répartition spatiale inhomogène des zones de
précipitation de l’ettringite et les contraintes de gonflement
associées.