Prédiction du coefficient de diffusion des ions chlorures dans les matériaux à matrice cimentaire (mortier) par des méthodes d'homogénéisation

Sabine Caré (1, 2) , E. Hervé (3)

1 NAVIER UMR 8205 - Laboratoire Navier
2 LCPC - Laboratoire Central des Ponts et Chaussées
3 LMS - Laboratoire de mécanique des solides

La dégradation des ouvrages en béton armé par le processus de corrosion des armatures est liée aux interactions physico-chimiques entre les composants du matériau « béton » et les espèces agressives contenues dans le milieu environnant, par exemple les ions chlorures apportés par les sels de déglaçage ou le CO2 atmosphérique. Le béton étant un milieu poreux, les espèces agressives peuvent pénétrer selon des processus diffusif ou darcéen. A chacun de ces processus correspond un coefficient de transfert particulier (coefficient de diffusion et de perméabilité) qui qualifie le matériau vis à vis de son aptitude à être traversé par des espèces agressives et donc à ne pas s’endommager par le processus de corrosion des armatures. Les coefficients de transfert dépendent des caractéristiques du matériau composite « béton » qui est constitué de pâte de ciment et de granulats. En effet, l’aptitude du matériau « béton » à être traversé par les espèces agressives dépend de la structure poreuse de la pâte de ciment qui est fonction de la nature du ciment et du rapport Eau/ Ciment, mais aussi des granulats. En effet les granulats peuvent modifier d’une part l’espace de cheminement des espèces agressives et d’autre part la structure poreuse de la pâte de ciment. Dans le premier cas, si les granulats sont non poreux, les espèces agressives traversent une surface de porosité réduite et voient leur chemin allongé du fait d’une tortuosité accrue, les transferts sont donc diminués. Dans le deuxième cas, des zones, de porosité plus importante, appelées « auréoles de transition » peuvent apparaître autour des granulats, ce qui favorise les transferts. La présence des granulats qui modifie localement la porosité de la pâte de ciment fait donc que le béton se comporte comme un matériau à gradients de microstructure et donc de propriétés. L’objectif de notre travail est de prédire plus particulièrement les coefficients de diffusion des ions chlorures dans le béton à partir de ceux des différentes phases constituant ce matériau composite. Les gradients de microstructure peuvent être intégrés dans un modèle de changement d’échelle via l’utilisation d’un modèle autocohérent généralisé (modèle n-phases). Les coefficients obtenus par ce type de modélisation sont confrontés à des résultats expérimentaux obtenus sur mortier. Notre étude montre que le modèle de changement d’échelle utilisé ouvre des perspectives quant à la prédiction des coefficients de diffusion des chlorures dans les bétons.

Mots clés: béton; chlorure; modèle diffusion

Domaines: Mécanique des solides [physics.class-ph]

Sabine Caré, E. Hervé. Prédiction du coefficient de diffusion des ions chlorures dans les matériaux à matrice cimentaire (mortier) par des méthodes d'homogénéisation. Journées d'automne 1999, SF2M, 1999, Paris, France. ⟨hal-00117857⟩