Interaction entre les évolutions microstructurales et les phénomènes de transfert dans les matériaux cimentaires : Étude numérique et expérimentale

Le béton est de nos jours le premier matériau de construction utilisé à travers le monde. Son utilisation, bien que contestée à cause des émissions de CO2 générées par l’industrie du ciment et du béton, reste irremplaçable au vu des propriétés qu’il possède. La technologie du béton n’a cessé de se développer pendant les dernières années pour toujours proposer des matériaux plus fiables, plus durables, moins énergivores et moins polluants. L’efficacité d’un tel matériau passe par la maîtrise de ses différentes propriétés, aussi bien mécaniques, morphologiques que ses propriétés de durabilité. Ces dernières ont fait l’objet de vastes études menées par la communauté scientifique à travers le monde. Par ailleurs, les modèles de prédiction du comportement des matériaux constituent des outils incontournables que l’on se doit de compléter et d’améliorer car les matériaux cimentaires changent avec l’ajout de nouvelles additions minérales issues de sous-produits industriels entre autres. En effet, ces modèles permettent de se projeter sur plusieurs années de vie du matériau, d’en déterminer sa résistance aux agressions environnementales, donc de prévoir d’éventuels dégradations qu’il pourrait subir. Plusieurs modèles ont été développés au sein du LaSIE pour la prédiction des propriétés de transferts des matériaux cimentaires, en particulier pour la diffusion des ions chlorures. Ces modèles se basent, dans la majorité des cas, sur des données obtenues expérimentalement pour alimenter les simulations numériques en données d’entrée. Cependant, une question majeure reste à éclaircir et correspond à la prise en compte des évolutions microstructurales accompagnant les transferts. En effet, la plupart des modèles de transfert caractérisant les matériaux cimentaires considèrent une porosité constante pendant les transferts alors que plusieurs études expérimentales ont démontré que celle-ci évolue significativement.   Le but de ce sujet de thèse est d’investiguer finement la formation de la microstructure en fonction de la composition du matériau cimentaire ainsi que son évolution lorsque le matériau est assujetti à des mécanismes liés aux interactions du matériau avec son environnement (transferts hydriques et ioniques). Le travail dans le cadre de cette thèse consistera, dans un premier temps, à caractériser expérimentalement l’évolution de la microstructure de différents matériaux cimentaires avec un large panel de compositions (différents ciments, additions minérales : cendres, poudres de verre, etc.). Cette caractérisation se basera sur l’estimation de propriétés de transferts telles que diffusivité hydrique, ionique et thermique, des propriétés microstructurales (porosité et distribution de la taille des pores). L’imagerie au MEB-Fib dans le but d’une reconstruction de la microstructure en 3D est également une contribution originale qui sera abordée dans le cadre de cette thèse. Dans un second temps, une modélisation permettant de simuler les mécanismes de transferts couplés au sein de la microstructure sera menée en se basant sur les images acquises précédemment. Par ailleurs, cette étude numérique consistera à reconstruire numériquement la microstructure en se basant sur les propriétés de chaque matériau entrant dans la composition du matériau cimentaire. Le but est de valider cette reconstruction afin de permettre des simulations futures sans recours obligatoire à l’imagerie expérimentale. La finalité de ce travail et de proposer un modèle fiable décrivant la microstructure des matériaux cimentaire et son évolution au cours des transferts. Ce dernier, couplé aux modèles de transfert permettra une estimation plus rigoureuse des propriétés liées à la durabilité de ces matériaux 

La thèse se déroulera au sein du Laboratoire des Sciences de l'Ingénieur pour l'Environnement (LaSIE-UMR CNRS 7356) à La Rochelle Université.

Les activités du laboratoire ont pour domaines applicatifs :

• Durabilité et protection des matériaux sous contraintes environnementales,
• Qualité des ambiances habitables,
• Eco-procédés pour la qualité des produits et la valorisation énergétique des bio-ressources.

L’unité réunit un large spectre de compétences avec des approches intégrées depuis l’échelle atomique jusqu’au matériau, au bâti et son environnement à différentes échelles de temps et d’espace.

La thèse se dérouelra au sein de l'équipe Transfert, Dégradation et Valorisation des Matériaux (TDVM).

La/le candidat.e devra être titulaire d'un titre d'ingénieur ou d'un Master 2 dans le domaine du Génie Civil ou des Sciences des Matériaux avec une forte compétence en modélisation et utilisation des outils de calcul numérique et de taitement d'images.