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Lun. 28/09/2020 14:00 Salle 205, Bâtiment 2, Etage 1

Séminaire
JAMIN Frédéric (SIGECO)
Le seminaire sera retransmis en direct sur zoom à l'adresse suivante : https://umontpellier-fr.zoom.us/j/81945517633
Apport de l’expérimentation multi-physique et multi-échelle à l’étude de certaines pathologies d’ouvrages en géomatériaux

Sommaire:

L’expérimentation sur les géomatériaux est une nécessité si l’on souhaite observer les pathologies des ouvrages afin de comprendre les mécanismes, souvent multi-physiques, régissant leurs apparitions. Ce volet scientifique requiert, pour celui qui s’y attèle, des qualités telles que la rigueur, la patience et la persévérance, mais également l’inventivité afin de concevoir, de réaliser et de mettre au point des dispositifs expérimentaux de précision à différentes échelles d’observation. Si dans certains cas, des dispositifs expérimentaux « traditionnels » peuvent suffire aux investigations souhaitées, le développement de nouveaux outils expérimentaux, souvent spécifiques, est en permanence associé à la mission de l’expérimentateur pour explorer de nouveaux horizons et se projeter vers de nouvelles perspectives dans la compréhension et la caractérisation expérimentale des phénomènes.
Les géomatériaux étudiés dans le cadre de ces recherches sont les sols et les matériaux cimentaires qui sont des matériaux granulaires multiphasiques formés de grains solides, dont la taille, la forme et la nature sont variées, et comprenant un espace poral rempli de fluides aux propriétés physico-chimiques diverses. Ces milieux multiphasiques subissent le plus souvent des sollicitations extérieures multiples (mécaniques, hydrauliques ou hydriques, thermiques, chimiques, etc.) avec des couplages plus ou moins forts entraînant inéluctablement des déformations liées à des réarrangements de grains solides ou à leurs déformations. Un des défis pour l’expérimentateur est d’être en mesure d’observer chaque phénomène et de comprendre son action au sein des géomatériaux afin de prédire le comportement des ouvrages notamment lorsqu’il devient critique vis-à-vis de la stabilité, et donc de la sécurité.
Dans le cas des sols, les instabilités sont souvent liées aux variations de teneur en eau qui modifient les contraintes internes pouvant engendrer des mécanismes de retrait ou de gonflement, de tassement voire, dans les cas extrêmes, d’effondrement. Les phénomènes de retrait ou de gonflement, observables lors du séchage ou de l’imbibition d’eau, sont liés à la nature argileuse des sols dont le comportement dépend de l’état initial (densité sèche et teneur en eau initiales) ainsi que des contraintes mécaniques extérieures appliquées aux sols. Le phénomène de tassement est imputable aux variations de contraintes mécaniques dans les sols qui engendrent des réarrangements granulaires plus ou moins importants précédant le mouvement de l’eau au sein de l’espace poral. Le phénomène d’effondrement peut survenir avec ou sans application de contraintes mécaniques extérieures dès lors que les sols présentent une perte généralisée de cohésion locale entre les particules solides qui assurait la stabilité de l’ensemble. Ces phénomènes peuvent être plus ou moins amplifiés si les conditions thermiques varient également.
Dans le cas des matériaux cimentaires, le vieillissement peut s’accompagner d’une dégradation qui dépend fortement des conditions extérieures, mais également de la composition chimique des granulats et de la pâte de ciment. Si au cours de l’hydratation, on observe une amélioration des propriétés mécaniques, les ouvrages en service subissent des actions externes ou internes en fonction de leurs conditions d’utilisation ou de réalisation pouvant occasionner ou favoriser des dégradations irréversibles. Ces actions peuvent être d’origine thermique ou chimique entraînant la dissolution des composés du ciment ou l’expansion des hydrates modifiant les contraintes internes. Parmi les origines des dégradations, on peut citer les fortes températures, la lixiviation ou la réaction sulfatique interne. L’élévation de température induit des déséquilibres hydriques responsables de l’augmentation de pression de fluides dans les pores mais génère aussi des déséquilibres mécaniques liés aux dilatations différentielles entre les granulats et la pâte de ciment provoquant une fissuration au niveau des interfaces pâte de ciment / granulat. La lixiviation engendre un lessivage des hydrates de la pâte de ciment qui se traduit par une perte des propriétés mécaniques du ciment mais aussi et surtout des interfaces pâte de ciment / granulat. La réaction sulfatique interne correspond à la formation différée d’ettringite qui, par son expansion dans les pores, modifie les contraintes internes et notamment au niveau des interfaces pâte de ciment / granulat où la porosité est le plus souvent élevée.
Dans ce contexte, ces travaux de recherche visent une contribution à la caractérisation des propriétés et du comportement mécaniques des géomatériaux grâce au développement et l’utilisation de techniques expérimentales permettant de mettre en exergue les différents mécanismes entrainant certaines pathologies des ouvrages. Une des originalités de la méthodologie expérimentale générale est d’associer des mesures locales à l’échelle des grains et des interfaces, à des mesures macroscopiques à l’échelle d’un volume élémentaire représentatif, en passant par des mesures mésoscopiques à l’échelle de quelques grains. L’échelle locale s’intéresse aux interactions entre un ou plusieurs grains reliés par des ponts liquides ou solides, à leur caractérisation et à leur modélisation expérimentale. L’échelle mésoscopique permet de vérifier la pertinence des outils numériques développés en interne au LMGC, pour assurer la transition d’échelles, sur une situation expérimentale bien maîtrisée en termes de formulation et de microstructure. Les mesures à l’échelle macroscopique permettent de valider les outils de prédiction développés sur un volume suffisamment important pour que son comportement soit représentatif d’un comportement global équivalent.


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