Les travaux de cette thèse ont permis de quantifier la réactivité de granulats silex et calcaires siliceux grâce à des études en milieu réactionnel modèle. Le suivi d’éprouvettes de béton a montré que plus des bétons contiennent de granulats « riches » en silice réactive (supérieur à 5%) moins ils gonflent mettant ainsi en évidence l’apparition d’un effet pessimum. En revanche, dans le cas des matériaux « pauvres » en silice réactive (inférieur à 5%) la réduction de l’expansion ne s’observe plus. Il a été montré que, grâce à un processus de neutralisation non délétère pour le béton, les phases siliceuses réactives sont capables de fixer des alcalins sans être dégradées, au travers des silanols initiaux, jusqu’à un certain seuil. Ce seuil en alcalins est rarement dépassé dans le volume granulaire des bétons constitués de sable et de gravillons « riches » en silice réactive. L’augmentation de la température de cure de 38 à 60°C a permis l’observation d’une diminution de l’expansion et l’apparition d’un effet pessimum pour les bétons à base de granulats « pauvres » en silice réactive. Ce changement s’expliquerait par une compétition entre un mécanisme non délétère de neutralisation des alcalins (favorisé à 60°C) et le processus de dégradation de la silice consécutive à une forte concentration locale des alcalins (favorisé à 38°C). La compétition entre ces deux mécanismes est due à un écart de diffusion des alcalins à l’intérieur du réseau siliceux. / The works of this thesis have allowed to quantify the reactivity of flint and siliceous limestone aggregates through studies in model media. Monitoring of concrete samples showed that more is the "rich" silica reactive (greater than 5%) aggregates in concrete, unless they swell highlighting the emergence of pessimum effect. In contrast, in the case of "poor" reactive silica (less than 5%) materials, reduction of the expansion is no longer apparent. It has been shown that through a process of neutralization witch is not damageable for concrete, reactive siliceous phases are capable of fixing alkalis without being degraded through initial silanols, until a certain threshold. This alkalis threshold was rarely exceeded in the granular volume of concrete based on fine and course aggregates witch are “rich” in reactive silica. The increase in curing temperature from 38 to 60°C allowed the expansion reduction and the emergence of a pessimum effect for concretes containing “poor” reactive silica. This change is explained by a competition between a non-deleterious mechanism of neutralization of alkalis (favoured at 60 ° C) and the degradation of silica resulting in a high local concentration of alkalis (favoured at 38 ° C). The competition between these two mechanisms is due to a differential diffusion of alkalis inside the silica network.

Les outils d’analyse actuellement utilisés pour caractériser la dégradation multi-échelle du béton par la réaction alcali-silice (RAS) présentent certaines limites manifestes à un diagnostic précis : à l’échelle macroscopique, ils montrent généralement une faible sensibilisé à la microfissuration progressive du béton ; aux échelles microscopique et mésoscopique, le recours systématique à la microscopie limite la représentativité et la quantification des observations réalisées. Cette thèse propose d’évaluer la contribution de paramètres physico-chimiques (mesure de l’altération de la silice réactive) et non destructifs (caractérisation du comportement élastique non linéaire du béton) vis-à-vis de la détection et de la quantification des dommages causés dans le béton par la RAS. Des essais réalisés sur des bétons fabriqués en laboratoire et contenant du calcaire Spratt ont mis l’accent sur l’intérêt des paramètres proposés pour la détection précoce de la RAS dans le béton : les analyses physico-chimiques ont permis d’apporter des informations quantitatives sur les variables d’avancement de réaction qui se caractérisent par une augmentation du taux de silanols et du volume apparent de la silice réactive ; la microfissuration générée par le gonflement du squelette granulaire a pu être suivie par le paramètre non linéaire de décalage fréquentiel avec une sensibilité plus de dix fois supérieure à celle des paramètres linéaires (propriétés mécaniques, acoustique linéaire). Une étude réalisée sur des carottes extraites d’un ouvrage en service (essais d’expansion résiduelle) valide l’applicabilité des méthodes pour un cas d’étude réel. / Monitoring tools currently used to characterize multi-scale degradation of concrete by alkali-silica reaction (ASR) show some obvious limitations to an accurate diagnosis. Macroscopic scale tools usually show a low sensitivity to progressive microcracking in concrete. From microscopic and mesoscopic points of view, the systematic use of microscopy limits the representativeness and quantification of observations made. This thesis evaluates the contribution of physicochemical parameters (deterioration of the reactive silica) and non-destructive testing (characterization of nonlinear elastic behaviour of concrete) for detecting and quantifying deterioration caused by ASR in concrete. A laboratory study on concrete containing Spratt limestone as coarse aggregate was performed to compare the physicochemical and nonlinear parameters to more commonly used ones for ASR damage assessment (swelling of concrete, petrographic examination, compressive strength, tensile strength, static and dynamic modulus of elasticity, ultrasonic pulse velocity). Physicochemical analysis allowed to measure early impairment of reactive silica, quantified by an increasing quantity of silanols and an increase of its apparent volume. The microcracking caused by the granular skeleton swelling could be monitored by the frequency shift linear parameter with a ten times higher sensitivity than linear parameters. Tests were also performed on concrete samples extracted from a lock affected by ASR (with reactive aggregate similar to Spratt limestone) and allowed to confirm the interest of the proposed parameters on a real case study.