Les couplages hydro-mécaniques et chimiques des matériaux cimentaires revêtent une grande importance pour la durabilité d'un ouvrage soumis à des sollicitations complexes, tel que le stockage souterrain de déchets nucléaires. Les travaux présentés se focalisent sur des mortiers et des pâtes de ciment à deux rapports eau sur ciment. Les couplages entre des sollicitations hydriques par séchage, des sollicitations hydro-chimiques par lixiviation, et le comportement mécanique du matériau notamment d'un point de vue de l'endommagement et des variations dimensionnelles, sont traités. En outre, l'approche expérimentale s'attache à caractériser les phénomènes physiques à plusieurs échelles. Microscopiquement, la caractérisation du réseau poreux des matériaux est réalisée par isothermes de désorption et d'intrusion mercure. Puis une étude 4D des liens entre lixiviation et fissuration est menée par microtomographie par rayons X (résolution: 5 µm). L'effet du retrait empêché par déformations différentielles entre granulats et matrice cimentaire est mis en évidence dans l'apparition de la fissuration. En outre, la présence d'une préfissuration accélère la dégradation. Macroscopiquement, le retrait lié au séchage lent de matériaux a été quantifié et modélisé par approche poromécanique. De plus, une microfissuration, répartie au sein du matériau, engendre plus de perturbations sur la désorption que quelques macrofissures localisées. Enfin, la résistance en traction par fendage est modifiée par le séchage, par une compétition entre le confinement de l'éprouvette, la fissuration induite et les granulats. Le comportement en traction directe a fait l'objet d'études préliminaires. / To determine the hydro-mechanical and chemical behaviour in cementitious materials is a key point to predict the durability of a structure submitted to complex stresses, such as the radioactive waste underground disposaI. This work is performed on mortars and cement pastes, with two distinct water-to-cement ratios. Coupling between hydric stresses by drying, hydro-chemical effect of calcium leaching, and the mechanical behaviour of the material, with a focus put on damage and strains evolution, are studied. Moreover, the experimental approach tries to characterize the physical phenomenons with a multi-scale view. From microscopic aspects, the characterization of the porous network is obtained by means of desorption isotherms and mercury intrusion. The influence of the W/C ratio is highlighted. Then, in a 4D approach of coupling effects between calcium leaching and cracking is conducted with X-ray microtomography (resolution: 5 µm). The restrained shrinkage due to differential strains in aggregates and cementitious matrix is shown as the cause of microcracking. ln addition, a pre-cracking increases the chemical degradation of the material. From macroscopic aspects, the shrinkage due to a smooth drying is experimentally determined, and a poromechanical model is then proposed. The diffuse microcracking effects appear to have more importance on the desorption than several localized macrocracks. Finally, the decrease in the saturation of the material modifies the splitting tensile strength. This could be due to a competitive effect between shrinkage, stresses and the influence of the aggregates in the cracking energy. Some preliminary tests are also conducted in direct tension.

Dans le cadre de la gestion des déchets radioactifs en France par l’Andra, l'évaluation et la prédiction de la durabilité des structures en béton nécessitent la connaissance des isothermes de désorption des bétons. L’objectif de cette étude est de développer un protocole expérimental accéléré pour obtenir des isothermes de sorption de matériaux cimentaires plus rapidement et d’estimer la taille du Volume Elémentaire Représentatif (VER) liée à l’obtention des isothermes des bétons. Afin de garantir que les résultats expérimentaux puissent être considérés comme statistiquement représentatifs, une grande quantité de disques de trois épaisseurs différentes (1 mm, 2 mm et 3 mm) ont été désaturés. L'effet de l’épaisseur de disque et de la condition de saturation sur la cinétique de désaturation et sur l’isotherme de désorption est analysé. L’influence de la distribution de granulats sur la teneur en eau et sur le degré de saturation des disques minces est étudiée à l'aide d’une technique de microtomographie à rayons X. Une méthode d’analyse statistique est proposée pour estimer le VER lié à l’obtention des isothermes de désorption. Les déformations diamétrales de disques de chaque matériau sont également mesurées au cours de l’expérience de désorption. Un protocole de cycle de désaturation-resaturation rapide est mis en œuvre et met en évidence l’existence d’une hystérésis entre désorption et adsorption. / In the framework of French radioactive waste management and storage, the durability evaluation and prediction of concrete structures requires the knowledge of desorption isotherm of concrete. The aim of the present study is to develop an accelerated experimental method to obtain desorption isotherm of cementitious materials more quickly and to estimate the Representative Volume Element (RVE) size related to the desorption isotherm of concrete. In order to ensure that experimental results can be statistically considered representative, a great amount of sliced samples of cementitious materials with three different thicknesses (1 mm, 2 mm and 3 mm) have been de-saturated. The effect of slice thickness and the saturation condition on the mass variation kinetics and the desorption isotherms is analyzed. The influence of the aggregate distribution on the water content and the water saturation degree is also analyzed. A method based on statistical analysis of water content and water saturation degree is proposed to estimate the RVE for water desorption experiment of concrete. The evolution of shrinkage with relative humidity is also followed for each material during the water desorption experiment. A protocol of cycle of rapid desaturation-resaturation is applied and shows the existence of hysteresis between desorption and adsorption.