Ce travail de thèse présente la modélisation des phénomènes interfaciaux des Silicates de Calcium Hydratés (C-S-H) en présence de diverses solutions salines. Les C-S-H sont synthétisés en laboratoire sous la forme de suspensions en solution. La caractérisation du solide par diffraction des rayons X et par résonnance magnétique nucléaire permet de valider le processus de synthèse. L'étude de particules colloïdales en solution, tels les C-S-H, requiert la caractérisation globale de l'interface, c'est-à-dire la surface du solide, la région interfaciale et la solution. Le modèle numérique développé dans le cadre de travail de recherche prend en compte les spécificités physiques de ces trois régions. La modélisation des intéractions ioniques s'articule expérimentalement sur les mesures de potentiel zêta et de rétention ionique. Le modèle considère les phénomènes de double couche et de complexation de surface pour interpréter les données de potentiel zêta. Une telle interprétation permet également de déterminer quantitativement la fixation des ions par les C-S-H, due à l'adsorption spécifique et à l'attraction électrostatique. La modélisation des interactions de surface est couplée chimiquement à un modèle de solubilité. Ce couplage physico-chimique fait intervenir la notion d'activité ionique. Le coefficient d'activité des ions en solution est calculé par la méthode MSA (Mean Spherical Approximation) qui est applicable à de fortes concentrations ioniques. Les C-S-H sont étudiés en présence de NaCl, Na2SO4, NaOH et CaCl2. Les résultats du modèle mettent en évidence la dépendance de la charge de surface en fonction de la composition de la solution, ainsi que la corrélation implicite entre les interactions interfaciales et la rétention ionique. Cette corrélation est vérifiée par l'application du modèle à des pâtes de C3S hydraté. L'un des objectifs majeurs de la thèse est l'étude du comportement des ions chlore. L'étude démontre leur très faible interactivité envers les C-S-H, ce qui constitue une information importante, car, dans le cas d'une pâte de ciment hydraté, les C-S-H sont généralement considérés comme étant les principaux responsables de la rétention du chlore. Par le développement d'un module d'interactions physiques, ce travail de recherche contribue significativement à l'étude du transport ionique dans les matériaux cimentaires.

Dans la foulée de la mondialisation, le développement agricole a été axé selon un seul critère, celui de l’intensification des facteurs de production. Ce qui est responsable du paradigme de l’agriculture intensive au détriment des considérations environnementales. Les effluents stockés dans des ouvrages de rétention en béton subissent des transformations sous l’action des bactéries et sont le siège de la production d’acide organique, agents potentiellement agressifs pour la matrice cimentaire. Ce travail avait pour vocation principale la détermination de la formulation adéquate du liant résistant en milieu agricole. L’ensemble des essais réalisés vise à décortiquer les paramètres contrôlant la durabilité de la matrice cimentaire face à l’agressivité des acides organiques des effluents d’élevage. À cette fin, des échantillons de pâtes et/ou mortiers de liants ordinaires et spéciaux ont été immergés dans une solution d’acide acétique simulant l’agressivité des effluents d’élevage. L’influence des ajouts cimentaires suivants : laitier, métakaolin, fumée de silice et cendre volant, a été mis en œuvre. Des essais de lixiviation et d’immersion ont été réalisés. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la résistance chimique des pâtes tout en décortiquant les mécanismes de dégradation des matrices cimentaires. Des analyses par porosimétrie au mercure, absorption atomique, diffraction des rayons-x (DRX) ont été réalisées. Les résultats montrent que l’attaque se traduit par une zonation chimique et minéralogique. La durabilité des liants ordinaires ainsi que du ciment alumineux est limitée sachant que l’effet de la durée de cure s’avère primordiale surtout pour les liants à hydratation latente. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à la quantification des phases anhydres et des hydrates des liants présentant les meilleures performances chimiques. La quantification des anhydres a été réalisée par dissolution chimique, résonance magnétique nucléaire (R.M.N.) et traitement d’images. Par contre, la quantification des hydrates a été réalisée par thermogravimétrie (T.G.A.). Les résultats montrent que la stabilité des phases est dépendante des leurs compositions chimiques. L’évaluation de la résistance à la compression de cubes de mortiers sains et dégradés en solution acide a montré une amélioration nette principalement du mortier contenant du métakaolin par rapport au mortier ordinaire. Le suivi du temps d’initiation de la corrosion des armatures des mortiers au laitier et des mortiers au métakaolin a été réalisé par des mesures électrochimiques non-destructives (potentiel de corrosion, polarisation linéaire). Les mortiers au métakaolin présentent les temps d’initiation les plus longs contrairement à ceux au laitier où la forte porosité des échantillons favorisant des chemins de percolation de la solution agressive même à des cures avancées, rend l’initiation de la corrosion des armatures presque immédiate. / In the wake of the globalization, agricultural development has focused on a single criterion, the intensification of production factors. Therfore, the paradigm of intensive agriculture at the expense of environmental considerations was founded. Effluent stored in concrete retention structures are transformed under the action of bacteria to organic acids, potentially aggressive agents to the cement matrix. This work was mainly designed to determine the adequate formulation of the resistant binder in an agricultural environment. All the realized tests aim to define parameters that control the durability of the cement matrix submitted to the aggressiveness of organic acid of manure. Cement pastes and/or mortars samples of ordinary and special binders was immersed in an acetic acid solution simulating the aggressiveness of manure. The influence of mineral additions include: slag, metakaolin, silica fume and fly ash has been implemented. Leaching and immersion tests have been achieved. Initially, we were interested on the chemical resistance of pastes by analyzing the degradation mechanisms of cement matrix. The analyses were performed by mercury intrusion porosimetry, atomic absorption and x-ray diffraction (XRD). The results show that acidic attack results in a chemical and mineralogical zonation. The durability of ordinary binders and alumina cement is limited given that the effect of the curing period is essential especially for binders having a latent hydration. We were also interested to the quantification of the anhydrous and hydrate phases for binders having the best chemical performance. The quantification of the anhydrous phases was realized by chemical dissolution, nuclear magnetic resonance (NMR) and image processing. However, the quantification of the hydrates was realized by thermogravimetry (T.G.A.). The results show that stability of phases is dependent on their chemical compositions. The evaluation of the compressive strength of sound and altered mortar cubes showed a marked improvement mainly for mortar containing metakaolin compared to the ordinary mortar. The evolution of corrosion of reinforced mortars containing slag or metakaolin was followed by non-destructive electrochemical measurements (corrosion potential and linear polarization). Metakaolin mortars present the best resistance to initiation of corrosion. However, the high porosity of samples containing slag, favoring paths of percolation of acid solution even in advanced cured time, makes the initiation of reinforcement corrosion almost immediately.

L'isolation thermique est essentielle dans de nombreux types de MEMS (micro-systèmes électro-mécaniques). Selon le type de dispositif, l'isolation permet de réduire la consommation d'énergie, diminuer le temps de réponse, ou augmenter sa sensibilité. Les matériaux d'isolation thermique actuellement disponibles sont difficiles à intégrer en couche épaisse dans des dispositifs en silicium. À cause de cela, l'approche la plus utilisée pour l'isolation est d'intégrer les zones à isoler sur des membranes minces (~ 1 µm). Cela assure une bonne isolation, mais est restrictif pour la conception du dispositif et la fragilité des membranes complique la fabrication et l'utilisation de celui-ci. Le silicium poreux est facile à intégrer puisqu'il est fabriqué par gravure électrochimique de substrats de Si cristallin. On peut aisément fabriquer des couches épaisses (100 µm) et sa conductivité thermique est 2-3 ordres de grandeur plus faible que celle du Si massif. Par contre sa porosité cause des problèmes : mauvaise résistance chimique, structure instable au-delà de 400°C, et tenue mécanique réduite. La facilité d'intégration des semiconducteurs poreux est un atout majeur, et nous visons donc de réduire les désavantages de ces matériaux afin de favoriser leur intégration dans des dispositifs en silicium. La première approche qui a été développée consiste à amorphiser le Si poreux en l'irradiant avec des ions à haute énergie (uranium, 110 MeV). Nous avons montré que l'amorphisation, même partielle, du Si poreux entraîne une diminution de sa conductivité thermique, sans endommager sa structure poreuse. On peut atteindre ainsi une réduction de conductivité thermique jusqu’à un facteur de trois. La seconde approche est de développer un nouveau matériau. Le SiC poreux a été choisi, puisque le SiC massif a des propriétés physiques exceptionnelles et supérieures à celles du silicium. Nous avons mené une étude systématique de la porosification du SiC en fonction de la concentration en HF et le courant, ce qui nous a permis de fabriquer des couches poreuses uniformes d’une épaisseur d’environ 100 µm. Nous avons implémenté un banc de mesure de la conductivité thermique par la méthode « 3 oméga » et l'avons utilisé pour mesurer la conductivité thermique du SiC poreux. Nos résultats montrent que la conductivité thermique du SiC poreux est environ deux ordres de grandeur plus faible que celle du SiC massif. Nous avons aussi montré que le SiC poreux est résistant à tous les produits chimiques typiquement utilisés en microfabrication et est stable jusqu'à au moins 1000°C. / Thermal insulation is essential in several types of MEMS (Micro electro mechanical systems). Depending on the device, insulation can reduce the device’s power consumption, decrease its response time, or increase its sensitivity. Existing thermal insulation materials are difficult to integrate as thick layers in silicon-based devices. Because of this, the most commonly used approach is to integrate the areas requiring insulation on thin membranes. This provides effective insulation, but restricts the design of the device and the membrane’s fragility makes the device’s fabrication and use more complicated. Poreux silicon is easy to integrate as it is made by electrochemical etching of crystalline silicon substrates. 100 µm thick layers can easily be fabricated and its thermal conductivity is 2-3 orders of magnitude lower than that of bulk silicon. However, its porosity causes other problems : low chemical resistance, its structure is unstable above 400°C, and reduced mechanical stability. The ease of integration of porous semiconductors remains a major advantage, so we aim to reduce the disadvantages of these materials in order to help their integration in microfabricated devices. The first approach we developed was to amorphise porous Si by irradiating it with heavy ions. We have shown that amorphisation of porous Si, even partial, causes a reduction of its thermal conductivity without damaging its porous structure. In this way a reduction in thermal conductivity by up to a factor of three can be achieved. The second approach was to develop a new material. Porous SiC was chosen, as bulk SiC has exceptional physical properties which are superior to those of silicon. We carried out a systematic study of the porosification process of SiC versus HF concentration and current, which enabled us to make thick (100 µm) and uniform layers. We have implemented a system for measuring thermal conductivity using the “3 omega” technique and used it to measure the thermal conductivity of porous SiC. Our results show that the thermal conductivity of porous SiC is about two orders of magnitude lower than that of bulk SiC. We have also shown that porous SiC is resistant to all chemical commonly used in microfabrication, and is stable up to at least 1000°C.