La réaction alcali-silice (RAS) est une pathologie des bétons engendrant des désordres et dégradations irréversibles au niveau d'ouvrages de divers types (ponts, barrages, trottoirs, etc.). C'est une réaction chimique entre les alcalins contenus dans la pâte de ciment et la silice contenue dans certains granulats utilisés lors de la confection du béton. Bien que des recommandations existent afin d'éviter le développement de cette pathologie, la modélisation numérique des effets de la réaction alcali-silice sur la tenue mécanique du béton reste un enjeu de première importance pour le génie civil. L'objectif de cette thèse est de progresser dans la compréhension et la modélisation des phénomènes chimiques, mécaniques et de leurs interactions lors de la RAS. Une modélisation a d'abord été élaborée afin de rendre compte de la chimie de la réaction alcali-silice. Ce modèle analytique est un modèle couplé à deux variables qui sont les champs de concentration en alcalins et en silice. Il permet de connaître à chaque instant de la réaction et en tout point d'une éprouvette la concentration des différentes espèces. La cinétique de la réaction est aussi prise en compte via un paramètre, la constante cinétique, qui pourra être identifiée numériquement. Afin de coupler chimie et mécanique, ce modèle a été implémenté dans l'outil numérique FEMCAM (Finite Element Model for Concrete Analysis Method) qui simule le comportement mécanique tridimensionnel des matériaux quasi-fragiles tels que les bétons. C'est une approche mésoscopique qui a été adoptée où le béton est considéré comme un matériau biphasé composé de granulats agglomérés dans une pâte de mortier. Le modèle non local de Mazars avec formulation implicite est implémenté dans cet outil pour rendre compte du comportement élastique endommageable de la pâte de mortier tandis que les granulats sont considérés comme ayant un comportement purement élastique. Le modèle chimique a ensuite été couplé au modèle mécanique afin de rendre compte des effets de la RAS sur le comportement du béton. Il a été considéré une approche dite de gonflement granulaire dans laquelle ce sont les granulats eux-mêmes qui gonflent dans la pâte de mortier et non le gel formé par la réaction. Le couplage inverse, c'est-à-dire l'influence de la dégradation mécanique du béton sur l'avancement de la réaction, a aussi été modélisé par une loi simple mais facilement évolutive. Le modèle complet a pu être validé grâce à différentes campagnes expérimentales et de nombreuses études de sensibilité ont donc été réalisées afin de mieux comprendre l'influence des différents paramètres mis en jeu dans la réaction.

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O grande benefício das adições minerais, especialmente as pozolanas, na mitigação da RAA, está associado ao fato das mesmas consumirem hidróxido de cálcio para formarem silicato de cálcio hidratado adicional, reduzindo a permeabilidade e a mobilidade de álcalis. No entanto, têm-se visto que os materiais pozolânicos sílicoaluminosos apresentam desempenho superior aos materiais silicosos, na RAA, tendo como consenso o papel protagonista da presença de alumínio. No entanto, o comportamento na mitigação da RAA pode ser distinto, dependendo do tipo de pozolana empregada. Assim, o objetivo geral deste trabalho é avaliar a influência dos parâmetros químicos e mineralógicos de materiais cimentícios suplementares na mitigação da RAA. Empregou-se o método acelerado das barras de argamassa para investigar o comportamento de três MCS ricos em sílica e alumina: a Cinza Volante (CV), o Metacaulim (MK) e o Resíduo de Cerâmica Vermelha (RCV). Foram consideradas duas idades de cura – 48h e 28 dias – e empregou-se ainda, misturas auxiliares com sílica ativa em teor semelhante ao de sílica amorfa presente nos MCS; com pó de quartzo, para compor um padrão secundário de referência, permitindo avaliar o efeito da redução de consumo de cimento; e, para balizar a avaliação do teor de alumina, misturas com hidróxido de alumínio [Al(OH)3]. Os materiais foram caracterizados quanto aos parâmetros físicos, químicos e mineralógicos. Analisou-se ainda, a composição química da solução aquosa dos poros das diferentes misturas e a microestrutura das barras de argamassa de referência após o ensaio acelerado. O agregado foi classificado como uma obsidiana composta basicamente por vidro vulcânico e os resultados do ensaio acelerado indicam que os MCS empregados apresentam potencial mitigador, porém em diferentes níveis. Constatou-se que, embora nas amostras curadas por 28 dias tenha ocorrido ligeiro aumento das expansões, o tempo de cura não exerceu influência significativa nos resultados. Ao incorporar Al(OH)3, observou-se um comportamento linear das expansões, de modo que quanto maior o teor de Al(OH)3 menores são os valores de expansão. Entretanto, este comportamento não foi verificado com os materiais pozolânicos. O teor total de alumina caracterizado para MK, CV e RCV, foi na ordem de 38%, 21% e 17%, respectivamente, retornando expansões aos 28 dias de ensaio de 0,03%, 0,02% e 0,08%. Destaca-se que os menores resultados de expansão foram observados na mistura com CV, que, por sua vez, apresentou concentração de alumínio na solução dos poros próximo à zero. Sabe-se que a alumina atua na inibição da dissolução da sílica reativa, através da sua incorporação na estrutura de sílica, formando uma espécie de zeólita e, assim, a caracterização da solução dos poros da CV pode ser também um indicador da maior efetividade da alumina da CV na mitigação da RAA. Ainda, observou-se, para a mistura com RCV, que o teor de ferro, principalmente o identificado na forma hematita, parece interferir na dissolução da alumina o que pode ter prejudicado o potencial de mitigação da RAA pela alumina neste caso. Além disso, a forma cristalina ou amorfa de como estes elementos estão presentes nos MCS parece influenciar no potencial de mitigação. Assim, acredita-se que não somente o teor de alumina exerça influência na redução das expansões, mas também os minerais e a estrutura cristalina na qual o alumínio se apresenta no material podem ser indicativos da sua incorporação nas partículas de sílica. / Concrete structures produced with cements of high alkali content and reactive aggregates, when located in humid environments are prone to develop a chemical reaction known as the Alkali-Aggregate Reaction (AAR). In order to minimize the development of this reaction, the alkali content can be controlled by the use of non-reactive aggregates, although this does not guarantee the reaction complete mitigation. Another alternative is the use of mineral additions, especially pozzolans, whose benefit is associated with the fact that it consume calcium hydroxide to produce additional hydrated calcium silicate, reducing the permeability and mobility of alkalis inside concrete. Recent researches have shown that aluminosilicate pozzolanic materials present higher performance in AAR mitigation than siliceous materials. It is consensus that aluminum presence have a protagonist role. However, the mitigation behavior of AAR may be different depending on the type of pozzolanic material employed. Thus, the general objective of this work was to evaluate the influence of chemical and mineralogical parameters of aluminosilicate pozzolans in the mitigation of AAR. The accelerated mortar bars method was used to investigate the behavior of three mineral admixtures rich in silica and alumina: Fly Ash (FA), Metakaolin (MK) and Red Ceramic Waste (RCW). Two curing ages were considered - 48h and 28 days - and auxiliary mixtures with silica fume were used, with similar content of amorphous silica; with powder quartz to compose a secondary reference standard, allowing the evaluation of cement consumption reduction effect; and, to mark the evaluation of the aluminum content, mixtures with aluminum hydroxide [Al(OH)3]. The materials were characterized for physical, chemical and mineralogical parameters. The chemical composition of the pores aqueous solution of the mixtures and the microstructure of the reference mortar bars after the accelerated test were also analyzed. The aggregate was classified as an obsidian composed basically of volcanic glass and the results of the accelerated test indicate that the used pozzolans present mitigating potential, but at different levels. It was found that the curing time had no significant influence on the results, despite the slight increase of expansions measured in samples cured for 28 days, before the accelerated test. By incorporating Al(OH)3, a linear behavior of expansions was observed in which as higher the content of Al(OH)3, the lower the expansion values are. However, this behavior was not verified with the pozzolanic materials. The total aluminum content for MK, FA and RCW was 38%, 21% and 17%, respectively, resulting in expansions at the 28 day test of 0.03%, 0.02% and 0.08%. It is noteworthy that the lower expansion results were observed in the mixture with FA, which also presented aluminum concentration in the pore solution close to zero. It is known that alumina acts in the inhibition of the reactive silica dissolution by its incorporation in the silica structure, forming a kind of zeolite and, therefore, the characterization of the solution of the pores of the FA can also be an indicator of the greater effectiveness of the alumina from FA in the mitigation of AAR. In addition, it was observed that the mixture with RCW that the iron content, mainly identified in the hematite form, seems to interfere in the dissolution of the aluminum, which may have hampered the AAR mitigation potential by aluminum in this case. The crystalline or amorphous form of how these elements are present in pozzolans seem to influence the potential for mitigation. Thus, it is believed that not only the alumina content exerts influence on the expansion reduction, but also its mineral and crystalline structure, in which the aluminum present in the material may indicate its incorporation into the silica particles.

Une approche multi-technique et multi-échelle a été élaborée pour l'étude des propriétés structurales des matériaux hétérogènes. Différentes techniques ont été utilisées parmi lesquelles nous pouvons citer : La microscopie Electronique à Balayage Environnementale équipé en microanalyse X, la Diffraction des Rayons X, la spectroscopie d'absorption X (EXAFS et XANES) et la Résonance Magnétique Nucléaire. La corrélation entre les résultats obtenus à différentes échelles (grandes, moyennes et courtes distances) nous a permis d'avancer dans la compréhension des mécanismes de l'altération structurale d'un granulat SiO2 soumis à la réaction Alcali-Silice. A grandes distances, les changements structuraux apparaissent par la réduction de la taille des grains et par la formation d'une phase amorphe, accompagnée d'un accroissement de la cristallinité de la phase cristallisée. Cela a permis de montrer que l'attaque se déroule préférentiellement dans les zones amorphes et/ou mal cristallisées. D'après la RMN, la phase amorphe formée durant la réaction est constituée d'un mélange de silanols et de silice amorphe. Ce produit, à la composition variable en fonction du temps de réaction, apparaît favorable à la formation de gels de type CSH dans le granulat. A courtes distances, la première couche de coordination autour des atomes de silicium montre un accroissement de l'ordre dans les tétraèdres. Ce phénomène pourrait être dû à la relaxation des liaisons Si-O. Ce résultat est en accord avec la présence de silice amorphe, et le phénomène pourrait être accentué par la présence de silanols. La deuxième couche de coordination autour du silicium demeure presque inchangée. Ces résultats permettent de relancer la discussion sur la validité du déroulement de l'étape d'initiation de la réaction.

The alkali-aggregate reaction (AAR) is a pathological manifestation that occurs in concrete structures and has concerned engineers and users of construction for decades, throughout the world. Basically, it is a chemical reaction resulting from the interaction between alkalis released from cement and some silicates in the reactive aggregates. Aggregates have been studied and there are many disagreements as to the involvement of the granitic aggregates in the AAR. This study was originated from the absence of findings on the influence of compositional and microstructural characteristics of granite aggregates in the occurrence of AAR and the inadequacy of standardized testing methods for the prediction of reaction. This research presents contributions to the methods for prediction of the AAR using microwave treatment to accelerate the formation of reaction products. For this purpose, three granitic aggregates from Sergipe were used as reference for validation of the applicability of the technique. The selected experimental conditions have allowed rapid access to reactive mineral phases and formation of the reaction products. The results have showed that differences in reactive behavior of granitic aggregates are correlated to morphological aspects of quartz, as the presence of quartz subgrains and deformed quartz grains. / A reação álcali-agregado (RAA) é uma manifestação patológica que ocorre em estruturas de concreto e tem preocupado engenheiros e usuários da construção civil há décadas. Basicamente, é uma reação química decorrente da interação entre os álcalis do cimento e alguns silicatos dos agregados considerados reativos. Agregados do mundo inteiro têm sido estudados e muitas divergências existem quanto à participação dos agregados graníticos na RAA. Este estudo partiu da necessidade de conclusões sobre a influência das características composicionais e microestruturais dos agregados graníticos na ocorrência da RAA e da inadequação dos métodos de ensaios normatizados para a previsão da reação. Diante deste cenário, esta pesquisa apresenta contribuições para a previsão da RAA utilizando o tratamento com microondas para acelerar a formação dos produtos de reação. Para isso, três agregados graníticos do Estado de Sergipe foram usados como referência para a validação da aplicabilidade da técnica. As condições experimentais selecionadas permitiram o rápido acesso às fases minerais responsáveis pela reatividade e a formação de produtos da RAA. Os resultados mostraram que as diferenças no comportamento reacional dos agregados graníticos estão correlacionadas a aspectos morfológicos do quartzo, como a presença de subgrãos de quartzo e de grãos de quartzos deformados.

L'optimisation de la composition des vitrifiats de REFIOM en les rendant alcali-résistants en vue de leur conférer une bonne durabilité chimique en milieu alcalin pour être ensuite utilisés dans les matrices cimentaires a été étudiée. La méthodologie suivie consiste à étudier le comportement à la lixiviation en mode statique de verres modèles alcali-résistants de type CEMFIL et de vitrifiats de REFIOM auxquels on a rajouté SiO2, Na2O et ZrO2 pour leur conférer un caractère alcali-résistant. Les tests de lixiviation menées à 90°C et à différents temps (de 6 heures à 28 jours) ainsi que les autres techniques d'analyse chimique (ICP-AES, MEB-EDS, SIMS, ERDA, RBS, PIXE) sur ces verres ont montré que ce sont les vitifiats de REFIOM dont la composition a été optimisée qui présentent la meilleure durabilité chimique quelque soit le pH / The main goal of this research work is to optimize the composition of vitrified REFIOM into alkali-resistant glasses in order to enhance their durability and in alkaline media. The expected industrial application deals with the use of these glasses associated with concrete in composite materials. The experimental approach is based on static leaching tests of model alkali-resistant glasses and vitrified REFIOM in witch we have added SiO2, Na2O et ZrO2 in order they become alkali-resistant vitrified REFIOM. The leachates have been analysed by ICP-AES and the solid surfaces characterized by scanning electron microscopy, electron microprobe analysis, secondary ion mass spectrometry depth profiling, and synchrotron radiation spectroscopies. All those analysis showed that alkali-resistant REFIOM are the best durability in every media

Le travail décrit dans ce manuscrit s’inscrit dans le cadre de la gestion de déchets nucléaires, de faible activité à vie longue (FA-VL), composés d’alliage de magnésium et de graphite, produits pendant l’exploitation de la première génération de réacteurs nucléaires en France. Il s’agit d’étudier la possibilité de leur immobilisation par cimentation et de comprendre le comportement des colis ainsi fabriqués tout au long de leur vie. Plusieurs mécanismes couplés sont à considérer : l’alliage de magnésium peut se corroder au sein de la matrice d’enrobage, en particulier lors du couplage galvanique avec le graphite. La croissance de produits de corrosion autour du métal et la restriction des déformations propres de la matrice cimentaire engendrent des contraintes à l’intérieur du matériau. La vérification de certaines exigences de sureté (stabilité dimensionnelle du colis et faible production d’hydrogène) nécessite donc le développement d’un outil numérique pouvant prédire le comportement mécanique des colis. En particulier, un mortier de laitier activé à la soude, qui présente un intérêt particulier, est examiné. Ce liant appartient à la famille des matériaux alcali-activés dont la modélisation numérique du comportement est peu abordée dans la littérature. La construction du modèle numérique passe ainsi par une large campagne expérimentale (caractérisation du comportement thermo-chemo-mécanique du mortier de laitier alcali-activé et de la corrosion du magnésium dans les matrices cimentaires) puis par un travail d’homogénéisation par éléments finis pour pouvoir déterminer les propriétés de l’ensemble (mortier + déchets) et mener des simulations à l’échelle du colis. Concernant le premier axe d’étude expérimentale, un faible échauffement accompagne l’avancement des réactions d’hydratation, ce qui est bénéfique vis-à-vis des contraintes internes résultantes de l’auto-restriction des déformations thermiques au sein des structures massives. Néanmoins, les déformations de retrait endogène montrent un développement important à long terme. Ceci peut générer des contraintes internes dans le colis (en présence de restrictions), mais la grande capacité de fluage du matériau empêche la fissuration. Concernant le deuxième axe d’étude expérimentale, le mortier de laitier activé est comparé avec deux autres mortiers à base de CEM I, pour évaluer le comportement à la corrosion de l’alliage de magnésium. Les observations microscopiques montrent que la corrosion galvanique de l’alliage est particulièrement agressive dans les mortiers à base de CEM I (corrosion localisée se manifestant par des creusements et des microstructures en feuillets) contre une corrosion uniforme, mais faible dans le mortier de laitier alcali-activé. La cinétique de corrosion est déterminée en utilisant des techniques gravimétriques et électrochimiques. Les résultats de ces deux types de mesure sont complémentaires et témoignent également d’une faible corrosion dans le mortier de laitier activé. De plus, ils montrent une certaine passivation du métal au-delà de 6 mois d’enrobage. Cette propriété spécifique du mortier de laitier activé peut être expliquée par une grande résistivité électrique par rapport aux mortiers de CEM I déterminée en analysant les données de spectroscopie d’impédence électrochimiques. Ensuite, des premières simulations simplifiées par éléments finis à l’échelle mésoscopique sont effectuées sur Cast3m, pour modéliser l’effet mécanique du développement de la corrosion sur le mortier d’enrobage. Plusieurs paramètres sont intégrés comme la cinétique de corrosion de l’alliage ainsi que la nature des produits formés et leurs propriétés mécaniques, identifiées par des observations MEB/EDS et nano-indentation. Les résultats indiquent que les contraintes générées dans la matrice d’enrobage n’entrainent pas d’endommagement. / The operation phase of the first generation of nuclear reactors in France has generated magnesium and graphite long lived low-level wastes (LLW-LL). Their conditioning in a hydraulic binder matrix is being addressed. In order to study the behavior of these packages, several coupled mechanisms have to be considered: the magnesium alloy can corrode within the encapsulating matrix, especially when galvanic coupling with the graphite occurs. The corrosion of the metal results in the development of corrosion products. The growth of corrosion products around the metal and the restriction of the hydraulic binder’s delayed strains may lead to the generation of internal stresses. The verification of certain safety requirements (dimensional stability of the package and low hydrogen production) is therefore essential. It requires the development of a numerical model able to predict the behavior of these packages.In particular, a sodium hydroxide activated blast furnace slag mortar is being addressed. It belongs to the family of alkali-activated materials for which the modelling of ageing behavior is rarely approached. Hence, the construction of the numerical model involves a large experimental campaign covering the thermo-chemo-mechanical behavior of the alkali-activated mortar and the corrosion of magnesium in hydraulic binders. Meso-scale homogenization calculations are undertaken in order to determine upscaled properties of the mix (matrix + wastes) and carry out simulations on the scale of the packages.Regarding the first experimental study axis, a relatively low hydration heat is measured. This is beneficial with respect to the internal stress generated from the self-restriction of the thermal strains within massive structures.Nevertheless, the materials undergoes a particular autogenous shrinkage strains showing an increase even at long term. However, its basic creep strains are shown to be important which could result in stress relaxation and avoids damage related to shrinkage restriction.Regarding the metal’s corrosion behavior in the alkali-activated mortar, it is compared to the one in two different ordinary Portland cement (OPC) based mortars. Microscopic observations are conducted on samples especially designed to monitor the galvanic corrosion of the alloy. They show the aggressiveness in OPC mortars (localized corrosion manifested by holes and layered microstructure) against limited homogeneous corrosion in alkali-activated mortar. Additionnaly, corrosion kinetics are determined using different experimental methods: mass loss and electrochemical measurements. The complementary results of these two types of measurements also show a low corrosion in the alkali-activated slag mortar with a passive state of the metal achived at 6 months of embedment. This advantage of slag mortar is explained by a high electrical resistivity with respect to OPC mortars, determined by electrochemical impedance spectroscopy.Finite element simulations are performed using Cast3m software on meso-scale in order to evaluate the mechanical effect of the corrosion layer development on the surrounding matrix. The corrosion kinetics of the alloy, the nature of corrosion products and their mechanical properties identified using SEM/EDS and nano-indentation techniques are implemented. The calculations indicate low stress generation in the alkali-activated mortar.

Ce travail de thèse propose une méthodologie multi-échelle basée sur l'utilisation de modèles de substitution fonction de variables aléatoires, pour évaluer la fiabilité résiduelle d'ouvrages en béton atteints de réaction alcali-granulat (RAG), dans l'optique d'une meilleure maintenance. Les modèles de substitution, basés sur des développements en chaos de polynômes des paramètres d'une fonction de forme (sigmoïde dans les cas traités), ont été constitués à plusieurs échelles, afin notamment de réduire les temps de calculs des modèles physiques sous-jacents. A l'échelle microscopique, le modèle de RAG employé est celui développé par Multon, Sellier et Cyr en 2009, comprenant initialement une vingtaine de variables aléatoires potentielles. A l'issue d'une analyse de sensibilité de Morris, le modèle de substitution permet de reproduire la courbe de gonflement dans le temps du volume élémentaire représentatif en fonction de neuf variables aléatoires. L'utilisation du modèle de substitution construit, pour la prédiction des effets mécaniques du gonflement dû à la RAG sur une éprouvette, a nécessité de prendre en compte l'anisotropie de ces effets en améliorant les fonctions poids proposées par Saouma et Perotti en 2006. L'échelle de l'éprouvette étant validée par la confrontation des prédictions aux données expérimentales des travaux de thèse de Multon, une application à l'échelle du barrage de Song Loulou a été entreprise. Le calcul du comportement thermo-chemo-mécanique d'une pile d'évacuateur de crues, dont les résultats en déplacements ont pu être confrontés aux données d'auscultation fournies par l'entreprise AES-SONEL (devenue ENEO), a été réalisé. Des modèles de substitution ont été construits ensuite à l'échelle de la structure afin d'obtenir les déplacements aux points d'intérêt, liés aux états limites de fonctionnement des évacuateurs, et procéder ainsi à l'estimation de la fiabilité résiduelle du barrage. Les calculs d'analyse de sensibilité et la construction des modèles de substitution ont été implémentés en Fortran, Java et OpenTURNS Les calculs sur éprouvette et pile de barrage ont été effectués sous Cast3M. / This work proposes a multi-scale methodology based on the use of surrogate models function of random variables, to evaluate the residual reliability of concrete structures suffering from alkali-aggregate reaction (AAR), for a better maintenance purpose. Surrogate models, based on polynomial chaos expansion of the parameters of a shape function (sigmoid in the studied cases), have been constituted at several scales, in particular in order to reduce computation time of the underlying physical models. At the microscopic scale, the AAR model employed is that developed by Multon, Sellier and Cyr in 2009, initially comprising about twenty potential random variables. At the end of a Morris sensitivity analysis, the surrogate model enables to reproduce the expansion curve over time of the representative elementary volume as a function of nine random variables. The use of the built-in surrogate model in predicting the mechanical effects of AAR expansion on a concrete core required to take into account the anisotropy of these effects by improving the weight functions proposed by Saouma and Perotti in 2006. The core's scale being validated by the comparison of the predictions with the experimental data of Multon's thesis work, an application at the scale of the Song Loulou dam was undertaken. The computation of the thermo-chemo-mechanical behavior of a spillway stack, whose results in displacement could be compared with the auscultation data provided by the company AES-SONEL (now ENEO), was realized. Surrogate models were then constructed at the scale of the structure to obtain displacements at the points of interest, related to the operating limit states of the spillways, and thus to estimate the residual reliability of the dam. The sensitivity analysis computations as well as the construction of the surrogate models were implemented in Fortran, Java and OpenTURNS. Computations on concrete cores and Song Loulou dam spillway were performed under Cast3M.

La réaction alcali-silice est une pathologie des bétons qui se caractérise par une réaction chimique entre la silice réactive contenue dans certains granulats et les ions contenus dans la solution interstitielle. Elle entraîne la formation de gels silico-calco-alcalins, le gonflement voire la chute des caractéristiques des bétons affectés. Ce travail a pour but de fournir des outils d'aide à la compréhension et à l'expertise des ouvrages atteints. Il est composé de trois parties complémentaires. La première vise à prédire le gonflement du béton à partir de la connaissance des mécanismes réactionnels locaux. La seconde modélise l'influence de l'eau sur la réaction. La dernière vise à reproduire les effets structuraux induits par la réaction (endommagement, déplacements, chute des caractéristiques mécaniques...).

La Réaction Alcali-Silice (RAS) est une réaction chimique de dégradation des bétons occasionnant des désordres irréversibles au niveau de l'ouvrage. La modélisation de l'endommagement et de la fissuration d'une structure en béton tridimensionnelle victime de la RAS est donc de première importance en génie civil. Le logiciel FEMCAM (Finite Element Model for Concrete Analysis Method) a été développé dans ce cadre, afin de modéliser le comportement mécanique tridimensionnel des matériaux quasi-fragiles tels que les bétons. Dans cette thèse, nous avons développé une approche mésoscopique où le béton est considéré comme un matériau biphasé en présence de granulats et d'une pâte de mortier. Le modèle non local de Mazars avec formulation implicite a ainsi été implémenté et validé dans notre code Eléments Finis pour rendre compte du comportement élastique endommageable de la pâte de mortier. Nous abordons ensuite l'identification des paramètres élastiques et d'endommagement de ce modèle. Une attention particulière est portée à la campagne expérimentale menée au département Génie Civil de l'Ecole des Mines de Douai. Ces résultats expérimentaux ont été comparés aux résultats numériques via le module d'analyse inverse "RheOConcrete ". Des tests de compression, flexion trois points, essais brésiliens ont été ainsi réalisés. Les exemples d'applications proposés montrent l'influence du volume, de la répartition et du diamètre des granulats sur le comportement du béton. Nous utilisons ces résultats pour analyser les conséquences mécaniques de la RAS sur une éprouvette en béton. Les résultats numériques d'un béton soumis à un gonflement granulaire sont comparés aux résultats expérimentaux obtenus à l'Ecole des Mines de Douai. Cela permet de vérifier non seulement la cohérence du modèle numérique mais aussi de mieux comprendre l'influence de certains paramètres sur le mécanisme de la RAS. Enfin, nous soulignons l'importance de décrire avec précision les macrofissures générées par la réaction chimique. La dernière partie du mémoire concerne l'implémentation et la validation de la fissuration discrète en trois dimensions.

L'optimisation de la composition des vitrifiats de REFIOM en les rendant alcali-résistants en vue de leur conférer une bonne durabilité chimique en milieu alcalin pour être ensuite utilisés dans les matrices cimentaires a été étudiée. La méthodologie suivie consiste à étudier le comportement à la lixiviation en mode statique de verres modèles alcali-résistants de type CEMFIL et de vitrifiats de REFIOM auxquels on a rajouté SiO2, Na2O et ZrO2 pour leur conférer un caractère alcali-résistant. Les tests de lixiviation menées à 90°C et à différents temps (de 6 heures à 28 jours) ainsi que les autres techniques d'analyse chimique (ICP-AES, MEB-EDS, SIMS, ERDA, RBS, PIXE) sur ces verres ont montré que ce sont les vitifiats de REFIOM dont la composition a été optimisée qui présentent la meilleure durabilité chimique quelque soit le pH