Ce projet fait suite à une étude réalisée en 2019 par une firme d'ingénierie qui a confirmé que la RAS affecte à différents degrés les semelles des piliers de l'Estacade du pont Champlain à Montréal. Les conclusions de l'étude semblent toutefois incertaines quant au niveau précis d'endommagement actuel (diagnose) et le potentiel d'endommagement futur de ces éléments (prognose). Un programme expérimental basé sur l'approche proposée par Fournier et coll. (2010) a été proposé afin de compléter la diagnose et la prognose des semelles de l'Estacade pour mieux outiller les gestionnaires intéressés à prolonger la durée de vie de cette structure. Le Damage Rating Index (DRI) et le Stiffness Damage Test (SDT) ont été proposés afin de documenter le volet diagnose. Les essais d'expansion sur carottes de béton (>95% H.R. et NaOH 1N à 38°C) et de détermination de la teneur en alcalis solubles du béton (extraction à l'eau chaude et froide modifiée (rapport solide : liquide de 1 : 5)) constituent le volet prognose. Enfin, l'approche du LMDC (Toulouse) a été utilisée parallèlement pour vérifier le potentiel expansif des granulats, soit par la fabrication de barres de mortier à partir des granulats extraits des éprouvettes de béton. Deux bétons de compositions distinctes ont été identifiés dans les éléments de béton étudiés. Le béton de type A, le plus abondant, a été fabriqué avec un sable manufacturé de type calcaire et un gros granulat consistant en un mélange d'une roche intrusive non réactive et d'un calcaire réactif. Le béton de type B est pour sa part composé d'un sable naturel non réactif de composition granitique et d'un gros granulat réactif de type calcaire. Malgré une variabilité significative des résultats aux essais SDT et DRI, le béton de type A montre un niveau d'endommagement moyen allant de *modéré* à *très élevé*, mais inférieur à celui du béton de type B, lequel est en moyenne *élevé* à *très élevé*. Ce niveau d'endommagement a été établi selon de nouvelles cotes d'évaluation de l'endommagement pour des structures affectées par la RAS. Malgré une concentration très élevée en alcalis solubles dans le béton de type A, accentuée vraisemblablement par une contribution de la roche non réactive, celui-ci montre un moins grand potentiel expansif que le béton de type B. Il est probable que la concentration en alcalis très élevée mesurée dans le béton de type A soit associée à la présence de feldspaths sodiques de la roche volcanique non réactive. Sur la base des résultats générés et des analyses qu'ils ont permises, il est recommandé de procéder à un suivi périodique pour les semelles composées du béton de type A, puis à un suivi prioritaire dans le cas des semelles composées du béton de type B. / This project follows a study conducted in 2019 by SNC-Lavalin which confirmed that the footings of a bridge structure in the Montréal area were affected by the alkali-silica reaction (ASR). However, these conclusions was uncertain with respect to the severity of the current damage (diagnosis) and the potential for further expansion (prognosis). An experimental program based of the protocol proposed by Fournier et coll. (2010) was implemented with the objective of completing the diagnosis and prognosis of the footings to help with the management of the structure and to extend its service life. The Damage Rating Index (DRI) and the Stiffness Damage Test (SDT) were proposed to document the diagnosis of the footings. The expansion tests on concrete cores (>95% R.H. and NaOH 1N at 38°C) and the alkali soluble content determination test (HWE and modified CWE) were used to establish the prognosis of the footings. Finally, the approach proposed by the LMDC (Toulouse) was used to verify the absolute expansive potential of the aggregates, which consists of testing the expansion of mortar bars with the extracted reactive coarse aggregate of damaged concrete samples. Two types of concrete were identified in the footings of the structure. Concrete A, the most abundant, was made with a manufactured limestone sand and a coarse aggregate consisting of a mixture of fine-grained reactive limestone and non-reactive volcanic rock type. Concrete B was made with a reactive coarse limestone aggregate and a non-reactive natural (granitic composition) fine aggregate. Despite a high variability within the results of the SDT and DRI, the damage in concrete A ranges from *moderate* to *very high* and was found to be lower than the damage in concrete B which ranges from *high* to *very high*. Despite a very high concentration of alkalis in concrete A, which is probably caused by the contribution of the non-reactive volcanic aggregate, concrete A shows a lower expansion potential compared to concrete B. It is believed that an alkali-rich (feld-spathoid) mineral in the volcanic rock type in the coarse aggregate of Concrete A has contributed to the high water-soluble alkali content measured on that concrete. Finally, a follow-up when feasible is recommended for the footings composed of concrete A. For the footings constructed with concrete B, a prioritized follow-up is suggested.

La compréhension des propriétés mécaniques de la microstructure des bétons verts est l'un des principaux intérêts de recherche dans l'industrie du ciment et du béton. Ce rapport traite de l'étude de pâtes de ciment ordinaire et d'une pâte de ciment avec ajout de laitier en couplant un à un les réponses chimiques et mécaniques mesurées à l'échelle nanoscopique. Les techniques expérimentales utilisées sont la technique de la nanoindentation ainsi que l'analyse chimique quantitative par microscopie électronique à balayage couplée à un détecteur de rayons X à dispersion d'énergie (MEB-EDS). L'analyse mécanique comprend la mesure d'un coe_cient de relaxation basé sur un approfondissement de la théorie existante de la technique de la nanoindentation. Les résultats comportent une étude déterministe basée sur la chimie, une méthode permettant de déterminer la nature d'une surface indentée à partir des rapports des éléments atomiques mesurés à l'aide du MEB-EDS à cet endroit, et permettant de la lier directement la réponse mecanique mesurée à l'aide de la technique de la nanoindentation. Une étude statistique basée sur l'estimation du maximum de vraisemblance est aussi réalis ée pour déterminer les réponses mécaniques et chimiques des di_érentes phases présentes. On trouve que la majorité des microvolumes d'interaction des expérimentations mécaniques et chimiques est composée de plusieurs phases. Il a également été possible de déterminer les réponses mécaniques du monosulfoalumite et de l'hydrotalcite combiné à du C_S_H, des produits d'hydratation importants de la pâte de ciment avec ajout de laitier. / One of the main interests of the cement and concrete industries is to better understand the mechanical properties of green concrete systems. This report provides a nano-investigation approach with a one-to-one coupling of the mechanical and chemical responses of ordinary cement pastes and a cement paste with an addition of blast furnace slag. This is achieved by using the technique of nanoindentation and a quantitative investigation of the chemistry by using the scanning electron microscopy coupled with the energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS). The mechanical analysis includes the measurement of a relaxation coe_cient, an extension of the already known theory of the nanoindentation technique. The results are implemented with a deterministic analysis of the chemistry, a method allowing the determination of the nature of an indented area from the atomic ratios measured by using the SEM-EDS on this spot, and which can be directly linked to the mechanical responses measured by the nanoindentation tests. A statistical analysis based on the maximum likelihood estimation is also performed in order to identify the mechanical responses of the di_erent chemical phases present. It is found that the most of the microvolumes probed by the mechanical and chemical investigation are heterogeneous composites with intermixing. We could also determine the mechanical properties of monosulfoalumite and hydrotalcite combined with C_S_H, important hydration products of cements with slag additions.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 octobre 2023) / Ce mémoire est l'aboutissement d'une recherche-création de deux ans sur la conception et la fabrication numérique appliquées à la construction en béton. Les six chapitres qu'il comprend traitent de l'état actuel des méthodes utilisées pour la mise en place de formes complexes en béton, du potentiel des nouvelles méthodes émergentes et finalement, de l'impact potentiel de ces méthodes sur les processus de conception et de fabrication. La recherche-création était une méthodologie de recherche. Elle permettait de concevoir des éléments complexes à mettre en place pour pousser au maximum les limites des méthodes testées et soulever les enjeux architecturaux et constructifs propres à chacune. L'aller-retour créatif entre la conception et la technique permet de valider ou d'invalider de manière directe les possibilités offertes par la fabrication additive pour le coffrage de formes complexes. Ces méthodes incluent -- mais ne se limitent pas à -- l'impression 3D flexible, l'impression 3D soluble et l'impression 3D nylon. Leurs forces et faiblesses sont discutées dans le mémoire, et des recommandations sur les situations optimales à l'utilisation de chacune se retrouvent à la fin de leurs sections respectives. Finalement, on retrouve dans le mémoire des expérimentations, observations et réflexions sur la trace de l'outil et l'augmentation d'échelle. Ces deux sections permettent de comprendre l'ensemble du potentiel architectural concret suggéré par ces nouveaux modes de fabrication. Parfois limitées par les moyens accessibles dans le cadre de cette recherche, des explorations sur les différentes manières de mettre en place des éléments complexe en béton à grande échelle viennent complémenter la recherche théorique à cet égard. La collaboration avec les chercheurs en ingénierie du CRIB de la faculté de génie de l'Université Laval a d'ailleurs été essentielle à la validation de certains de ces éléments théoriques. Finalement, l'objctif de cette recherche était de rassembler un maximum de connaissances théoriques et pratique sur les manières de mettre en place une architecture en béton complexe afin de mettre à jour un paysage technologique en constante évolution. / This thesis is the culmination of a two-year research-creation project on digital design and fabrication applied to concrete construction. Its six chapters address the current state of methods used for creating complex concrete forms, the potential of emerging methods, and ultimately, the potential impact of these methods on the design and fabrication processes. Research-creation was the chosen research methodology, allowing for the design of complex elements to push the limits of the tested methods and raise architectural and construction issues at each step. The iterative process between design and technique directly validates or invalidates the possibilities offered by additive manufacturing for complex formwork. These methods include -- but are not limited to -- flexible 3D printing, soluble 3D printing, and nylon 3D printing. Their strengths and weaknesses are discussed in the thesis, and recommendations for their optimal use in specific situations are provided at the end of their respective sections. Additionally, the thesis presents experiments, observations, and reflections on the tool's trace and the scaling of these processes. These two sections help comprehend the full architectural potential suggested by these new fabrication methods. While limited by the available resources within the scope of this research, explorations on different approaches to implementing large-scale complex concrete elements complement the theoretical research in this regard. The collaboration with engineering researchers from the CRIB at the Faculty of Engineering of Université Laval was essential in validating some of the more theoretical aspects. Ultimately, the objective of this research was to gather a maximum amount of theoretical and practical knowledge in order to update a constantly evolving technological landscape regarding the fabrication of complex concrete architecture.

Afin de s'inscrire dans un contexte de développement durable, l'industrie du béton prêt à l'emploi s'intéresse à la technologie propre qui permet de réincorporer de l'eau recyclée traitée dans de nouvelles gâchées de béton. Dans l'industrie du béton, les deux principales sources d'eau recyclée traitée sont les eaux de lavage des camions et les eaux utilisées pour recycler les bétons frais retournés à l'usine. Ces eaux recyclées traitées contiennent une grande quantité de matières solides en suspension et sont fortement alcalines (pH > 12). Une première phase de recherche a permis de comprendre les mécanismes d'interaction entre l'eau recyclée traitée et certaines propriétés des bétons frais et durcis. La seconde phase de la recherche vise à optimiser l'adjuvantation des bétons afin de contrer les effets néfastes de l'eau recyclée traitée notamment sur l'affaissement, le temps de prise et l'entraînement d'air. Enfin, lors de la détermination des combinaisons d'adjuvants présentant les meilleurs résultats, des essais en usine permettent de valider les résultats obtenus en laboratoire. Les résultats de cette recherche montrent que le remplacement d'une partie de l'eau de gâchage par de l'eau recyclée traitée diminue considérablement l'affaissement, la teneur en air et le temps de prise du béton. Plus la proportion d'eau recyclée traitée est importante, plus les effets néfastes sont importants. Il a été démontré que les interactions les plus fortes découlent de la présence des matières solides en suspension dans l'eau recyclée traitée (effet physique plutôt que chimique). L'influence de l'eau recyclée sur le béton produit est fonction de la finesse des particules en suspension contenue dans l'eau de gâchage. Lorsque la teneur en solide en suspension est inférieure à 50 000 ppm, il est possible de compenser totalement les effets néfastes de l'eau recyclée en utilisant un retardateur de prise, et en augmentant les dosages en plastifiant (réducteur d'eau, superplastifiant) et en agent entraîneur d'air. Le remplacement d'une partie de l'eau de gâchage par de l'eau recyclée s'inscrit dans le contexte de développement durable en revalorisant un de l'eau usée pour économiser de l'eau potable.

Dans l'étude du comportement du béton au jeune âge dans les structures massives, les retraits endogène et thermique apparaissent comme des phénomènes majeurs, qui sont responsables du fluage lorsque le retrait est empêché. La réaction chimique du ciment avec l'eau est exothermique et thermo-activée, ce qui induit des déformations de dilatation puis de contraction. La chaleur d'hydratation peut créer des déformations différentielles entre la peau et le cœur d'une structure, ceci peut causer des fissurations traversantes au jeune âge. Dans ce contexte, cette thèse est dédiée à l'étude du comportement visco-élastique du béton au jeune âge dans les structures massives. L'idée est de développer un modèle numérique qui décrive le comportement visco-élastique du béton au jeune âge, et qui permette de prédire les contraintes au jeune âge et le risque de fissuration.. Une méthode d'identification des paramètres du modèle est proposée à partir d'essais simples développés au laboratoire et sur chantier. Une validation sera réalisée par confrontation à des essais réalisés. Enfin le modèle développé est appliqué à des simulations sur des structures réelles, qui sont confrontées aux mesures de température et de déformations réalisées sur site.

L’objet de ce projet est l’étude de la rhéologie des bétons frais à base de ciment d’aluminate de calcium, soit: le LBC et le Ciment Fondu. L’utilisation de ce type de liant hydraulique présente un intérêt substantiel dans le domaine des bétons, tant pour les ouvrages structuraux que pour les réparations en béton. La motivation derrière cette recherche est de mieux comprendre le comportement rhéologique de ce type de béton et ainsi faciliter et élargir leur utilisation dans le domaine du génie civil. Le projet de recherche s’attarde sur différents paramètres spécifiques tels que l’influence du type d’adjuvant, de leurs dosages et de leurs combinaisons, ainsi que l’effet du type de malaxage employé et de sa durée. Pour répondre aux objectifs, la recherche est divisée en deux phases. Une première phase, où les adjuvants sont évalués individuellement, a permis de lancer la seconde, plus complexe, où des conditions de malaxage réalistes, camion toupie et bétonnière mobile, et une combinaison d'adjuvants complète sont mises à l’épreuve. Des résultats forts intéressants ont été obtenus dans cette deuxième phase. L’utilisation d’un superplastifiant en combinaison avec un accélérateur de prise simule l’usage d’une bétonnière mobile. Il est possible d'obtenir, de cette combinaison, de compenser le retard de prise occasionné par le superplastifiant en dosant convenablement l’accélérateur de prise, tout en conservant des propriétés rhéologiques adéquates pour une bonne mise en place. En plus, l’utilisation d’un superplastifiant en combinaison à un retardateur de prise, simulant les conditions de transport dans une bétonnière conventionnelle, a permis de retarder et contrôler le début de la prise. Au point de vue de l’évolution rhéologique, cette combinaison est très efficace lors d’un transport prolongé. Il est possible de retarder la prise en conservant des propriétés rhéologiques adéquates. Pour finir, l’utilisation d’un activateur de prise dans un mélange ayant subi un malaxage prolongé, adjuvanté de superplastifiant et de retardateur de prise, s’est révélée très efficace pour obtenir une durée pratique d’utilisation visée en chantier. / The purpose of this project is to study the rheology of fresh concrete made from calcium aluminates cement, namely: the LBC and Ciment Fondu. Using this type of hydraulic binder has a substantial interest in the field of concrete, both for structural works and concrete repair. The motivation behind this research is to better understand the rheological behaviour of this type of concrete and thus facilitate and expand their use in the field of civil engineering. The research project focuses on specific parameters such as the influence of type of admixture, their dosages and combinations as well, type of the mixing and it duration. In order to meet the objectives, the research is divided in two phases. A first phase, where the admixtures are individually evaluated, was necessary to launch the second and more complex phase, where realistic mixing conditions have been used. Very interesting results were obtained in this second phase. First, superplasticizers in combination with set accelerators were used to simulate a mobile concrete mixer. It is possible with this combination to compensate the set delay caused by the superplasticizer by using an appropriate dosage of set accelerator, while maintaining adequate rheological properties. Secondly, the use of a superplasticizer with a set retarder, simulating the transportation in a ready-mix truck showed promising results in delaying and controlling the setting time. In terms of rheological evolution, this combination is very effective during a prolonged transport; It is possible to delay the setting time while maintaining adequate rheological properties. The use of an activator added to a mixture which has undergone prolonged mixing and including superplasticizer and set retarder was found very effective in obtaining a practical opentime, or “pot life” for a construction site.

La théorie des milieux poreux réactifs fermés est explorée pour modéliser le comportement au jeune âge des bétons pour des couplages chimio-poro-visco-élastiques. Le modèle est construit autour de l'hypothèse que la dépression capillaire est le principal mécanisme responsable du retrait d'autodessiccation (Hua et al. 1995). Ce retrait correspond à la réponse viscoélastique de la matrice solide vieillissante du milieu poreux sous l'action d'une contrainte de compression induite par la condensation capillaire. L'apparition d'une déformation de gonflement dans les premières heures qui suivent la prise du matériau ne peut être expliquée par un phénomène de dessiccation, car l'humidité relative décroît au fur et à mesure de l'évolution de la réaction d'hydratation. Les déformations endogènes (déformations libres du matériau en conditions isothermes, sans chargement extérieur et sans échange hydrique avec l'extérieur) sont donc définies comme la somme d'un gonflement chimique macroscopique dû à la réaction d'hydratation et d'un retrait d'autodessiccation. L'approche chimio-poro-visco-élastique développée dans cette étude pour analyser le comportement au jeune âge des bétons a plusieurs objectifs. Premièrement, une modélisation basée sur une approche de la mécanique des milieux poreux permet d'avoir une base rigoureuse à la compréhension des mécanismes qui ont une influence sur les déformations différées observées à l'échelle macroscopique. Le deuxième objectif consiste en la mise en place d'un outil qui fournit les bases nécessaires à une meilleure compréhension de l'influence de la composition du matériau sur le comportement au jeune âge des bétons. Ce rapport est divisé en quatre parties dont les deux premières font état des connaissances publiées dans la littérature scientifique qui permettront d'arriver à une modélisation basée sur une approche multi-échelles du problème. Les conditions de retrait restreint sont développées dans la troisième partie afin de montrer comment un essai R2D2 peut être analysé en vue d'une modélisation du comportement au jeune âge. La quatrième décrit les bases théoriques du modèle ainsi que l'identification des paramètres de ce dernier. Le rapport finit par une application de l'approche pour étudier l'influence du ciment et du rapport E/C sur le comportement au jeune âge des bétons.

Ce travail porte sur le comportement structural des réparations minces en béton soumises aux chargements mécaniques monotones et cycliques. L'objectif est l'étude des mécanismes susceptibles d'engendrer l'apparition et la propagation de fissuration au niveau de l'interface. L'étude s'intéresse particulièrement à l'influence du mode de sollicitation sur la fissuration interfaciale et à la durabilité des éléments composites La méthodologie repose sur trois étapes expérimentales. La première concerne le comportement structural d'une vaste gamme de configurations d'éléments composites en considérant une méthode unique de préparation de surface. La seconde met l'accent sur le rôle de cette préparation sur les mécanismes de décollement. La dernière aborde la sensibilité du comportement des structures composites en présence de défaut de collage. Les résultats montrent que lorsque le plan interfacial est suffisamment rugueux ([alpha]rugo [supérieur ou égal à] 10 [degré]), il n'y a pas de décollement quel que que soit le type de sollicitation. Globalement, les résultats obtenus démontrent que les réparations minces adhérentes en béton se comportent très bien lors des chargements monotones et cycliques et que dans des conditions de mise en oeuvre adéquates et avec des matériaux de qualité, elles constituent une alternative de réhabilitation viable et pertinente dans plusieurs situations.

Les régions froides sont à la recherche de méthodes plus efficaces pour déneiger les voies de circulation et les espaces publiques afin de diminuer les accidents, la pollution et la dégradation des milieux environnants, tout en diminuant leurs budgets annuels de déneigement. Plusieurs universités et centres de recherche, pendant ces 20 dernières années ont développé des mélanges de béton électriquement conducteurs (BEC) et certains ont poussé la recherche jusqu'au développement et à l'installation de ces systèmes afin de tester leur viabilité. C'est dans l'optique d'apporter sa contribution, que L'Université Laval s'est lancée dans le projet béton chauffant dont la première phase s'est terminée en 2018 avec la création d'un système déglaçant, automatisé, en béton électriquement conducteur. Ce mémoire marque la fin de la seconde partie du projet sur les bétons chauffants à l'Université Laval lors de laquelle le système développé dans la phase 1 a été mis à l'échelle et amélioré afin de le préparer à la commercialisation. Cette mise à l'échelle s'est traduite par l'installation d'un espace de 4m² en dalles électriquement conductrices, avec un banc et un caniveau eux aussi électriquement conducteurs. L'étude de ce système a eu lieu pendant l'hiver 2019-2020 et s'est couronné par une analyse statistique des performances du système. Il est important de souligner que le mobilier et les canalisations en BEC étudiés font de ce projet le premier à proposer des applications autres que les chaussées pour un système en BEC. De plus, une formulation d'un béton conducteur ultra performant (BCUP) a été développée afin d'étendre la technologie à ce type de béton pour multiplier les options d'utilisation de ce système. Même si le mélange proposé requiert de plus amples analyses afin d'être amélioré et caractérisé, cela constitue un pas important pour l'utilisation d'un BCUP dans un système déglaçant. / Cold regions are looking for more efficient and cost-effective methods to clear snow from roads and public spaces to reduce accidents, pollution, and degradation of the surrounding environment. Over the past 20 years, several universities and research centers have developed electrically conductive concrete mixes (ECC). Some have even pushed their research to the point of developing and installing these systems to test their sustainability. With a desire to contribute to this field of research, Université Laval embarked on the heated concrete project, the first phase of which ended in 2018 with the creation of an automated de-icing system made of electrically conductive concrete. This submission marks the end of phase 2 of that heating concrete project. The system developed in phase 1 was scaled up and improved to be ready for commercialization. This scale-up phase prompted the realization of three slabs, one bench, and one gutter, all electrically conductive. The study of these ECC elements occurred during the 2019-2020 winter, more precisely from the end of January to the beginning of March and was crowned by a statistical analysis of the system's performance. It is essential to point out that this project's ECC furniture and drainage channel makes it the pioneer in proposing applications other than pavements for ECC systems. In addition, an Electrically Conductive high-performance concrete (EC-UHPC) formulation was developed to extend the technology to this type of concrete and multiply the range of options for the applications of the system. Although the proposed mix requires further analysis to be improved and characterized, this work is essential to using EC-UHPC in a de-icing system.

La réaction alcalis-silice (RAS) est un des principaux mécanismes nuisibles affectant la durabilité du béton. Le programme de recherche effectué dans le cadre de ce doctorat comprend deux parties (3 phases), soit la caractérisation microstructurale de produits de la RAS et la modélisation du mécanisme d’endommagement du béton par la RAS. Les résultats expérimentaux de cette recherche fourniront de nouvelles données sur les propriétés microstructurales de bétons affectés par la RAS. Les travaux effectués lors de la première phase du programme expérimental avaient pour objectif de caractériser les propriétés micromécaniques des produits de la RAS à l’aide de nouvelles techniques de nano- et micro-indentation, avec emphase portée sur leur propriété en viscosité. Les échantillons de béton utilisés lors du programme d’essais ont été extraits d’un pavage en béton fortement affecté par la RAS et situé dans la région de Bécancour (Québec). Le béton est caractérisé par de nombreuses particules de granulats de calcaire à grains fins contenant des microfissures remplies de produits secondaires de RAS; les fissures s’étendent dans la pâte de ciment pour former un réseau se propageant de particule en particule. Après une préparation soigneuse de l’échantillon par polissage, la surface des particules de granulats et des veinules apparaissant dans ces particules (i.e. microfissures remplies de produits cristallins de réaction) ont été examinées par Atomic Force Microscopy (AFM) avant de procéder aux essais de nano-indentation. Des valeurs de module et de dureté ont été mesurées pour les produits de réaction par micro- et nano-indentation. Les résultats de ces essais indiquent que les produits cristallins de RAS offrent un comportement de relaxation important atteignant environ 40%. De plus, un modèle rhéologique simplifié est proposé permettant de reproduire les courbes de relaxation sous charge et les valeurs asymptotiques. Ces résultats suggèrent que la relaxation des produits de RAS est importante et principalement irréversible. Les travaux de la deuxième phase du programme expérimental ont permis d’explorer l’utilisation d’une nouvelle technique de microscratch afin de caractériser l’énergie de fracturation (i.e. rigidité) des particules de granulats réactifs de type calcaire dans un béton fortement affecté par la RAS (viaduc routier de la région de Québec). Les particules de granulats montraient typiquement un zonage (zones gris-foncées et gris-pâles) entourant des veinules blanchâtres au sein des particules réactives. En tant que référence, un échantillon de calcaire vierge provenant d’une carrière de la région de Québec a été sélectionné et soumis aux mêmes procédures d’essais. En plus des propriétés élastiques, la rigidité des particules de granulats réactives ont été mesurées statistiquement et se situe autour de 1.5 MPam1/2. La rigidité de fracturation des particules de granulats réactives a démontré n’être affecté ni par la direction d’essai par rapport au plan de litage, ni par la zonation qui a d’abord été interprétée comme des portions montrant des signes de réaction. Ainsi, l’endommagement des particules de granulats semble se situer presqu’essentiellement au niveau des microfissures générées dans les particules réactives. La dernière phase du programme expérimental s’est concentrée sur la caractérisation des propriétés en fluage et en relaxation des produits cristallins de RAS remplissant les microfissures des granulats calcaire réactifs (échantillons provenant du pavage fortement affecté par la RAS utilisés lors de la première phase du programme expérimental). Les essais de micro-indentation ont été réalisés sous deux conditions d’humidité relative. Il a été observé qu’une augmentation en humidité relative réduisait fortement la déformation de fluage irréversible des produits cristallins de RAS, qui montrent un temps caractéristique plus grand. Ainsi, la teneur en eau semble favoriser le mécanisme de glissement irréversible le long ou entre les plaquettes des produits cristallins (rosettes lamellaires) de RAS sous charge constante. Finalement, les implications des résultats de ces travaux sont discutées en lien avec le processus de génération de pression à l’intérieur des particules de granulats réactives. Les propriétés rhéologiques des produits de RAS peuvent jouer un rôle critique lors du relâchement des contraintes internes induites par l’expansion de ces produits. Enfin, un modèle simplifié « 1D » est proposé comme nouvel outil de recherche, et ce afin de prendre en compte les principaux résultats de cette étude, i.e. les propriétés visco-élastiques des produits de RAS et les propriétés de rigidité des particules de granulats réactives. / The Alkali-Silica Reaction (ASR) is one main detrimental factor to affect the durability of concrete. The research comprises two parts, i.e. microstructural characterization of ASR products (3 phases), and modeling of concrete damage due to ASR. The experimental results will provide new findings on the microstructure properties of ASR-damaged concrete. The work in the first phase of the research aims at characterizing the micromechanical properties of ASR products by new techniques of nanoindentation and micro-indentation, with emphasis on their viscous behavior. The concrete samples were extracted from a heavily ASR-affected concrete pavement in Bécancour (Québec). The concrete is characterized by numerous fine-grained limestone aggregate particles with microcracks filled with secondary reaction products that extend into the cement into a network from one aggregate particle to another. After careful sample preparation (polishing), the surface of the aggregate particle and of the veinlets (i.e. cracks filled with crystalline ASR product within the aggregate particles) was examined by Atomic Force Microscopy (AFM) before nanoindentation testing. Both nanoscale and microscale indentation modulus and hardness of ASR products were measured. The test results show that ASR crystalline products exhibit important relaxation behavior of about 40%. Then, a simplified rheological model was proposed to fit the load relaxation curves and their asymptotic values. These results suggest that ASR product relaxation is significant and mostly irreversible. The second research phase explored the use of the novel micro-scratch technique to characterize the fracture energy (i.e., toughness) of the ASR-affected limestone aggregate particles within a core specimen extracted from a heavily ASR-affected concrete bridge from the Québec City area. The ASR-affected aggregate particles were typically showing “zoning” (i.e. light grey and dark grey) surrounding white veinlets within reacted limestone aggregate particles. As a reference, an undamaged/virgin quarried limestone specimen from a local quarry was selected and subjected to similar testing. Besides the elastic properties, the toughness of the reactive aggregate particles was statistically measured to be around 1.5 MPam1/2. The fracture toughness of reactive aggregate particles was affected neither by the bedding line directions nor by the “zoning” that was first thought to correspond to “reacted” portions of the particles. Besides the major cracks filled by ASR products, the results indicated that the surrounding reactive aggregate was not characterized by any significant internal damage distribution. In the later phase of the experimental program, our research focused on characterizing the creep and stress relaxation properties of the ASR crystalline products typically filling microcracks within reactive limestone particles (specimen from the heavily ASR-affected concrete pavements in Bécancour (Québec) used in phase 1). The testing carried out was micro-indentation under controlled relative humidity. It was found that an increase in relative humidity strongly reduces the irreversible creep deformation of ASR crystalline products, which act a greater characteristic time. That is, the water content seems to favor irreversible sliding mechanisms along/between the ASR crystals under constant load. Finally, the implications the research findings are discussed with respect to the stress build-up process within reactive aggregate particles. The rheological property of ASR products may play a critical role to releasing the internal stress induced by the ASR product expansion. Finally, a “1D thought model” is proposed as a new research avenue to account for the major results of this work into ASR-damaged concrete modeling, i.e., the visco-elastic property of ASR products and the damage toughness of reactive aggregates.