Cette thèse fait partie des programmes de recherche sur le vieillissement des ouvrages de génie civil nucléaire lancés par l’IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté nucléaire) dans le cadre du projet de prolongement de la durée d’exploitation des centrales nucléaires françaises. Le but étant de contribuer à la connaissance des mécanismes de vieillissement des matériaux constitutifs des ouvrages non-remplaçables d’une centrale nucléaire, tels que les enceintes de confinement. En effet, leur comportement représente un point important pour l’évaluation de la sûreté des installations nucléaires, car elles représentent la troisième et la dernière barrière de confinement contre le relâchement éventuel des produits radioactifs dans l'environnement.Parmi les phénomènes intervenants lors du vieillissement des ouvrages, le développement éventuel des pathologies, notamment les réactions de gonflements internes (RGI) qui sont susceptibles de dégrader le béton et conduire à l’apparition des fissurations dans les structures touchées. Ces réactions de gonflement internes (RGI) englobent la réaction sulfatique interne (RSI), la réaction alcali-granulat (RAG) et la concomitance de ces deux. Il s’agit de réactions endogènes, se produisant suite à l’interaction des composants initiaux du matériau. Ces interactions peuvent avoir lieu suite à l’utilisation de granulats réactifs en cas de RAG et/ou suite à un échauffement important au jeune âge en cas de RSI. Dans les ouvrages nucléaires, l’éventualité de ces phénomènes ne peut pas être écartée. En effet, ils comportent des éléments structuraux massifs en béton armé pour lesquels un échauffement important a pu se produire lors de la prise du béton et des granulats réactifs ont pu être utilisés pendant la confection. Ce risque doit donc être étudié d’autant plus que le prolongement de la durée d’exploitation des installations est envisagé.Cependant, la cinétique d’apparition des désordres suite au développement de ces réactions dans les ouvrages est en général lente allant jusqu’à quelques dizaines d’années, d’où le recourt à des essais accélérés. Cependant les solutions pratiquées dans les laboratoires de recherche, consiste à utiliser des protocoles d’essais accélérés mis au point sur des éprouvettes de faibles dimensions.Le travail de recherche réalisé dans le cadre de cette thèse comporte trois grandes axes : la mise au point d’un protocole expérimental visant à accélérer les réactions de gonflement interne du béton à l’échelle de structures massives, l’analyse multi-échelle des phénomènes et la mise au point d’une instrumentation innovante adaptée à cette problèmatique. Trois maquettes (de dimensions 2,4 x 1,4 x 1 m3) représentatives d’un ouvrage massif ont été réalisées dans des conditions maitrisées et optimisées afin de favoriser respectivement le développement de la réaction sulfatique interne (RSI), de la réaction alcali-granulat (RAG) et de la concomitance des deux pathologies, RAG et RSI. Ceci a permis d’étudier ces pathologies et de les caractériser à une telle échelle.L’effet d’échelle sur la cinétique de gonflement est mis en évidence grâce à une étude expérimentale multi-échelle permettant de comparer l’évolution des réactions dans les maquettes avec leur évolution dans des éprouvettes en béton reconstitué et des carottages.Une méthode d’instrumentation innovante par fibres optiques a été spécifiquement développée pour ces maquettes, permettant de suivre l’évolution des pathologies dans la masse et d’en déduire les champs de déformation dans plusieurs plans d’intérêt. Les mesures sont utilisées pour décrire finement les mécanismes évolutifs du gonflement et la dégradation des structures. Ces mesures sont aussi utilisées comme référence pour des simulations numériques ultérieures. / This thesis is part of a research program on the aging of nuclear infrastructures launched by the IRSN (Institute for Radiological Protection and Nuclear Safety) within the project aiming to extend the lifespan of the French nuclear power plants. The goal is to contribute to the knowledge of aging mechanisms touching the constituents of non-replaceable structures of a nuclear power plant, such as the containment building. Matter of fact, the behavior of such structures is an important point for the safety assessment of nuclear installations because they represent the third and last barrier against the dispersion of radioactive particles in the environment. Among the phenomena involved in aging mechanisms, internal swellings reactions (ISR) are pathologies that can degrade concrete by causing swelling, cracking and major disorders in the affected structures. Internal swelling reactions (ISW) include the delayed ettringite formation (DEF), the alkali-aggregate reaction (AAR) and the concomitance of the two. These pathologies are endogenous reactions, occurring as a result of the interaction between the initial components of the material. These interactions take place following the use of reactive aggregates in case of AAR and/or following a significant warm-up at the concrete’s early age in case of DEF. In nuclear facilities, the possibility of these phenomena cannot be ruled out. Matter of fact, they include massive reinforced concrete elements for which a significant heating could have occurred at the early age. Moreover, reactive aggregates may have been used during the construction phase. Therefore those risks ought to be studied especially if the extension of the lifespan of these installations is envisaged.However, the kinetics of these reactions are generally slow and it can take for up to a few decades for disorders to appear in the structure. Among the solutions used in research laboratories, one is to use accelerated test methods developed on small specimens.The research work carried out in this context includes three major axis: the development of an experimental protocol to accelerate internal swelling reactions of concrete on a massive structure scale, multi-scale analysis of the phenomena involved and the development of innovative instrumentation adapted to this problem. The purpose is to allow better observation and understanding of swelling reactions at such scale. Hence, three representative massive concrete mock-ups whose dimensions are 2,4 x 1,4 x 1 m3 were realized under controlled and optimized conditions for the development of delayed ettringite formation (DEF), alkali silica reaction (ASR) and the concomitant ASR-DEF case respectively.The scale effect on swelling kinetics is demonstrated by an experimental study comparing the evolution of swelling reaction in the massive samples with the evolution in reconstituted concrete laboratory specimens as well as coring specimens.An innovative instrumentation method using optical fibers is also developed thus allowing the monitoring of the pathologies in the massive structures and the tracking of the respective deformation fields in several two-dimensional plans of interest. The measurements are to finely describe and help in understanding the evolutionary mechanisms of structural degradation and can be used subsequently as a reference for numerical simulations.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2018SACLN038 |
| Date | 28 September 2018 |
| Creators | Jabbour, Jacques |
| Contributors | Université Paris-Saclay (ComUE), Nahas, Georges, Torrenti, Jean-Michel, Tagnit-Hamou, Arezki |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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