La diffusion des ions et des radionucléides au sein des matériaux cimentaires est l'un des facteurs les plus importants qui déterminent la durabilité et les propriétés de confinement de ces matériaux. Cette étude s'inscrit, en particulier, dans le domaine de confinement des déchets radioactifs de faible et moyenne activité. Elle consiste à mettre en évidence l'influence de la microstructure des mortiers, notamment la présence des granulats, sur la diffusion de l'eau tritiée au sein de ces matériaux. La démarche consiste, dans un premier temps, à sélectionner des formulations de mortiers à base de CEM I afin d'étudier l'influence de la teneur en granulats, de la granulométrie et du rapport eau/ciment sur les paramètres de diffusion. Des différentes techniques expérimentales complémentaires ont été utilisées afin de caractériser la structure poreuse : porosimétrie à l'eau, porosimétrie mercure, perte au feu et imagerie MEB associée à l'analyse d'image. Dans ce contexte, un protocole d'analyse d'images a été mis en place afin de quantifier la porosité à l'interface granulat/pâte. Le lien entre les propriétés de la microstructure et les paramètres de transport a été ensuite examiné. Pour cela, des essais de diffusion à l'eau tritiée (HTO) ont été conduits et des corrélations entre les paramètres de la microstructure et le transport ont été réalisées. Enfin, afin de mettre en avant le rôle des phases mésoscopiques (Matrice/granulats/ITZ) dans le mécanisme de diffusion un modèle 3D a été développé et des calculs de diffusivités équivalentes ont été effectués. La présente étude confirme la présence d'une interface granulat/pâte au voisinage des grains de sable siliceux. Cette auréole de transition (ITZ) se caractérise par une épaisseur qui varie entre 10 et 20 µm et une porosité environ trois fois plus grande que celle de la matrice cimentaire. En dessous de 55% de sable normalisé, l'effet de cette interface sur les propriétés macroscopiques de transport est faible. En effet, l'effet de dilution et de tortuosité liés aux granulats reste dominant. Par conséquent, les données acquises à l'échelle de pâte de ciment restent valables et sont extrapolable à l'échelle des mortiers. Ces résultats ont été confirmés par les calculs analytiques et numériques de la diffusivité homogénéisée. Au-delà de 55% de sable normalisé, d'autres effets liés au grands nombre de grains de sable rentrent en jeu comme les bulles d'air et les taches poreuses dus principalement à la difficulté d'obtenir des matériaux bien compactés. Ceci rend ces formulations extrêmes et ne permettent pas d'approfondir notre compréhension du lien entre la microstructure et les propriétés de transport au-delà de cette teneur en sable / Concrete durability is a subject of considerable interest, especially with the use of cement based materials on structures increasingly demanding on term of sustainability and resistance to aggressive ions penetration or radionuclide release. Diffusion is considered as one of the main transport phenomena that cause migration of aggressive solutes and radionuclide in a porous media according to most studies. In order to enable more effective prediction of structures service life, the understanding of the link between cement based materials microstructure and transport macro properties needed to be enhanced. In this context, the present study is undertaken to enhance our understanding of the links between microstructure and tritiated water diffusivity in saturated mortars. The effect of aggregates via the ITZ (Interfacial Transition Zone) on transport properties and materials durability is studied. To this end, several series of tritiated water diffusion tests were conducted on mortars with various water-to-cement ratio, sand volume fractions and particle size. Materials microstructure was also characterized by water porosimetry, mercury porosimetry and by backscattered electron microscopy associated to images analysis. In particular, an image analysis protocol was developed to quantify the porosity in the vicinity of aggregates. The relationship between microstructure and transport properties was then examined. For this, tritiated water (HTO) diffusion tests were conducted and correlations between microstructure parameters and transport properties were made. Finally, in order to identify the role of mesoscopic phases (matrix / aggregate / ITZ) in diffusion mechanism, a 3D model was developed and calculations of equivalent diffusivities were made. The study showed that a porous interface exists in the vicinity of grains of silica sand. It has a thickness ranging from 10 to 20 µm and its porosity is approximately three times higher than the cement matrix one. Below 55% of standard sand, the effect of this interface on macroscopic transport properties is weak. In fact, the effect of dilution and tortuosity remains dominant. Therefore, data acquired across cement paste remain valid and are extrapolated across mortars. These results were confirmed also by analytical and numerical calculations of the diffusivity. Beyond 55% of standard sand, other effects related to the large number of sand grains appear such as air voids and porous patches mainly due to the difficulty of obtaining well-compacted materials. This makes these formulations extreme ones and not allows us to consider them to improve our understanding of the relationship between microstructure and transport properties
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2013PEST1119 |
| Date | 30 October 2013 |
| Creators | Larbi, Bouthaina |
| Contributors | Paris Est, Dangla, Patrick |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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