Modélisation du couplage chimico-mécanique d'un béton atteint d'une réaction sulfatique interne

La reaction sulfatique interne est une pathologie qui affecte certains betons hydrauliques ayant subi une elevation de temperature excessive au jeune âge. La formation tardive d'ettringite provoque un gonflement du beton, incompatible avec la rigidite du materiau et sa faible capacite en extension, ce qui engendre des fissurations dans la structure et des deformations differentielles incompatibles avec le fonctionnement en service de l'ouvrage. Le mecanisme de la reaction est assez complexe et il ne fait pas encore l'objet d'un accord complet dans la litterature. La description phenomenologique des gonflements necessite la prise en compte de nombreux parametres (composition du beton, conditions environnementales, histoire thermique et hydrique du beton.). Les modelisations proposees sont peu nombreuses, elles cherchent surtout a estimer l'amplitude finale maximale des gonflements et ne permettent pas de calculer l'etat actuel d'un ouvrage ou la reaction progresse plus ou moins en fonction du couplage avec les differents parametres influents. S'appuyant sur ces constats et la necessite de gerer les ouvrages atteints en prevoyant leur evolution, la presente recherche vise a developper une modelisation des effets mecaniques de la formation differee d'ettringite qui permette d'estimer l'etat mecanique d'une structure atteinte. On presente donc une modelisation chimico-mecanique, formulee a l'echelle macroscopique. Le modele est base sur une approche thermodynamique decrivant la formation d'un cristal a l'interieur d'un milieu poreux. Le comportement mecanique se trouve couple a l'evolution d'une variable chimique decrivant l'avancement de la reaction, ce qui se traduit a chaque pas de temps par une deformation chimique imposee. L'amplitude et l'evolution de cette deformation sont decrites par une loi sigmoidale modifiee dont les parametres sont lies a la composition du beton et peuvent etre identifies experimentalement dans des conditions standardisees. La valeur de calcul de la deformation chimique imposee tient egalement compte de l'histoire thermique au jeune âge du beton (qui a un effet sur le gonflement potentiel) et des conditions environnementales (temperature et humidite) qui ont un effet sur l'amplification des gonflements a chaque pas de temps. Un programme experimental specifique a permis de confirmer quantitativement le couplage propose entre le potentiel d'expansion et l'histoire thermique au jeune âge. Le modele est egalement ecrit pour tenir compte de l'effet de la contrainte sur l'anisotropie du gonflement, qui constitue un phenomene important a l'echelle des ouvrages atteints, du retrait de sechage et de l'endommagement du module de Young en fonction de la deformation chimique induite par la reaction. Ce modele a ete implemente dans le code de calcul CESAR-LCPC sous le nom RGIB, en integrant et elargissant les fonctionnalites du module ALKA destine aux structures atteintes d'alcali-reaction et constituant ainsi un nouveau module destine au recalcul des structures atteintes de reaction de gonflement d'origine interne. On a applique ce module au recalcul de deux ouvrages ou parties d'ouvrages reels, afin de predire leur comportement. On a adopte dans notre presentation des resultats une demarche progressive qui permet d'illustrer les differentes fonctionnalites du module. Les resultats trouves sont satisfaisants et leur comparaison aux resultats in-situ montre une bonne coincidence. Si le modele propose dans ce module RGIB rend compte des connaissances actuelles sur la RSI et ses effets, il met aussi en evidence les manques de connaissance quantitative sur cette reaction et les couplages qui l'influencent et l'importance de calibrages appropries pour un recalcul precis des ouvrages atteints.