Etude du comportement thermo-hydrique d'une paroi en béton a hautes performances : application au cas des enceintes de confinement en situations accidentelles

= Study of hygrothermal bahaviour of a thicked wall in high performance concrete : Application of the case of the reactir vessel under accidental conditions

• Auteur / Autrice : Mohammad Shekarchi Zadeh
• Direction : Gérard Debicki
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 1993-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Étanchéité

Synthèse hydrothermale

Béton

Résumé

L'intérêt de l'utilisation d'un béton à haute performance dans la construction de la paroi de l'enceinte de confinement, sur le site nucléaire de Civaux, a été confirmé par les essais d'étanchéité: diminution de 50% du taux de fuite par rapport à un béton ordinaire à l'air sec à la température ambiante. Ce travail a pour but d'étudier le comportement thermo hydrique de ce béton lorsqu'il est exposé sur une face à des chargements accidentels, allant jusqu'à 200°C en température et 15 bars en pression, avec un milieu ayant un degré d'humidité élevé. A la recherche de mesures représentatives, des transferts d'humidité et de chaleur dans la paroi de béton sous conditions accidentelles, des essais ont été effectués sur des éprouvettes ayant l'épaisseur de l'enceinte (1,3 rn). La mise au point d'un banc d'essai permettant ces essais a été la première étape du travail expérimental. Les champs de température, de pression et d'humidité pendant les essais ont été obtenus et la capacité d'étanchéité à la vapeur d'eau de la paroi a été analysée. La détermination des distributions de teneur en eau dans le béton exposé à la température a nécessité la mise au point d'un capteur d'humidité en mortier autoclavé, en utilisant une méthode électrique (résistive). Les paramètres majeurs influençant le comportement thermo hydrique du béton lors d'un chargement accidentel sont identifiés et il est montré que la zone touchée par l'accident (avancement de l'isotherme de 100°C, migration de la vapeur d'eau et développement de la pression) ne dépasse pas 25% de l'épaisseur de la paroi et que l'accident, par l'humidification des pores, améliore progressivement la capacité d'étanchéité du matériau durant l'accident. Il est montré que la présence d'une humidité élevée dans l'enceinte, en même temps que la température est favorable au développement de micro pores connectés dans le béton sans modifier la porosité totale. Ceci indique que le béton n'a pas été structurellement endommagé par les scénarios étudiés. Le travail de modélisation a consisté à adapter un modèle du transfert couplé de masse et de chaleur, destiné originalement à un béton ordinaire, au béton à haute performance utilisé dans le cadre de ce travail. Pour cela, les résultats des études de caractérisation de ce béton effectuées dans le cadre de cette thèse ont été utilisés. Le modèle permet la prise en compte des phénomènes observés et une quantification acceptable des principales valeurs. Une analyse paramétrique permet de cerner ses limites. Ce travail apporte des informations sur le comportement d'une paroi de béton vis à vis des mécanismes de transfert lorsque celle-ci est chauffée avec de la vapeur d'eau, cas comparé à celui d'un chauffage radian, largement commenté dans la littérature.

The interest of use of High Performance Concrete in the construction of the containment wall of the nuclear power plant of Civaux (in France) has been confined by the satisfactory level of leak tightness integrity of this type of concrete under leakage test at 0. 5 MPa in dry air at room temperature. The aim of this work is to study the hygrothermal behaviour of the used concrete exposed to accidental conditions leading to high temperatures and high steam pressures (200°C and 15 bars). In order to obtain the representative measurements, during heat and mass transfer in the concrete under accidental conditions, the tests have been carried out in the cylindrical specimens having the same height as the thickness of containment wall of nuclear power plant (1. 3 m). The design and fabrication of test equipment allowing to accidental simulations were the first phases of this work. The temperature, pressure and moisture distributions have been measured and the leak tightness integrity of concrete has been analysed during testing. In order to obtain the moisture propagations in the concrete exposed to high temperature, it was necessary to design a moisture meter in autoclaved mortar, using a resistive electrical method. The main parameters affecting the hygrothennal behaviour of concrete under accidental situations have been identified and it is shown that the thickness of wall which is touched by accident (i. E. Temperature higher than 1 00°C, vapor water penetration and pressure induced) is about 25% of wall thickness. It is also observed that leak tightness integrity of wall has been improved during testing by the wetting due to vapor water penetration. Besides, the test results of mercury porosimetry of concrete confirms that accidental conditions by heating at high steam pressure (similar to autoclaving process), increase the density of pore network of testing concrete. That means, at least the microstructure of material is not damaged by testing. Numerical investigation consists in adapting a heat and mass transfer mode (TEMPOR. 2), to high performance concrete, which has been intended for ordinary concrete. To do so, the test results of concrete characterization obtained during this work have been employed. The analysis of numerical results shows that a modified model could be used in the case of high performance concrete. Finally, theoretical results associated with experimental obtained permit to describe more clearly the difference between concrete behaviour under heating (temperature) or under accidental conditions (temperature and steam pressure).