Modélisation des transferts hydriques dans les milieux poreux partiellement saturés par homogénéisation périodique : Application aux matériaux cimentaires

Modeling moisture transfer in unsaturated porous media by periodic homogenization : Application to cementitious materials

• Auteur / Autrice : Walid Mchirgui
• Direction : Olivier Millet, Ouali Amiri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique - Génie civil
• Date : Soutenance le 10/05/2012
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences pour l'environnement Gay Lussac
• Jury : Président / Présidente : Jean-Louis Auriault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Nicot, Abdelkarim Ait-Mokhtar, Rafik Belarbi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Moulay Saïd El Youssoufi, Dashnor Hoxha

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux poreux

Ciment

Mots clés libres

Milieux poreux partiellement saturés

Transport d'humidité

Homogénéisation périodique

Matériaux cimentaires

Équation de Richards

Unsaturated porous media

Moisture transport

Periodic homogenization

Cement-based materials

Richards equation

Résumé

L'objectif de ce travail est d'obtenir, par homogénéisation périodique, des modèles macroscopiques de transfert hydrique dans les milieux poreux partiellement saturés à partir des équations de transfert de l'eau liquide et de vapeur d'eau écrites à une échelle microscopique. La dimensionnalisation des équations fait apparaître naturellement des nombres sans dimension caractérisant les problèmes de transfert hydriques dans les milieux partiellement saturés. Nous nous sommes intéressés à trois différents régimes de transfert (diffusion de vapeur prédominante, couplage diffusion/convection, convection de l'eau liquide prédominante). Pour chaque modèle homogénéisé, nous avons obtenu une expression différente du tenseur de diffusion hydrique homogénéisé. Nous avons ensuite calculé les tenseurs de diffusion hydrique homogénéisés obtenus dans les deux régions hygroscopique et super-hygroscopique, sur des géométries plus ou moins complexes décrivant la microstructure en 2D et 3D. Des comparaisons avec des valeurs expérimentales ont été ensuite effectuées. Pour finir, une résolution numérique de l'équation de transfert hydrique macroscopique homogénéisée a été effectuée en se basant sur les données expérimentales d'un béton BHP.

We propose in this work to construct, by periodic homogenization, macroscopic models of moisture transfer in unsaturated porous media. To do this, the liquid water and water vapor transport equations are averaged from the microscopic scale. The dimensional analysis of transport equations naturally lets appear dimensionless numbers characterizing the moisture transfer in unsaturated porous media. Three different transfer regimes are addressed (predominant water vapor diffusion, coupling diffusion / convection, predominant liquid water convection). For each transfer regime, the associated homogenized moisture diffusion tensor has a different expression. Then, the homogenized moisture diffusion tensors are calculated in both hygroscopic and super-hygroscopic regions on several geometries with varying complexity, describing 2D and 3D microstructures. Comparisons with experimental values are also addressed. Finally, based on experimental data of a BHP concrete, a numerical resolution of the homogenized macroscopic moisture transfer equation is performed.