Mécanismes de dégradation des bétons lors de l'interaction corium-béton

Concrete's degradation mechanisms during a molten corium-concrete interaction

• Auteur / Autrice : Helena Mastori
• Direction : Mickaël Antoni, Pascal Piluso
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Physique théorique et mathématique
• Date : Soutenance le 11/03/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Matériaux divisés, interfaces, réactivité, électrochimie (MADIREL) (Marseille) - CEA Cadarache (Bouches-du-Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Renaud Denoyel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marianne Balat-Pichelin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : André Nonat, Agnès Smith

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermogravimétrie

Corium

Pyrolyse

Béton armé -- Carbonatation

Béton -- Détérioration

Mots clés libres

Interaction Corium-Béton

Métaux

Dégradation thermique

Thermogravimétrie

Porosité

Tortuosité

Oxydes

Fusion

Molten Corium-Concrete Interaction

Metal

Oxides

Melt

Thermal degradation

Thermo-Gravimetry

Porosity

Tortuosity

Résumé

Cette thèse porte sur la caractérisation de bétons siliceux (S) et silico-calcaires (SC) lorsqu’ils sont exposés à des températures élevées. Une hypothèse motivant ce travail est que la compréhension de la dégradation des propriétés de ces bétons, en avance du front de fusion, pourrait apporter de nouvelles pistes pour interpréter les résultats de ces expériences. Des échantillons n’ayant jamais été mis en contact avec des métaux/oxydes en fusion ont d’abord été étudiés. La thermogravimétrie, la porosimétrie par intrusion de mercure et l’impédancemétrie complexe ont été utilisées pour décrire leurs propriétés après qu’ils ont été soumis à des températures pouvant atteindre 1000°C. Les résultats de l'ATG ont permis l’identification de domaines de température dans lesquels des mécanismes de dégradation spécifiques sont activés. Ceux de porosimétrie ont montré que les volumes poreux et la taille typique des pores augmentent de manière importante avec la température. Il est par ailleurs démontré qu’à 1000°C, la surface d’échange des bétons SC est deux fois plus importante que celle des bétons S. Enfin, les tortuosités élevées obtenues par impédancemétrie suggèrent une topologie des réseaux poreux d’une grande complexité. Dans une deuxième partie de cette thèse, les échantillons de bétons étudiés ont été préalablement mis en contact avec des métaux et/ou des oxydes en fusion. Ils ont été analysés par tomographie X ou par microscopie électronique à balayage. Aucun phénomène d’imprégnation des phases métal/oxyde n’a pu être observé. Des signatures de possibles phénomènes de percolation de ces phases par des mécanismes de décarbonatation ont toutefois été mises en évidence

This thesis deals with the characterization of siliceous (S) and limestone-siliceous (SC) concretes when exposed to high temperatures. The understanding of the degradation of their properties, in advance of the melt front, is the hypothesis that motivates this work since it could bring new avenues to interpret the results of these experiments. Samples that have never been in contact with molten metals/oxides were first studied. Thermo-gravimetry, mercury intrusion porosimetry and complex impedancemetry were used to describe their properties after they were subjected to temperatures up to 1000°C. Thermo-gravimetric analyses allowed the identification of temperature domains in which specific degradation mechanisms are activated. Those of porosimetry showed that porous volumes and typical pore sizes increase significantly with the temperature. It is also demonstrated that at 1000°C, the exchange surface of SC concretes is twice as large as that of Sconcretes. Finally, the high tortuosity obtained by impedancemetry suggests a topology of porous networks of great complexity. In a second part of this thesis, the studied concrete samples were previously in contact with molten metals and/or oxides. They were analysed by X-ray tomography or scanning electron microscopy. No phenomenon of impregnation of the metal/oxide phases could be observed. Signatures of possible phenomena of percolation of these phases by decarbonation mechanisms have however been demonstrated