Etude du séchage du béton : application aux colis de déchets radioactifs

Drying behavior of concrete : application to nuclear waste packages

• Auteur / Autrice : Ginger El tabbal
• Direction : Patrick Dangla, Matthieu Vandamme
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 02/10/2020
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Paris-Est)
• Jury : Président / Présidente : Farid Benboudjema
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Dangla, Matthieu Vandamme, Jan Carmeliet, Frédéric Skoczylas, Alain Sellier, Marina Bottoni, Benoît Coasne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jan Carmeliet, Frédéric Skoczylas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Séchage

Propriétés physico-chimiques

Béton

Mots clés libres

Retrait de dessiccation

Milieux poreux

Béton

Drying shrinkage

Porous medium

Concrete

Résumé

EDF travaille actuellement sur de multiples projets concernant la durabilité des structures en béton. Parmi ces projets, un programme de recherche se concentre notamment sur le comportement au séchage d'un béton à haute performance utilisé pour la fabrication de coques pour des colis de déchets radioactifs. Le colis d'intérêt, noté C1PGSP, sera dans un premier temps conservé dans une installation d’entreposage, puis stocké à Cigéo, le futur centre de stockage souterrain pour les déchets radioactifs de moyenne et haute activité à vie longue en France.Pendant la phase d’entreposage, la coque constituée de béton "F44Adj" (formulation EDF) sera soumise à une humidité relative qui pourrait être inférieure à 50% et à une température ambiante relativement élevée (pouvant atteindre 50°C). Dans ces conditions, l’impact du séchage sur les propriétés mécaniques du béton doit être vérifié. EDF est ainsi tenue de vérifier que le colis ne présente pas de risque de fissuration de la coque en béton lié à une restriction structurelle des déformations.L’objectif global de cette thèse est de fournir un nouveau modèle poromécanique qui étudie le risque de fissuration du béton causé par le retrait de séchage.Des travaux de modélisation antérieurs basés sur un formalisme thermo-hydro-mécanique (THM) classique ont montré la nécessité d'une meilleure compréhension du comportement au séchage du béton. En effet, les modèles THM basés sur les travaux poromécanique de Biot, Terzaghi et puis Coussy et al. (2003) se sont avérés valables uniquement pour des humidités relatives supérieures à 50% (Wyrzykowski et al. 2017). Dans le cadre actuel de la thèse, il s'agit donc d'étendre et d'adapter ces modèles pour des humidités plus faibles. Cette adaptation passe par l’introduction dans le modèle des phénomènes d'adsorption des molécules d'eau à la surface des pores du béton, et par la prise en compte de son effet sur le couplage hydro-mécanique.La cinétique de séchage du béton a un impact sur la cinétique de retrait de dessication. Les modèles de transfert existants sont examinés et discutés quant à leur applicabilité aux bétons à hautes performances (tels que le béton F44Adj). Ainsi, deux chapitres de cette thèse sont consacrés au phénomène de rétention d'eau et aux propriétés de transfert du béton.Enfin, la connaissance des propriétés du béton F44Adj sont nécessaires pour modéliser correctement le comportement au séchage. Pour cette raison, EDF a mis en place un programme expérimental afin de fournir les données nécessaires à la calibration des paramètres de transfert, ainsi que pour valider le modèle poromécanique proposé. Ainsi, une grande partie de chaque chapitre est consacrée à la description et à l'analyse des résultats expérimentaux, puis à la calibration des paramètres du modèle.Le modèle proposé est finalement appliqué à la simulation du séchage d’un colis C1PGSP ; les résultats obtenus par ce nouveau modèle sont comparés à ceux issus de simulations plus anciennes, réalisées par EDF.

EDF is currently working on multiple projects concerning the durability of concrete structures. Among these projects, a research program focuses in particular on the drying behavior of a high performance concrete used as a shell for nuclear waste packages. The package of interest noted as C1PGSP, will be at first conserved in a storage facility and then disposed of at Cigéo, i.e. the future underground disposal facility for long term radioactive waste in France.During the storage phase, the “F44Adj” concrete shells will be submitted to relative humidity that could be lower than 50% and a relatively high ambient temperature (attaining 50°C). Under these conditions, the impact of drying has to be evaluated and EDF is required to verify the package against the risk of cracking of the concrete shell due to structural restraining of strains.The overall objective of this thesis is to provide a new valid poromechanical model that can be used to study the risk of cracking of the concrete shell caused by the restriction of drying shrinkage.Previous modelling works based on a classical Thermo-Hydro-Mechanical (THM) formalism have shown the need of a better understanding of the drying behavior of concrete, in particular to what concerns the hydromechanical coupling. As a matter of fact, the THM models based on the poromechanical works of Biot, Terzaghi and then Coussy et al. (2003), are proven to be only valid for a relative humidity higher than 50% (Wyrzykowski et al., 2017). In this thesis, we propose a new poromechanical model that extends and adapts those models to a lower relative humidity. This result is obtained by introducing the mechanism of adsorption of water molecules on the pores surface and its effect on the hydro-mechanical coupling.Apart from the hydromechanical coupling, the drying kinetics of the concrete impacts the kinetics of shrinkage. The existing models of water transfer are examined and discussed with respect to their applicability to high performance concretes (such as the F44Adj). Hence, two chapters of this thesis are devoted to the water retention phenomenon and to the transfer properties of the concrete.Finally, material properties are necessary to correctly model the drying behavior of the F44Adj concrete. For this reason, EDF has established an experimental program in order to obtain the data necessary to calibrate the transfer parameters as well as to validate the proposed poromechanical model. Hence, a large section of each chapter is dedicated to the description and analysis of experimental results, then to calibration of the model parameters.The proposed model is finally applied to simulate the drying of the C1PGSP package under storage conditions; results are compared with those obtained in older simulations performed at EDF.