Modélisation et simulation numérique multi-échelles des propriétés de transport des milieux poreux : application aux bétons

Modeling and multiscale numerical simulation of transport properties of porous media: application to concrete

• Auteur / Autrice : Mazen Israel
• Direction : Benoît Bary
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Inscription en doctorat le 15/12/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service de Corrosion et du Comportement des Matériaux dans leur Environnement
• Partenaire(s) de recherche : référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation

Béton

Simulation numérique

Modeling

Concrete

Numercial simulation

Résumé

Le béton est le matériau le plus utilisé pour la réalisation des structures de génie civil car il présente une grande adaptabilité qui lui permet d'atteindre de grandes résistances mécaniques. Dans le contexte de l'extension de la durée d'exploitation de ces structures, l'évaluation des interactions physico-chimiques du béton avec son environnement s'avère fondamentale. En particulier, la question des propriétés de transport du béton est une problématique majeure car elles conditionnent la vitesse de pénétration des agents agressifs (CO2, ions chlorures, sulfates etc.) susceptibles de dégrader fortement le matériau et donc de porter atteinte à la durabilité des structures. Par la présence des granulats, l'évaluation des propriétés de transport des bétons est très complexe. Cette thèse se focalise donc sur l'évaluation des propriétés de transport des bétons et plus particulièrement sur l'influence de la présence des granulats (sable et gravier) et son objectif est de se doter d'outils pour décrire explicitement les effets des inclusions granulaires sur le transport. Le travail de thèse comportera deux parties complémentaires : la première partie visera à acquérir un jeu de données expérimentales cohérent pour nourrir le second volet de modélisation et simulation numérique. La première partie débutera par la préparation des matériaux de l'étude au moyen d'une méthode originale permettant de séparer les différentes échelles d'inclusions granulaires tout en conservant la représentativité par rapport au béton. Toutes les données acquises au cours de la partie précédente seront utilisées dans le cadre d'une approche de modélisation et de simulation numérique multi-échelles. La microstructure sera représentée de l'échelle des C-S-H jusqu'à celle du béton de façon à pouvoir estimer les propriétés de transport à chacune des échelles considérées.

Concrete is the most widely used material for civil engineering structures because of its great adaptability, which allows it to reach high mechanical resistances. In the context of the extension of the service life of these structures, the evaluation of the physicochemical interactions of concrete with its environment is fundamental. In particular, the question of the transport properties of concrete is a major issue because they condition the speed of penetration of aggressive agents (CO2, chloride ions, sulphates, etc.) likely to strongly degrade the material and thus affect the durability of structures. Due to the presence of aggregates, the evaluation of the transport properties of concrete is very complex. This thesis focuses on the evaluation of the transport properties of concrete and more particularly on the influence of the presence of aggregates (sand and gravel) and its objective is to develop tools to describe explicitly the effects of granular inclusions on transport. The thesis work will consist of two complementary parts: the first part will aim at acquiring a coherent set of experimental data to feed the second part of modeling and numerical simulation. The first part will start with the preparation of the study materials by means of an original method allowing separating the different scales of granular inclusions while keeping the representativeness with respect to concrete. All the data acquired during the previous part will be used in a multi-scale numerical modeling and simulation approach. The microstructure will be represented from the C-S-H scale to the concrete scale in order to be able to estimate the transport properties at each of the scales considered.