Simulation du vieillissement des matériaux cimentaires par une modélisation chimio-poromécanique (diffusion-précipitation-fissuration)

National audienceDans le cadre de l’extension de la durée de vie des centrales nucléaires, différents travaux de recherche visent àévaluer le vieillissement des matériaux cimentaires sur les capacités de confinement de l’enceinte des réacteursnucléaires. L’objectif est ici la compréhension, à l’échelle des granulats, de l’impact de la Réaction SulfatiqueInterne (RSI) sur les paramètres matériaux (coefficient de diffusion et ténacité apparente du béton).La RSI est une pathologie endogène issue d’une exposition à des températures supérieures à 65°C au jeune âgeet un milieu à forte humidité relative. Au jeune âge, une espèce solide, l'ettringite, est dissoute et les ions laconstituant sont en partie adsorbés par la matrice de la pâte de ciment (C-S-H). L'environnement induit lelessivage des alcalins et la désorption des ions. Une fois en solution, l’ettringite précipite dans les pores dumatériau durci entraînant des gonflements locaux dans la pâte de ciment et une fissuration par déformationsdifférentiées. Les fissures créées constituent alors le lieu privilégié d’une nouvelle précipitation d’ettringite [1].Une modélisation chimio-mécanique est mis en œuvre. Le modèle prend compte la diffusion d’espècesentraînant la précipitation de l’ettringite et la mise sous pression du milieu. La désorption des sulfates par lelessivage des alcalins et la concentration d’ettringite sont estimées par un modèle chimique simple. Unesurpression locale est évaluée pour alimenter le modèle microporomécanique de la pâte de ciment et la loi depression post-rupture. Un modèle cohésif permet de traduire la fissuration du milieu par déformation différentiéeainsi que l'impact de la mise sous pression des fissures. Le modèle cohésif avec gonflement post-rupture, prenden compte les composantes normales et tangentes du saut de déplacement sur les lèvres de la fissure [u] etintroduit progressivement une pression post rupture p. Pour une fissure de normale n le vecteur contraintecohésif (Radh) dépend d'une variable d'endommagement surfacique β (β=1: interface saine, β=0 : interfacerompue) via un tenseur d'élasticité surfacique endommageable K(β) (avec a>0) :Radh=K(β)[u] - (1-β)^a p nLe modèle est appliqué sur différents tests issus de la littérature. Il est étudié en particulier l'impact desconditions aux limites (chimiques et mécaniques), la composition et la dégradation du matériau sur la cinétiqued'expansion. Afin d'étudier l'influence de la fissuration sur la cinétique d'expansion, le modèle prendra en comptel'influence de la fissuration sur la diffusion des espèces chimiques.[1] X. Brunetaud, Étude de l’influence de différents paramètres et de leurs interactions sur la cinétique etl’amplitude de la réaction sulfatique interne au béton, PhD thesis, École Centrale des Arts et Manufactures,2005