Bien qu’on admette que les porosit´es globales d’un BHP ou d’un mortier `a fort rapport E/C, comme ceux que nous ´etudierons par la suite, soient tr`es ´eloign´ees, tous les mat´eriaux cimentaires, poss`edent des gammes de porosit´e qui s’´etalent sur diff´erentes ´echelles. Ainsi, la distribution poreuse du mat´eriau est compos´ee d’une porosit´e d´ependante de la composition et de la r´epartition granulaire (capillaires, interface pˆate de ciment-granulat appel´ee aussi aur´eole de transition ou ITZ2 en appellation anglo-saxone), du malaxage ou d’adjuvants entraineurs d’air (air entraˆın´e et air occlus), mais ´egalement d’une porosit´e intrins`eque relative aux hydrates (et particuli`erement au gel de C-S-H).
Une classification de la porosit´e est propos´ee dans la norme IUPAC3(tableau 1.1).
type taille du pore : r ( ˚A) macropore r ≥ 500
mesopore 20 ≤ r ≤ 500 supermicropore 7 ≤ r ≤ 20
ultramicropore r ≤ 7
TAB. 1.1: Classification de la porosit´e selon la norme IUPAC
2Interfacial Transition Zone
Cependant, cette classification est tr`es peu respect´ee et au vu des synth`eses vari´ees trouv´ees dans la litt´erature sur ce sujet, il semble bien difficile de distinguer clairement ces diff´erentes po-rosit´es. En effet, les fronti`eres entre celles-ci varient beaucoup d’un auteur `a l’autre. N´eanmoins, nous les avons class´ees de la mani`ere suivante, en choisissant d´elib´er´ement des intervalles d’´echelles assez larges :
– La porosit´e du gel de C-S-H (entre 0,1 et 50 nm environ). D’apr`es Powers, cette porosit´e est intrins`eque au gel de C-S-H et sa valeur se situe autour de 28 %. D’apr`es Baroghel-Bouny (Baroghel-Baroghel-Bouny 1994 [15]), certains mod`eles de la litt´erature diff´erencient les pores inter-cristallites des pores intra-cristallites. Les premiers sont situ´es entre les par-ticules de gel tandis que les seconds sont extrˆemement petits (quelques Angstr¨oms) et situ´es `a l’int´erieur mˆeme des particules. Toujours d’apr`es Baroghel-Bouny, la fronti`ere entre ces deux porosit´es est assez floue et n’a jamais ´et´e clairement ´etablie. Toutefois, le mod`ele de Feldman et Sereda (Feldman et Sereda 1968 [9]) propose de repr´esenter ces deux types de porosit´e. Sur la figure 1.2, on remarque les espaces fins entre les feuillets (porosit´e intra-cristallites) et les vides cr´e´es par l’empilement d´esordonn´e de ces derniers (porosit´e inter-cristallites).
L’´etude par RMN du proton r´ealis´ee par Porteneuve (Porteneuve 2001 [16]) a permis d’affiner la description de cette gamme de porosit´e. Elle a montr´e que pour des pores inf´erieurs `a 5 nm, on se siturait plutˆot dans la gamme des pores inter lamellaires. Tandis que pour des pores compris entre 5 et 10 nm, il s’agirait davantage de d´efauts d’empile-ment des cristallites. Les pores compris entre 10 et 50 nm, quant `a eux, r´esulteraient de lacunes de crsitallites.
La n´ecessit´e d’expliquer certains constats d’exp´erience a pouss´e d’autres auteurs `a mod´eliser la structure des C-S-H et de ce fait la porosit´e inter-cristallites. C’est le cas de Jennings (Jennings 2000 [17]) qui, avec sa repr´esentation des amas d’hydrates par des sph`eres de 2 nm de diam`etre (cf. paragraphe 3.1.2), tente d’expliquer les importantes dispersions dans les mesures de surfaces sp´ecifiques par adsoprtion d’eau ou d’azote. La porosit´e des C-S-H (LD) serait perm´eable `a l’azote alors que celle des C-S-H (HD) demeurerait inaccessible comme l’illustre la figure 1.4.
FIG. 1.4: Repr´esentation des deux types de C-S-H, Low Density (LD) `a gauche et High Density (HD) `a droite, tir´ee de (Thomas et Jennings 2006 [18])
cat´egorie une tr`es large gamme de dimensions de pores, notamment `a cause de la dispersion importante des r´esultats de porosit´e obtenus avec diff´erentes techniques exp´erimentales (porosim´etrie par intrusion de mercure, adsortpion d’azote ou diffusion aux petits angles). Ils sont g´en´eralement d´ecrit comme les vestiges des espaces intergra-nulaires de la pˆate fraiche (Baroghel-Bouny 1994 [15]). Au fur et `a mesure de l’hydra-tation, cette porosit´e est combl´ee par la formation des produits de la r´eaction. Ainsi, elle n’est donc pas intrins`eque au mat´eriau et est sensible aux param`etres tels que la compa-cit´e granulaire o`u le rapport E/C. Dans les b´etons `a hautes ou tr`es hautes performances, on retrouve par cons´equent beaucoup moins de pores capillaires et ceux-ci ont un mode poreux d´ecal´e vers les plus petits pores par rapport `a un b´eton ordinaire.
On recense ´egalement dans cette cat´egorie les grains de Hadley, d´ecouverts par le scienti-fique du mˆeme nom. Cette porosit´e correspond au vestige de l’espace occup´e par le grain de ciment apr`es sa dissolution totale, laissant une coquille compos´ee d’inner-C-S-H vide. Une illustration de cette porosit´e est pr´esent´ee en figure 1.5.
FIG. 1.5: Grain de Hadley originel d´ecouvert par Hadley dans sa th`ese, tir´e de (Diamond 1999 [19])
– La porosit´e grossi`ere (entre 10 µm et 1 mm environ). Dans cette gamme de porosit´e, on retrouve les vides ou bulles d’air entrain´e lors du malaxage, ainsi que la porosit´e li´ee `a l’aur´eole de transition. Cette derni`ere, dont les dimensions des pores se situent entre 20 et 50 nm, est tr`es d´ependante du rapport E/C et de la compacit´e du mat´eriau. Ainsi, cette aur´eole n’existe quasiment pas dans un b´eton `a haute ou tr`es haute performance. La porosit´e induite par l’air entrain´e est quant `a elle tr`es d´ependante de la m´ethode de malaxage et d’adjuvants tels que les entraineurs d’air ou diff´erents polym`eres pouvant ˆetre introduits dans la composition du mat´eriau (cf. paragraphe 7).
4 Variations volumiques d ˆues `a l’hydratation
Lorsqu’un ´echantillon est prot´eg´e de toute dessiccation, on parle alors de conditions en-dog`enes, il subit des variations volumiques uniquement li´ees `a la r´eaction d’hydratation. Celles-ci sont prinCelles-cipalement de deux natures, une est d’origine chimique et l’autre est un processus purement physique.