Ecarts entre la perm´eabilit´e `a l’eau et la perm´eabilit´e au gaz des b´etons 75 ´

Dans les conditions d’application de la loi de Darcy, la perm´eabilit´e intrins`eque est th´eoriquement ind´ependante de la nature du fluide (voir la section pr´ec´edente, eq.3.58 et eq.3.66). C’est effectivement ce que l’a constat´e sur certains mat´eriaux insensibles `a la pr´esence eau, par exemple Klinkenberg [Klinkenberg41]. Par contre, lorsqu’on fait des mesures exp´erimentales de perm´eabilit´e sur des b´etons, on peut obtenir des mesures de perm´eabilit´e intrins`eque qui divergent fortement lorsque l’essai est effectu´e avec du gaz ou avec du liquide. Par exemple, une mesure de perm´eabilit´e intrins`eque sur des b´etons cou- rants (de r´esistance caract´eristique en compression `a 20 jours de 30MPa) peut donner des

r´esultats de l’ordre de 10−16_{− 10}−17_m2 _{en faisant la mesure avec un gaz tel que l’azote ou}

l’oxyg`ene, et de l’ordre de 10−18_{− 10}−19_m2 _{en faisant les mesures avec l’eau.}

On pr´esente dans la suite quelles sont les hypoth`eses les plus communes qui peuvent expliquer une telle diff´erence de r´esultats entre les mesures avec l’eau et avec le gaz.

3.6.3.1 Sous-´evaluation de la perm´eabilit´e `a l’eau

Lors de mesures de perm´eabilit´e `a l’eau, deux raisons peuvent conduire `a une sous- ´evaluation de la perm´eabilit´e du b´eton test´e :

– La r´eactivit´e du fluide vis `a vis du milieu poreux

– Les difficult´es de mesure de d´ebits tr`es faibles, et/ou l’application de gradients de pression importants

En pratique la perm´eabilit´e `a l’eau pr´esente l’avantage d’ˆetre plus repr´esentative du mat´eriau en service. Cependant, le principal inconv´enient de la perm´eabilit´e `a l’eau r´eside dans le fait que l’eau n’est pas totalement inerte vis `a vis de la pˆate de ciment [Alarcon03]. Les compos´es

hydrat´es de la pˆate de ciment forment un milieu basique prononc´e. La plus grande partie des milieux fluides pr´esentent ainsi un comportement acide vis `a vis du b´eton. Les milieux acides agressifs pour le b´eton d´ebutent par les eau pures, s’´etendent aux eaux douces peu ou beaucoup charg´ees en dioxyde de carbone, puis aux pluies acides, pour s’achever aux acides min´eraux et organiques [Duval92]. Les interactions entre l’eau et la matrice cimentaire se tra- duisent entre autres par un ph´enom`ene de dissolution de la portlandite et par un ph´enom`ene de pr´ecipitation de carbonate de calcium, tr`es peu soluble, qui accroˆıt momentan´ement la compacit´e du b´eton en diminuant la section des pores [Duval92],[Edvarsen99].

Avec le terme ”autogenous healing” on d´ecrit l’ach`evement de l’hydratation de certains compos´es anhydres (clinker) qui a lieu lorsqu’on a un ´ecoulement d’eau et qui est souvent `a l’origine de la diminution rapide et importante du d´ebit d’eau traversant un ´echantillon de b´eton durant les premi`eres heures des essais de perm´eabilit´e. Ce ph´enom`ene est parti- culi`erement pr´esent dans des ´echantillons fissur´es [Edvarsen99].

La r´eduction du flux est aussi induite par des ph´enom`enes mineurs tel que [Hearn99] : – gonflement des hydrates (C-S-H)

– obturation des pores par des particules en suspension . . .

Ces types de ph´enom`enes produisent un v´eritable changement de la g´eom´etrie de la micro- structure du milieu poreux et donc, forc´ement, ont une cons´equence sur la mesure de la perm´eabilit´e intrins`eque.

La r´eactivit´e du fluide conduit alors `a une sous-´evaluation de la perm´eabilit´e du b´eton. Pour limiter cette influence il convient de consid´erer la perm´eabilit´e au tout d´ebut de l’essai ; cependant, le fait que la saturation de l’´echantillon soit alors tr`es souvent incompl`ete, consti- tue un autre facteur de sous-´evaluation de la perm´eabilit´e [Hearn99]. Edvarsen [Edvarsen99] soutient que pour des ´echantillons fissur´es, la diminution du d´ebit d’eau dans le temps sous un gradient de pression constant est surtout sensible au d´ebut des essais, dans les 200 premi`eres heures. D’autres ´etudes consid`erent la perm´eabilit´e du b´eton relative uniquement `a l’eau li- quide pour une percolation `a long terme. La perm´eabilit´e est alors d´etermin´ee pour des mesures de d´ebit plus stables, entre 14 et 20 jours [Aldea99-1],[Aldea99-2]. Il existe divers dispositifs exp´erimentaux permettant la mesure de la perm´eabilit´e `a l’eau d’´echantillons de b´etons ordinaires relativement perm´eables ou des b´etons fissur´es et endommag´es (ex. [Aldea99-1]). Par contre pour les b´etons `a faible perm´eabilit´e, notamment les BHP, il se r´ev`ele particuli`erement difficile de mesurer avec pr´ecision les d´ebits d’eau tr`es faibles qui traversent l’´echantillon.

3.6.3.2 Sur´evaluation de la perm´eabilit´e au gaz

On trouve encore parfois dans la litt´erature l’erreur qui consiste `a confondre la perm´eabilit´e

intrins`eque K et la perm´eabilit´e que l’on a appell´ee apparente K1 + _pb qui prend en

compte l’effet de glissement du gaz sur la paroi. Bamforth [Bamforth87] montre que les ´ecoulements par glissement qui s’op`erent dans un b´eton pour des pressions moyennes d’in- jection inf´erieures `a 5MPa peuvent alors conduire `a des ´ecarts importants.

Mais l’une des raisons les plus importants qui expliquent la diff´erence de mesure de perm´eabilit´e intrins`eque au gaz et au liquide, r´eside dans le fait que un pr´econditionnement des ´eprouvettes est n´ecessaire avant la mesure de la perm´eabilit´e. Il est donc n´ecessaire de faire subir aux ´echantillons un s´echage pr´ealable. D’ailleurs le s´echage peut faire varier la