La mesure de la déformation endogène

 [I-56]

où _rele retrait endogène, h est l’humidité relative interne. La même relation a été proposée pour modéliser le retrait de dessiccation [Wittmann et Roelfstra, 80][Xi et al., 94].

D’autres mécanismes comme la variation de l’énergie de surface des particules colloïdales (tension de surface) ou les pressions de disjonction sont également proposés par la littérature. Cependant ces phénomènes semblent n’intervenir que dans le cas où l’humidité relative interne est faible ce qui n’est pas le cas lors de l’auto-dessiccation. De surcroît, Acker [Acker, 03] indique que pour une humidité relative de 75%, les dépressions capillaires peuvent atteindre 30MPa montrant ainsi que les dépressions capillaires sont suffisantes pour provoquer les déformations de retrait d’auto- dessiccation.

c. Le gonflement ettringittique

Au début de l’hydratation, le retrait d’auto-dessiccation peut être compensé par des phénomènes de gonflement. Pour des ciments dits expansifs et d’après Nagataki et Gomi [Nagataki et Gomi, 98], l’expansion peut atteindre quelques centaines de μm/m. L’aluminate de calcium ajouté au ciment Portland afin d’augmenter la formation d’ettringite peut également avoir une influence sur ce phénomène [Bentz et al., 01]. Dans ces ciments, le gonflement serait dû à la pression générée par la formation orientée des cristaux d’ettringite. D’autres facteurs pourraient être à l’origine du gonflement des pâtes de ciments tels que le dosage en chaux libre (CaO) et en magnésium (MgO) selon Taylor [Taylor, 90].

2. La mesure de la déformation endogène

Bien que les mécanismes responsables du retrait endogène des bétons semblent être désormais connus et admis par l’ensemble de la communauté scientifique, la mesure de celui-ci reste problématique et ne fait pas l’unanimité. En effet, les mesures du retrait endogène en condition de laboratoire présentent de nombreux artefacts ayant des conséquences non-négligeables sur l’évolution de ce retrait. Ces artefacts viennent de la définition même du retrait endogène puisqu’il s’agit d’un retrait qui doit se dérouler sans échange hydrique avec l’extérieur, sans variation de température et sans que le retrait ne soit gêné par le contact avec le support de l’échantillon. Une bonne synthèse des différents artefacts pour chaque méthode de mesure est disponible dans [Bouasker, 07] et [Stefan, 09].

Dans la littérature, il existe deux grands types de mesure à savoir les mesures volumiques (par suivi du niveau du liquide d’immersion ou par pesée hydrostatique) et les mesures linéiques (horizontales ou verticales). Les mesures volumiques actuellement utilisées (essentiellement par pesée hydrostatique) ne permettent pas de tester des échantillons de béton. Même s’il est possible, à partir de mesures de retrait endogène sur pâte de ciment ou mortier, de remonter au retrait endogène d’un béton (par exemple par le modèle trisphère [Leroy, 96]), selon Bissonnette et Marchand [Bissonnette et Marchand, 04], les résultats d’Hammer et al. [Hammer et al., 01] démontrent que le retrait d’autodessiccation du béton ne peut être prédit de manière fiable à partir de la connaissance du retrait de sa pâte constitutive. Dans notre étude, nous nous intéressons au comportement macroscopique du béton et nous nous bornerons donc dans cette partie bibliographique à présenter succinctement les méthodes linéiques utilisables sur béton.

a. Essais linéiques horizontaux

La mesure linéique horizontale consiste à mesurer la déformation longitudinale d’un échantillon coulé dans un moule horizontal. Le principal artefact de ce type de mesure réside dans la présence de frottements entre l’échantillon et le moule. Evidemment, il est possible de limiter ce contact (lubrification des parois, utilisation de téflon,…) cependant, la présence de forces de frottements ne peut pas être complètement évitée et la mesure ainsi réalisée sous-estimera d’autant le retrait endogène.

Bjøntegaard [Bjøntegaard, 99] a utilisé des capteurs LVDT en contact direct avec des plots d’ancrage fixés dans l’éprouvette. Néanmoins, les mesures ne commencent qu’à l’instant où le matériau est suffisamment rigide et on ne mesure donc pas les déformations avant la prise.

Figure I-37 : Système de mesure avec des inserts [Bjøntegaard, 99]

Morioka et al. [Morioka et al., 99] ont remplacé les capteurs de déplacement de type LVDT par des capteurs laser permettant de mesurer des déformations même au très jeune âge, dès la fin du coulage.

Figure I-38: Système de mesure avec des capteurs sans contact [Morioka et al., 99] b. Essais linéiques verticaux

En 1995, Jensen et Hansen [Jensen et Hansen, 95] ont développé un banc d’essai pour mesurer le retrait horizontal basé sur l’utilisation de moule composé de tube flexible mais cette méthode ne convenait pas au béton. Ils ont donc modifié leur système [Jensen, 05] afin de mesurer le retrait vertical des composés cimentaires.

Figure I-39 : Système de mesure vertical avec un tube flexible [Jensen, 05]

Figure I-40 : Dispositif expérimental de retrait linéique vertical [Boulay, 07]

[Boulay, 07] a également développé un dispositif de mesure de retrait endogène en vertical (applicable aussi pour mesurer le coefficient de dilatation thermique). Il est composé de deux platines ancrées aux extrémités de l’éprouvette (Figure I-40), dont le déplacement relatif est enregistré par un capteur de déplacement. Le moule est constitué d’une enveloppe en caoutchouc en forme « d’accordéon » qui permet de suivre les déformations de l’éprouvette dès le très jeune âge. L’ensemble est ensuite immergé dans un bain d’eau thermostaté.

[Le Roy, 96] et [Craeye et de Schutter, 06] ont utilisé des moules en téflon placés dans une chambre climatique à 20°C. La déformation endogène est ensuite mesurée par des capteurs LVDT. Selon [Bouasker, 07], cette méthode présente des évolutions thermiques de l’échantillon plus important que dans le cas d’une immersion dans un bain thermostaté.

c. Facteurs influençant l’amplitude du retrait endogène

Les différentes méthodes utilisées dans la littérature présentent chacune des artefacts différents et plus ou moins importants rendant délicate l’étude quantitative des facteurs influençant l’amplitude du retrait endogène. Néanmoins, il apparait clairement que les facteurs suivants ont une influence sur le retrait endogène :

 le rapport e/c : plus il est faible, plus le retrait est élevé [Miyazawa et Tazawa, 05][Garcia-Boivin, 99][Holt, 01][Baroghel Bouny et al., 06] [Stefan, 09]

 La fraction volumique de granulats : plus elle est élevée, plus le retrait est faible [Baron, 71][Tazawa et Miyazawa, 98][Bouasker, 07][Holt, 01]

 Le type de ciment : d’après les travaux de Bouasker [Bouasker, 07] le CEM III aurait un retrait plus important que le CEM I et que le CEM II.

D’autres facteurs, au contraire, semblent ne pas (ou peu) avoir d’influence sur le retrait endogène :

 La taille de l’échantillon [Mounanga, 04][Mitani, 02]

 La nature des granulats [Bouasker, 07]

 Le temps de vibration, la quantité l’air occlus [Mitani, 02]

Finalement, l’effet de la température reste lui incertain. Selon Lura [Lura, 03], l’amplitude ne dépend pas nécessairement de la température. Pour Turcry [Turcry et al., 02] une relation systématique entre les déformations endogènes et la température ne peut être obtenue. Bjøntergaard [Bjøntergaard, 99] observe des déformations plus importantes des bétons gardés à 5 et à 13°C que pour ceux gardés à 20°C (Mounanga et al. [Mounanga et al., 06] ont obtenu des résultats similaires pour des pâtes de ciment). Une explication plausible à l’ensemble de ces résultats consiste à dire qu’en-dessous d’une certaine valeur seuil (non définie) l’amplitude du retrait est affectée alors qu’au dessus, seule la cinétique de développement du retrait endogène est influencée par la température.

d. Modélisation simplifiée du retrait endogène

Le retrait endogène est une conséquence de l’hydratation. Plusieurs modèles simples existent, parmi lesquels celui de Acker [Acker, 97] basé sur la résistance en compression mais majoritairement on retrouve dans la littérature une relation linéaire entre le degré d’hydratation et le retrait endogène [Ulm et Coussy, 98] [Benboudjema et Torrenti, 08] basée sur les résultats de Laplante [Laplante, 93] et Mounanga et al. [Mounanga et al., 06] :

ij au

ij  _{0 }

ε _[I-57]

où  est un paramètre matériau, _ est l’opérateur partie positive,₀ est le seuil d’apparition du retrait.

Comme pour l’évolution de l’hydratation et des propriétés mécaniques, des modèles microscopiques multi-échelles existent pour le retrait endogène [Michaud, 06], [Pichler et al., 07] mais pour les mêmes raisons, ceux-ci ne peuvent pas être utilisés à l’échelle d’une structure. Le modèle reliant le retrait endogène à la variation d’humidité relative aurait pu être utilisé. Toutefois, il aurait nécessité la connaissance notamment des évolutions de distribution poreuse (et/ou des isothermes de désorption) qui sont délicate à déterminer au jeune âge. Ces informations sont également requises pour les modèles microscopiques cités préalablement.