Porosité

Le volume et la structure du réseau poreux des pâtes de ciment durcies sont des paramètres délicats à maîtriser car ils découlent de nombreux facteurs liés aux constituants de base (composition chimique et minéralogique, finesse de mouture, adjuvant), à leurs proportions respectives (rapport E/C) (Gagné, 2012), à leur mise en œuvre (malaxage, façonnage, cure, etc.) ainsi qu’à leur taux d’hydratation (Sahu, 2004). Ils influencent l’état de surface du matériau (rugosité, etc.), sa réactivité chimique (surface de réaction) et son évolution (carbonatation, lixiviation), et aussi sa bioréceptivité (Guillitte, 1995).

Les valeurs de masse volumique et de porosité accessible à l’eau sont présentées dans le Tableau II-II. Les porosités sont relativement élevées pour des pâtes de ciment durcies (entre 24,9 et 31,6 %), mais toutefois cohérentes avec le rapport E/C élevé utilisé pour la fabrication des éprouvettes. Le pourcentage de porosité est sensiblement identique pour les échantillons d’une même nuance cimentaire. Il est aussi plutôt corrélé à la finesse de mouture respective des échantillons (Surface Spécifique Blaine SSB, Tableau II-II), excepté pour les deux CEM III qui ont des teneurs en laitier différentes (62% pour le CEM III α et 84% pour le CEM III β).

CEM I α CEM II _α ^{CEM III} _α CEM I β CEM II _β ^{CEM III} _β ^{CEM V} _β Ra [µm] 1,10 1,23 1,28 1,14 1,25 1,56 1,57 Rsk [SI] -0,31 -0,27 -0,60 -0,37 -0,13 -0,65 -0,65 Rku [SI] 3,37 3,37 3,78 3,45 3,43 3,85 4,03 -1,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 R a [µ m ] R sk - R ku Ra [µm] Rsk [SI] Rku [SI]

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Nuance

cimentaire ^{Masse volumique} [g/cm3] ^{Porosité accessible à} l’eau [%] ^{SSB [cm²/g]}

CEM I α 1,720 ± 0,031 24,9 ± 0,3 ⁴³⁷⁰ CEM II α 1,756 ± 0,041 26,8 ± 0,4 4380 CEM III α 1,613 ± 0,031 31,6 ± 0,6 4620 CEM I β 1,777 ± 0,032 25,2 ± 0,6 3950 CEM II β 1,761 ± 0,019 27,6 ± 0,6 4400 CEM III β 1,642 ± 0,043 30,1 ± 0,2 4750 CEM V β 1,677 ± 0,020 28,8 ± 0,7 4280

Tableau II-II : Masse volumique et pourcentage de porosité accessible à l'eau des échantillons sains

Les courbes-résultats des essais d’imbibition capillaire sont présentées Figure II-8. Deux tendances se détachent :

 les nuances CEM I et CEM II présentent une courbe relativement rectiligne qui arrive rapidement à la stabilisation (caractérisé par le plateau en fin de courbe),

 les nuances CEM III et CEM V ont des courbes non linéaires et leur prise de masse n’est toujours pas stabilisée après 50 jours d’essai.

La prise de masse plus lente des deux dernières nuances (CEM III et CEM V) traduit une porosité complexe comportant notamment des microbulles d’air (Rousset Tournier, 2001). Cette observation doit être rapprochée des résultats de porosité. En effet, ces deux nuances ont une porosité plus importante (30,1% et 28,8% respectivement) que celle des nuances CEM I et CEM II (25,2 et 27,6 respectivement). Si la porosité est plus importante, à même E/C, alors elle est potentiellement composée de pores plus grands et comporte davantage de microbulles.

L’échantillon de CEM II présente un comportement spécifique par rapport aux autres nuances, avec une prise de masse et une stabilisation plus rapide (début du plateau à 110 min^1/2, soit environ 8,4 jours d’essai). Selon la relation de Washdurn, la prise de masse plus rapide implique que le réseau poreux est composé de capillaires plus gros et d’une plus faible proportion de microbulles. Cette relation montre également que les échantillons de CEM III sont composés de capillaires plus fins.

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Figure II-8 : Prises de masses relatives en fonction de la racine carrée du temps des échantillons sains

4. Milieu naturel : l’eau de Moselle

La Moselle est un affluent du Rhin. Sa source se situe dans le massif Vosgien. Son parcours fait plus de 560 km, il se déploie principalement en France, mais aussi à la frontière germano-luxembourgeoise et en Allemagne. La Figure II-9 présente une carte du bassin versant de la Moselle. La Moselle est alimentée par de nombreux affluents, dont certains sont des cours d’eaux issus des flancs du massif vosgien. Le régime pluvio-nival de ces affluents génère un apport d’eau important en automne et en hiver, et un pic important au printemps au moment de la fonte des neiges. Ces apports d’eau irréguliers font que son débit varie fortement au cours de l’année.

0,000 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 0,000 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000 300,000 Prise de m as se re la tiv e [%]

Racine carrée du temps [Min1/2]

CEM I Cal CEM II Cal CEM III Cal CEM V Cal

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Figure II-9 : Bassin versant de la Moselle.

4.1. Caractéristiques physico-chimiques de l’eau de Moselle

Un certain nombre de relevés physico-chimiques ont été réalisés sur le site naturel d’étude (voir § 3.2) ou à proximité. La Figure II-10 présente le relevé du débit moyen journalier de la Moselle pour les années 2015, 2016 et 2017, mesuré par la DREAL (Direction Régionale de l'Environnement, de l'Aménagement et du Logement - division des risques naturels et hydrauliques) à la station de Tonnoy, en amont du barrage de Méréville. On note le faible débit en période estivale (étiage) avec moins de 10 m3/s, et les crues importantes en automne et en hiver, avec des pics dépassant 400 m3/s. La Figure II-11 présente les relevés de température de la Moselle pour les années 2015, 2016 et 2017, réalisés par la Métropole du Grand Nancy (MGN).

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Figure II-10 : Débit (D) de la Moselle à la station de Tonnoy (source DREAL)

Figure II-11 : Température (T) de la Moselle à Méréville (source MGN)

Les services des eaux de la Métropole du Grand Nancy (MGN), dans la cadre du contrôle qualité de l’approvisionnement en eau potable de la communauté urbaine, réalisent mensuellement des analyses de l’eau de la Moselle sur le site d’étude. Le

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

01-janv. 01-mars 30-avr. 29-juin 28-août 27-oct. 26-déc.

Débit m oy en jo urna lier [m 3/s ] D 2015 D 2016 D 2017 0 °C 5 °C 10 °C 15 °C 20 °C 25 °C 30 °C

01-janv. 01-mars 30-avr. 29-juin 28-août 27-oct. 26-déc.

Tem p é ratu re [ °C] T 2015 T 2016 T 2017

75 Tableau II-III récapitule les caractéristiques chimiques mesurées (les valeurs sont les moyennes calculées sur trois années de 2013 à 2015).

Substance Moyenne Mini sur la _période ^{Maxi sur la} _période

pH _{7,91 7,65 8,38}

CO2 libre calculé [mg/l] 1,63 1,19 2,29 Sulfates [mg/l] 49,37 24,53 75,60 COT [mg/l] 3,26 2,37 4,37 Oxygène dissoute [mg/l] 9,71 8,60 11,45 Nitrates (en NO3) [mg/l] 3,94 2,00 8,00 Calcium [mg/l] 26,83 18,00 37,67 Chlorures [mg/l] 16,54 9,65 37,80 Sulfates [mg/l] 49,4 24,5 75,6 Silicate [mg/l] 5,7 3,3 7,3

Tableau II-III : Caractéristiques chimiques de l'eau de la Moselle (source MGN)