Sensibilité du modèle de transfert au coefficient de diffusion

Le calcul du coefficient de diffusion d’ions chlorure pour le milieu partiellement saturé dans le modèle développé dans le cadre de cette étude se fait à travers une expression empirique qui dépend du coefficient de diffusion en milieu saturé Dsat et d’un paramètre λ (cf. équation (2-43)). Ces deux paramètres dépendent de la composition du matériau cimentaire étudié (pâte de ciment, mortier, béton) et peuvent évoluer au cours de la vie de l’ouvrage (carbonatation, dissolution du sel).

pour le modèle. Il représente la diffusion des ions et en particulier celui d’ions chlorure. Plusieurs méthodes de mesure de ce coefficient de diffusion sont présentées dans la littérature (essai de migration en régime permanent et dosage à l’aval, chronoampérométrie, essai de diffusion naturel, etc.). Ces méthodes permettent de mesurer le coefficient de diffusion effectif. Le temps de mesure dépend de la formulation du matériau étudié. Pour la diffusion naturelle, l’essai est très lent et peut durer plusieurs mois. Pour l’essai de migration, l’essai est plus rapide mais il peut mener à différents résultats pour la même formulation à cause des incertitudes des mesures, ce qui implique de multiplier le nombre des essais. En plus, pour des formulations avec une forte teneur en laitier par exemple, l’essai peut durer longtemps et le coefficient de diffusion obtenu est d’un autre ordre de grandeur que celui obtenu pour une formulation à base de CEM I. Donc, les mesures du coefficient de diffusion nécessitent plus du temps, du suivi du matériel, un coût conséquent pour les produits consommables (solution NaOH, NaCl, nitrate d’argent, silicone, etc.). La figure 3-26 montre la sensibilité du modèle pour différentes valeurs du coefficient de diffusion Dsat pour un même béton.

Figure 3-26 : Sensibilité du modèle au coefficient de diffusion en milieu saturé.

Ensuite, les auteurs proposent parfois la valeur 6 [12-24] pour le paramètre λ et d’autres proposent la valeur 2 [22]. Donc cette expression n’est pas applicable sur n’importe quel type de matériau. En toute rigueur, il faut caler ce paramètre en fonction des résultats expérimentaux obtenus. La simulation de la figure 3-27 montre que la variation du paramètre λ peut induire des modifications sur les résultats de pénétration d’ions chlorure pour le béton L75 étudié dans ce chapitre. En effet, plus λ est faible, plus le béton est diffusif en condition partiellement saturé, et donc lors des cycles d’humidification – séchage.

Figure 3-27 : Sensibilité du modèle au paramètre λ selon l’équation (2-43).

D’où l’importance de développer un modèle qui permet d’estimer le coefficient de diffusion ionique en milieu saturé et partiellement saturé avec un temps rapide de calcul. Les chapitres 4 et 5 proposent un outil basé sur les approches multi-échelles pour estimer le coefficient de diffusion en milieu saturé des matériaux cimentaires. Cet outil repose sur les méthodes d’homogénéisation qui estiment les propriétés macroscopiques d’un matériau hétérogène en fonction des propriétés de chaque phase qui le constitue.

3.7 Conclusion

Le modèle numérique de couplage carbonatation – chlorures présenté dans ce chapitre 3 a été appliqué et validé sur des essais couplés carbonatation/chlorures et des essais de transfert d’ions chlorure sur des bétons de différentes formulations.

En milieu partiellement saturé et sous l’effet de différentes durées de cycles d’humidification et de séchage, le modèle a été appliqué sur un premier béton issu de la littérature. Le modèle prédit les profils des ions en solution, la teneur solide des hydrates dans le béton, le profil de la porosité et de degré de saturation du béton. L’influence de la carbonatation et de la convection sur la pénétration d’ions chlorure est ainsi explicitée.

Les résultats du modèle ont été comparés aux résultats expérimentaux d’un deuxième béton issu de la littérature. Ce béton est soumis à un environnement agressif contenant du dioxyde de carbone et des ions chlorure en milieu partiellement saturé sans l’effet des cycles d’humidification et séchage. Les résultats du modèle sont en bon accord avec ceux des essais.

paramètres de durabilité des matériaux (porosité, perméabilité à l’eau, coefficient de diffusion effectif). Cette quantification permet d’enrichir le modèle ingénieur de la fib afin de prédire les profils d’ions chlorure en milieu partiellement saturé.

Le modèle donne des résultats intéressants qui permettent d’améliorer la compréhension des mécanismes de transfert dans le béton non saturé et qui sont en accord avec les données expérimentales trouvées dans la littérature. Comme principaux résultats, le modèle développé a montré une augmentation de la concentration d’ions chlorure libres et une diminution de la porosité totale du béton pendant le couplage carbonatation/chlorures, par rapport à un modèle qui néglige la carbonatation. Finalement la sensibilité du modèle vis-à-vis du coefficient de diffusion du béton, qui est un paramètre d’entrée essentiel du modèle, a été démontrée. Nous allons par la suite développer un modèle multi-échelle qui vise à estimer directement ce coefficient de diffusion en fonction de la formulation du béton. Ceci fera l’objet des chapitres 4 et 5 dans lesquels sera également réalisée une étude expérimentale sur l’évolution du coefficient de diffusion en fonction de la nature et de dosage en granulats pour plusieurs matériaux cimentaires de formulations différentes.

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Chapitre 4 – Modélisation multi-échelle des propriétés de