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Influence de l’ITZ sur le développement des RGI

ABG-94649 Stage master 2 / Ingénieur 6 mois environ 500€
22/11/2020
Université de Toulouse - Laboratoire Matériaux et Durabulité des Constructions
Toulouse Occitanie France
  • Matériaux
béton, durabilté, ITZ, RGI

Établissement recruteur

Le Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions (LMDC) est un laboratoire universitaire de recherche dans le domaine de la science des matériaux et des structures de Génie Civil.

Le LMDC propose des solutions scientifiques permettant un développement durable et une gestion éco responsable du patrimoine immobilier, infrastructures de génie civil et habitat. Dans ce but il développe des matériaux innovants pour le Génie Civil, il améliore la compréhension des phénomènes physico-chimiques pouvant nuire à la durabilité des matériaux de construction, il met au point des méthodologies et des techniques pour la requalification, le diagnostic, et la maintenance des ouvrages existants.

Description

Description du sujet  

Contexte.

Dans les ouvrages massifs tels que les ouvrages d’art ou les bâtiments nucléaires, les pathologies dues aux Réactions de Gonflement Interne (RGI) peuvent se développer dans certaines conditions. Ces pathologies peuvent être attribuées à deux types de réactions chimiques endogènes : la Réaction Sulfatique Interne (RSI) et la Réaction Alcali-Granulats (RAG). Ces réactions, dans leur phase de développement, conduisent à la mise en traction du béton et à la création de fissures entrainant une perte de performances du matériau (mécanique, confinement…) affectant l’intégrité de l’ouvrage atteint.

 

A l’échelle microstructural, une zone retient une attention toute particulière pour le développement de ces pathologies endogènes ; il s’agit de l’interface de transition entre la pâte de ciment et le granulat (ITZ pour Interfacial Transition Zone). En effet, l’effet de paroi causé par la présence du granulat dans une pâte à l’état frais génère un excès d’eau local favorisant l’augmentation de la porosité localement. La structuration de la pâte de ciment est donc modifiée sur quelques dizaines de micromètres s’accompagnant d’un développement de cristaux de plus grande dimension et d’une croissance orientée de la Portlandite. Ces particularités physico-chimiques localisées font de l’ITZ une zone de fragilité plus perméable dans les bétons intervenant dans la résistance mécanique et la durabilité.

 

Dans le cas spécifique du développement pathologique des RGI, l’objectif de ce travail de recherche serait d’appréhender le rôle de l’ITZ pour les bétons atteints de RSI et de RAG afin de prédire au mieux son impact sur les propriétés du matériau infecté (mécanique, durabilité, confinement).

 

Ce projet s’articulera en plusieurs phases avec une première étude exploratoire de Master 2. Elle aura pour objectif de mettre en place une méthodologie fiable pour caractériser expérimentalement l’ITZ (épaisseur, composition chimique, porosité…) basée sur des analyses au microscope électronique à balayage (MEB).

 

Ce stage débutera par une recherche bibliographe sur l’ITZ (structuration, morphologie, nature chimique, paramètres de composition…) et sur les méthodes actuelles de caractérisation.

 

Dans un second temps, le programme expérimental se décomposera en différentes actions :

  • La première consistera à reprendre les observations MEB faites dans le cadre du doctorat de TD.Tran (2016-2020) intitulé « Impact de la porosité granulaire intrinsèque sur les propriétés de transferts des bétons ». Dans cette étude, l’auréole de transition a été déterminée en analyse chimique 2D réalisée sur échantillons modèle (matrice cimentaire avec inclusion granulaire en faible volume) par EDS (spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie). L’étude permettra d’approfondir ces investigations en caractérisant l’ITZ par analyse physique 2D en utilisant l’analyse d’images MEB en mode rétrodiffusé (analyse et segmentation de l’image en niveau de gris).
  • Par la suite, un examen de la répétabilité de la méthode est envisagé avec la réalisation d’échantillons modèle et leur analyse dans les différents laboratoires des partenaires (FAR ou CAD).
  • Finalement, un changement d’échelle sera fondamental afin de pouvoir éprouver la méthode sur le matériau béton dans lequel le contact des inclusions (sable et gravillons) du squelette granulaire engendre une ITZ continue à l’échelle du volume du matériau.

 

Période et durée du stage

Début Février – Fin Juillet 2021

 

Rémunération et conditions financières

Financement LMDC

 

 

Description de la structure d’accueil (facultatif)

LMDC : Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions, UPS et INSA Toulouse

IRSN Cadarache

 

Ce travail de recherche de M2 pourra possiblement se prolonger en contrat de thèse pour la rentrée 2021 (montage financier en cours).

 

 

 

Profil

Le candidat devra posséder des compétences sur la caractérisation physico-chimique, microstructurale et minéralogique des matériaux cimentaires.

Un profil d'expérimentateur avec des notions de modélisation numérique est attendu.

Le stage se déroulera au LMDC de Toulouse avec des missions au centre de recherche de l'IRSN à Cadarache.

Prise de fonction

01/02/2021
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