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Etude des mécanismes d'adhésion à l'interface résine ciment en vue de la réparation des ouvrages

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Introduction INTRODUCTION L'étude des pathologies des ouvrages en béton met en évidence l'existence de désordres induits par la dégradation des matériaux. On constate ainsi une altération mécanique et physico-chimique des bétons et des armatures métalliques. Les mécanismes de dégradation se traduisent par des fissurations excessives du béton, par des pertes de caractéristiques des armatures corrodées et donc par une diminution des propriétés mécaniques. Pour maintenir la meilleure disponibilité possible des aéroréfrigérants et optimiser leur durée de vie, EDF procède tous les ans à une auscultation de ses ouvrages en service. Les tours aéroréfrigérantes permettent le refroidissement du condenseur lorsque les sites ne sont pas localisés en bord de mer ou d’un fleuve ayant un débit suffisant. Ces ouvrages sont extrêmement importants pour la disponibilité des tranches des centrales nucléaires. L'analyse des derniers contrôles réalisés a mis en évidence sur plusieurs structures des déplacements d'amplitude non négligeable ainsi que des fissurations sur certaines structures. Ces dommages continuant à évoluer dans le temps [WITA 00]. Afin de pallier les pertes de résistance mécanique de ces ouvrages il est devenu nécessaire d'effectuer des réparations. Les progrès réalisés ces dernières années dans la formulation des produits organiques de synthèse permettent d’envisager l’utilisation du collage de matériaux composites. L'intérêt ...

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Introduction
INTRODUCTION L'étude des pathologies des ouvrages en béton met en évidence l'existence de désordres induits par la dégradation des matériaux. On constate ainsi une altération mécanique et physico chimique des bétons et des armatures métalliques. Les mécanismes de dégradation se traduisent par des fissurations excessives du béton, par des pertes de caractéristiques des armatures corrodées et donc par une diminution des propriétés mécaniques. Pour maintenir la meilleure disponibilité possible des aéroréfrigérants et optimiser leur durée de vie, EDF procède tous les ans à une auscultation de ses ouvrages en service. Les tours aéroréfrigérantes permettent le refroidissement du condenseur lorsque les sites ne sont pas localisés en bord de mer ou d’un fleuve ayant un débit suffisant. Ces ouvrages sont extrêmement importants pour la disponibilité des tranches des centrales nucléaires. L'analyse des derniers contrôles réalisés a mis en évidence sur plusieurs structures des déplacements d'amplitude non négligeable ainsi que des fissurations sur certaines structures. Ces dommages continuant à évoluer dans le temps [WITA 00]. Afin de pallier les pertes de résistance mécanique de ces ouvrages il est devenu nécessaire d'effectuer des réparations. Les progrès réalisés ces dernières années dans la formulation des produits organiques de synthèse permettent d’envisager l’utilisation du collage de matériaux composites. L'intérêt des solutions composites réside principalement dans les performances de tenue à la corrosion des polymères, à leur facilité de pose et de formage sur les structures à réhabiliter ainsi que dans les propriétés mécaniques spécifiques des fibres qui leur sont associées. Cependant ce procédé de réparation n'a été développé qu'au début des années 1990, ce qui implique que le retour d'expérience est insuffisant pour avoir un avis objectif sur la tenue de ces réparations. Or, pour justifier l'utilisation de matériaux composites pour réparer les structures du parc EDF, il est indispensable de connaître leur durabilité (période de temps pendant laquelle la perte d'adhérence entre le revêtement et le substrat n'est pas détectable). La compréhension des phénomènes physicochimiques intervenant lors du contact entre les deux matériaux est un prérequis indispensable. Pour cela il est nécessaire de développer une approche multidisciplinaire et multiéchelle de tous les processus contribuant à la formation des propriétés d'interface. La problématique est complexe puisqu'elle repose sur la compatibilité de plusieurs matériaux entre eux. Le comportement de chacun d'eux est beaucoup étudié, cependant l'étude du comportement interfacial est relativement récente. Une première partie du travail a consisté à faire le point sur les connaissances des matériaux à assembler. Ce sont des matériaux dits composites. Ils sont hétérogènes et anisotropes et sont composés de l'association de plusieurs constituants aux caractéristiques complémentaires. Cette association confère au matériau un ensemble de propriétés macroscopiques, notamment mécaniques, que chacun des constituants pris isolément ne possède pas. Les liants hydrauliques, tels que le béton, subissent des phénomènes de prise et de durcissement : le mélange de liant en poudre et d'eau forme une pâte qui peut être moulée puis, sous
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Introduction
l'effet de réactions chimiques, elle durcit pour former un matériau résistant et durable. Les matrices polymères des matériaux composites utilisés dans l’industrie du génie civil naissent, quant à elles,de l'association d'un prépolymère avec un durcisseur qui forment progressivement un gel par réaction de polymérisation. Le mélange passe ensuite dans un état solide, rigide. Les matériaux durcis possèdent des propriétés mécaniques extrêmement différentes. Les bétons sont des matériaux fragiles dont les caractéristiques mécaniques sont essentiellement exploitées pour la réalisation de structures sollicitées en compression. Leur résistance en traction ainsi que leur déformation à rupture sont environ dix fois plus faibles que celles des résines. A l'inverse, la rigidité des bétons résultant de la cohésion qui existe entre tous les atomes le constituant, est bien plus élevée que celle des résines. La recherche d'une bonne adhérence nécessite de connaître les phénomènes physico chimiques intervenant lors du contact entre le polymère liquide et le béton. L'adhésion est responsable de la formation et de la cohésion des interfaces. Différentes approches théoriques tentent d'expliquer les causes de ce processus qui crée l'adhérence. Elles peuvent être classées en deux principales catégories : l'adhésion spécifique qui est liée à une approche thermodynamique mettant en jeu l'existence de forces intermoléculaires à l'interface entre les matériaux et l'adhésion mécanique qui est principalement liée à la rugosité macroscopique ainsi qu'à la porosité du substrat. Lorsque le support est poreux, cette dernière théorie fait appel à des notions de transport de matière au sein du matériau. La connaissance de ces mouvements de fluides passe inévitablement par l'investigation des caractéristiques microstructurales du matériau support. En effet, ces caractéristiques se traduisent à l'échelle macroscopique par des coefficients de transfert, tels que la perméabilité ou la diffusivité, qui ont une influence directe sur les transferts de matière. Le premier chapitre consistera à faire une synthèse bibliographique du problème. Chaque point abordé au cours de cette succincte introduction y sera développé plus en détails. Dans le deuxième chapitre nous aborderons l'étude de la rhéologie des résines sélectionnées et de leurs propriétés mécaniques ainsi que l'investigation de la microstructure des matériaux cimentaires. Ce chapitre présentera également la démarche expérimentale et les techniques mises en œuvre pour caractériser l'interface des matériaux. Les résultats expérimentaux seront ensuite exposés et discutés. Le troisième chapitre présentera une modélisation du transport de la résine dans le réseau poreux du substrat, en vue d'expliciter le rôle de différents paramètres sélectionnés.
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