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Résumé
Les matériaux cimentaires utilisés dans la construction d’ouvrages de génie civil sont sujets,
dès leur mise en oeuvre, à des variations dimensionnelles d’origine physico-chimique,
mécanique, thermique et/ou hydrique. La phase de durcissement de ces matériaux
s’accompagne notamment d’un phénomène de retrait dû à l’hydratation des constituants de la
pâte de ciment. A température constante et sans échange d’eau avec le milieu extérieur, la
conséquence de ce phénomène est appelé retrait endogène. Le retrait endogène est lié, d’une
part, à la différence de densité entre les produits réactifs et les réactants (contraction Le
Chatelier), et, d’autre part, à l’autodessiccation de la matrice cimentaire. Par ailleurs, ces
déformations sont localement empêchées par la présence d’inclusions granulaires et il peut en
résulter le développement de microfissures dans la phase hydratée de la pâte de ciment.
La première partie du travail de thèse a consisté à développer des dispositifs de mesure des
déformations volumiques et linéiques libres spécialement adaptés au comportement complexe
des matrices cimentaires au très jeune âge. Un dispositif de mise en rotation continue de
l’échantillon a notamment été mis au point afin d’éviter les phénomènes de ressuage et de
ségrégation du matériau. La deuxième partie de ce travail est consacrée à l’analyse des
résultats d’une étude expérimentale multi-variables qui a permis d’évaluer l’influence relative
des paramètres de composition des matrices cimentaires, en particulier les propriétés des
granulats, sur l’évolution du retrait endogène au très jeune âge de pâtes de ciment et de
mortiers fabriqués avec différents types de ciment et rapports eau/ciment. Les résultats
obtenus montrent qu’avant la prise, la présence des granulats provoque une augmentation de
la contraction Le Chatelier. Après la prise, l’effet des granulats sur le retrait endogène est
inversé : le retrait volumique des mortiers exprimé en mm 3 par gramme de ciment est
inférieur au retrait de la pâte de ciment correspondante. Des observations au MEB ont montré
l’existence au jeune âge d’un réseau de microfissures autour des granulats, attribué au
phénomène de retrait empêché de la pâte environnante et aux contraintes internes engendrées.
Ces microfissures peuvent induire une relaxation des contraintes internes et expliquer, pour
partie, la diminution du retrait endogène en présence d’inclusions granulaires.
La troisième partie est consacrée à la formulation d’un modèle micromécanique multi-
échelles pour la prédiction de l’évolution du retrait endogène des matrices cimentaires en
présence ou non d’inclusions granulaires, depuis le premier contact eau-ciment. Les résultats
expérimentaux et numériques obtenus sont comparés et les différences observées sont
analysées.
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