Études de l'effet d'échelle sur l'expansion du béton affecté par la réaction alcalis-silice (RAS): contexte des ouvrages hydrauliques en béton

«RÉSUMÉ: La réaction alcalis-silice (RAS) est une forme de dégradation accélérée des structures en béton contenant des granulats réactifs. Elle est principalement due à l'expansion du gel de RAS en présence d'eau. Pour les structures hydrauliques en béton, ce phénomène est donc critique et peut entraîner des problèmes de fonctionnement et de sécurité. Compte tenu de la complexité de ce phénomène, des analyses non linéaires sophistiquées par éléments finis sont essentielles pour étudier les structures hydrauliques affectées par la RAS. La cinétique de l'expansion libre de la RAS est l'un des intrants les plus importants pour ces analyses. Elle pourrait théoriquement être évaluée avec un suivi en expansion de spécimens de béton en chambre environnementale dans des conditions accélérées de la RAS. Des travaux expérimentaux antérieurs ont toutefois montré que cette expansion dépendrait de la taille des éprouvettes, et que la cinétique de la RAS de spécimens de petite taille n’était pas représentatrice de celle des ouvrages hydrauliques massifs. Ce phénomène, connu sous le nom d'effet d'échelle chimique, résulterait du lessivage des alcalis survenant dans les petites éprouvettes en laboratoire. Il modifie considérablement les prévisions du modèle numérique, ce qui entraîne une sous-estimation de l'expansion asymptotique des structures hydrauliques. Cette étude fait partie d’un projet de recherche dont l’objectif à long terme est la prédiction du comportement futur d’un aménagement hydraulique existant atteint par la RAS, via des analyses numériques par éléments finis. Les objectifs ultimes de ce travail de maitrise sont la compréhension de l’effet d’échelle sur l’expansion et le développement de modèles numériques permettant de le reproduire. Deux grands volets ont été parallèlement explorés dans ce travail, afin d’atteindre ces objectifs. Un premier volet purement analytique et numérique vise à développer une méthodologie de calcul multi-échelles et multi-physiques pour la modélisation du phénomène de lessivage des alcalins, reconnu comme une des principales causes de l’effet d’échelle. Un deuxième volet expérimental vise, pour la première fois dans la littérature, à l’exploration d’une technologie émergeante de spectroscopie par émission atomique (LIBS) dans le contexte de caractérisation de l’effet d’échelle à l’échelle mésoscopique. À cet effet, deux échantillons différents ont été considérés, et sont issus de spécimens en béton reconstitué (granulat maximum de 76 mm) de l’aménagement hydraulique existant. Les deux spécimens choisis ont atteint un niveau d’expansion similaire après plus de 3 ans d’entreposage dans une chambre environnementale, mais sont de tailles différentes.»