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Thèse: Monitoring de propriétés électriques du béton par capteurs noyés en vue de la modélisation des phénomènes de transport hydrique et ionique au cours de cycles de marnage CDD

Contact

Géraldine VILLAIN, Stéphanie BONNET, Sérgio PALMA LOPES

44344 Bouguenais

France

geraldine.villain@ifsttar.fr

Descriptions

Établissement :
Université Gustave Eiffel
Laboratoire :
MAST - département Matériaux et Structures
Date de début :
01/09/2021
Date de fin :
31/08/2024
Date limite pour postuler :
28/03/2021
Descriptif :

Contexte

Une des principales causes de dégradation des ouvrages en béton armé situés en environnement maritime est la corrosion des armatures due à la pénétration des chlorures provenant de l’eau de mer. La zone la plus affectée est la zone de marnage parfois difficilement accessible pour l’inspection. Cette thèse de doctorat est à la croisée de plusieurs domaines scientifiques : la durabilité du béton en contact avec l’eau de mer et l’utilisation d’essais non destructifs (END) et de capteurs noyés pour le diagnostic d’ouvrages en béton armé. Des capteurs noyés de résistivité électrique ont été développés par [Badr et al. 19] pour déterminer les profils de teneur en eau dans les bétons et suivre les cycles de mouillage et séchage. Dans le cas de la pénétration des chlorures, les mesures d’END par sondes multiélectrodes électriques ou capacitives, commencent à donner des résultats probants en laboratoire [Torres-Luque et al. 14, Fares et al. 18]. Les résultats obtenus à partir de ces mesures sont appelés des observables. Par ailleurs, l’utilisation de tomographies électriques (mesures résistives ou capacitives) pour caractériser les propriétés de transport dans les matériaux cimentaires est un champ de recherche active [Smyl, 20].

Objectifs

Les objectifs de ce travail de doctorat sont d’utiliser des capteurs noyés existants [Badr et al. 19] pour déterminer des profils de teneur en eau et en chlorures dans des structures en béton armé et de suivre l’évolution de ces profils pendant la pénétration des ions chlorure. Il s’agira d’adapter la méthodologie d’interrogation et d’analyse pour comprendre les phénomènes électriques, conductifs et capacitifs, afin d’extraire non plus une seule mais deux observables complémentaires, la résistivité et la chargeabilité, ainsi que leur distribution dans le matériau pour essayer de découpler l’eau des chlorures. Le monitoring de dalles de béton instrumentées avec ces capteurs pendant des cycles d’imbibition et de marnage sans et avec chlorure devra permettre d’évaluer les cinétiques de pénétration de la phase liquide et des ions chlorures et de caler un modèle de transport intégrant les processus de diffusion des ions chlorures et de transport de liquide par gradient de pression liquide.

Programme de recherche envisagé :

L’étude bibliographique comprendra deux parties :

 bibliographie sur la durabilité des bétons armés en milieu marin, notamment ceux formulés avec des laitiers, et sur les modèles de pénétration des chlorures lors du marnage,

 bibliographie sur les propriétés électriques et diélectriques des matériaux cimentaires et les mesures END associées : propriétés conductives (résistivité) et capacitives (chargeabilité).

L’étude expérimentale sur bétons formulés à base de CEM I et de deux taux de remplacement du clinker par du laitier se déclinera en deux phases. Pour chacune d’elles, un protocole rigoureux sera établi, le positionnement et le dimensionnement des sondes (taille et espacement des électrodes) pourra être optimisé par un calcul par éléments finis (ex : sous COMSOL Multiphysics).

 Expérimentation phase I : développement de la méthodologie d’interrogation des capteurs noyés dans des éprouvettes Æ11x22, d’imbibition d’eau douce et d’eau salée, puis de traitement et d’analyse des signaux pour remonter à la résistivité et la chargeabilité.

 Expérimentation phase II : campagne expérimentale dans des bassins de marnage, avec instrumentation de dalles. Des capteurs complémentaires (état hydrique, température), ainsi que d’autres capteurs capacitifs utilisés lors de travaux antérieurs, seront également noyés dans les dalles et complèteront le système de monitoring. Le doctorant travaillera en collaboration avec le doctorant du WP3 du projet ANRDEMCOM, dont le sujet porte sur le modèle de propagation des ions chlorures au sein de bétons et les modèles d’homogénéisation pour déterminer les propriétés de transport données d’entrée du modèle de propagation.

Le doctorant sera impliqué dans les deux campagnes expérimentales citées précédemment et aura différents verrous scientifiques à lever :

 monitoring et analyse des signaux enregistrés par les capteurs noyés dans les dalles lors de l’imbibition et du marnage. La question de la nécessité d’appliquer (ou non) un processus d’inversion des données sera traitée à ce stade,

 résistivité et chargeabilité mesurées et exploitées conjointement sur le béton pour découpler les effets de la teneur en eau de la teneur en chlorures,

 en se basant sur les profils de résistivité et permittivité obtenus au cours des premiers mois de marnage, on cherchera à estimer les indicateurs de durabilité : coefficient de diffusion et perméabilité liquide à comparer aux mesures réalisées sur éprouvettes par le doctorant du WP3.

Profil recherché

Il est attendu que les candidat-e-s à ce sujet de thèse aient des compétences en méthodes END appliquées aux matériaux du génie civil et/ou des connaissances en durabilité des bétons et modèles de pénétration des chlorures. De plus, il/elle devra avoir des compétences pour mettre en œuvre, suivre et analyser rigoureusement des expérimentations au long terme. Enfin, des connaissances minimales en programmation (calcul scientifique) et des aptitudes pour le travail en équipe sont attendus.

 

Pour postuler, remplissez le questionnaire ici avant le 28 mars 2021 : https://surveys.ifsttar.fr/limesurvey/index.php/663336?lang=fr 

Mot(s)-clé(s)

  • Béton