Optimisation et caractérisation d'un béton haute performance renforcé par des fibres résistantes à la corrosion

Cette thèse résulte d'un appel à projet de l'Agence Nationale pour la gestion des Déchets Radioactifs (Andra), responsable des centres de stockage de déchets radioactifs en France depuis 1991. Outre les centres en activité, l'Andra supervise aussi le projet Cigéo, visant à stocker en profondeur les déchets radioactifs représentant le plus de risque. Le projet de Cigéo comporte des galeries souterraines à 500 m de profondeur, destinées à stocker ces déchets pendant des milliers d'années. Il se divise en deux étapes principales : d'abord la phase d'acheminement des colis dans les galeries, puis la phase de stockage, scellant le projet et rendant impossible les éventuelles interventions humaines. La thèse vise à répondre aux défis de durabilité, stabilité et surveillance des ouvrages. Le béton armé habituellement utilisé présente des problèmes de corrosion, générant du dihydrogène dans l'environnement anoxique des galeries, provoquant à terme un risque de surpression. Afin de diminuer ce risque, l'Andra examine d'autres options que celui du béton armé conventionnel, parmi lesquelles l'intégration de fibres non corrosives dans le but de réduire le taux d'armature. Deux types de fibres ont été sélectionnées : les premières, les fibres FIBRAFLEX (FF) de l'entreprise Saint-Gobain SEVA, sont des fibres métalliques amorphes caractérisées par un grand élancement, une résistance à la corrosion et une conductivité électrique élevée. Les secondes, des fibres de carbone (FC) provenant de Toray Carbon et conditionnées par Apply Carbon, sont caractérisées par une résistance à la traction et un module élastique très élevés et par un diamètre très faible. Le manuscrit se divise en quatre grandes parties. Outre l'étude bibliographique, la deuxième partie s'est concentrée sur la caractérisation et la mise au point des formulations. Différentes configurations de renforcement par des fibres ont été testées, avec des dosages de 0,27 % et 0,41 % en volume pour les FF. En ce qui concerne les FC, un dosage de 0,27 % a été testé, avec des fibres ensimées et non ensimées. Les essais de compression et de module d'élasticité n'ont pas montré d'impact majeur des fibres sur ces propriétés. En revanche, en traction par flexion, les FF ont apporté une amélioration de la ductilité du béton et une maîtrise des fissures dès leur apparition en apportant une résistance résiduelle post-pic. Quant à elles, les FC n'ont pas apporté d'améliorations significatives. La troisième partie s'est penchée sur l'impact des fibres sur la résistivité électrique des bétons et le potentiel de détection d'endommagement qui en découle. Les essais de traction par flexion ont montré qu'il existe un lien entre la résistance électrique et l'évolution de l'ouverture des fissures. En particulier pour les formulations avec les FC, où cette technique montre une sensibilité avant même l'initiation de la fissure. Par ailleurs, les formulations avec les FF ont, elles aussi, permis d'obtenir des résultats fiables, mais nécessitent une fissure déjà initiée pour observer un changement significatif de la résistance électrique. Enfin, la dernière campagne expérimentale a étudié le comportement mécanique des éléments structuraux en béton armés et fibrés. Les essais se sont portés sur des poutres en flexion 4 points, avec différentes configurations de renforcement par des aciers et des fibres. Il a été montré que les FF ont limité l'ouverture des fissures dans la phase élastique fissurée des poutres, tout en améliorant légèrement les résistances. En parallèle, différents systèmes d'acquisition ont été utilisés pour suivre l'endommagement des poutres, notamment des fibres optiques, la vidéo-corrélation, des mesures de résistance électrique et d'émission acoustique. Ces techniques de mesures indirectes ont permis de détecter précisément l'endommagement des poutres, et l'ajout de fibres a amélioré la fiabilité de ces mesures.