Résumé
L'ITZ (Internal Transition Zone en anglais) est une zone qui se forme dans la pâte de ciment autour des granulats du béton et qui a des propriétés physiques spécifiques qui influencent le comportement du béton et sa dégradation par lixiviation. L'évaluation de l'influence de l'ITZ sur le comportement chimio-mécanique du béton sain et dégradé, à l'échelle locale de l'interface pâte/granulat, a nécessité la mise en place d'un protocole expérimental adapté. Il est basé sur l'emploi d'échantillons en pâte de ciment et composites pâte/granulat avec une section carrée de 10x10mm² pour permettre la mesure de l'avancement de la dégradation chimique et son influence sur les propriétés mécaniques de l'ITZ. La dégradation chimique a été réalisée dans une configuration unidirectionnelle, à l'aide d'une solution agressive de nitrate d'ammonium. La cinétique de dégradation, exprimée par l'évolution de l'épaisseur dégradée, a été déterminée grâce à l'analyse d'image numérique des sections transversales, suite au contraste entre le niveau de gris des zones saines et dégradées. Cette analyse a été complétée avec des observations à l'échelle de la microstructure, de spectroscopie de rayons x à dispersion d'énergie (EDS) et micro-indentation pour l'analyse de la distribution spatiale de la dégradation chimique et de la rigidité dans la zone dégradée. A l'échelle locale, les essais mécaniques de traction et de cisaillement ont été couplés à la corrélation d'images numériques pour le calcul des champs de déplacements et de déformations. En ce qui concerne la cinétique de dégradation, il a été observé que celle de la pâte est proportionnelle à la racine carrée du temps, tandis que celle de l'ITZ est similaire au début de la dégradation, mais elle subit une légère accélération après un seuil critique. Les analyses chimiques et mécaniques à l'échelle de la microstructure indiquent la présence d'une zone fortement dégradée et d'une zone dégradée intermédiaire au niveau de la pâte et de l'ITZ. Cependant, la décalcification à l'intérieur de l'ITZ est plus prononcée que dans la pâte suite à la dissolution de la portlandite. A l'échelle locale, les essais mécaniques sur échantillons sains révéle une rigidité et une résistance inférieures de la liaison pâte/granulat par rapport à la pâte, suite à la présence de l'ITZ. Les résultats des calculs des déformations sont confirmés suite à la comparaison des résultats de différents types d'essais et à travers une courte simulation numérique alimentée par des résultats expérimentaux. En ce qui concerne les échantillons dégradés, l'évolution du module d'Young et de la contrainte à la rupture en fonction du taux de dégradation chimique a été analysée. Le module d'Young du composite subit une décroissance plus importante que celui de la pâte, attribuée à la dissolution chimique importante qui se produit au niveau de l'ITZ. En ce qui concerne la contrainte à la rupture, sa décroissance s'accélère pour les composites après l'observation de préfissures de l'interface suite à la dégradation chimique, avant même le chargement mécanique. Dès que l'ITZ est dégradée en intégralité, la perte d'adhésion entre pâte et granulat est totale. En revanche, la pâte de ciment présente des contraintes à la rupture non négligeables, laissant supposer une fissuration superficielle. Globalement, on peut noter que la perte d'adhésion entre la pâte et le granulat dans la zone dégradée se produit suite à une forte dissolution qui favorise la fissuration. Le protocole expérimental utilisé dans ce travail a permis une première investigation de la problématique abordée. Afin d'étendre le champ d'investigation au comportement mécanique du béton sain et dégradé à l'échelle locale, de nouveaux dispositifs appropriés ont été proposés et discutés.