Modélisation moléculaire de la réponse thermo-hygro-mécanique des C-S-H

La compréhension de la réponse thermo-hygro-mécanique des matériaux à base de ciment (CBM) est essentielle pour assurer la durabilité et la performance à long terme des structures en CBM, telles que les infrastructures en béton et les enveloppes des bâtiments. L'évaluation de la réponse thermique des CBM nécessite une détermination précise de trois propriétés principales : la capacité calorifique, l'expansion thermique et la conductivité thermique. Ces trois propriétés thermiques sont connues pour dépendre de l'humidité relative et de la température. En tant que phase principale produite lors de l'hydratation du ciment, le C-S-H représente la majorité de la porosité dans les matériaux à base de ciment, présentant à la fois une porosité de gel (avec des diamètres compris entre 2 et 50 nm) et une porosité interfeuillet (avec des épaisseurs < 2 nm). L'eau confinée dans le C-S-H est connue pour se comporter différemment de l'eau dans la porosité capillaire. La quantification des effets du confinement dans les fluides représente un défi significatif compte tenu des échelles de longueur et de temps qui doivent être explorées. Les simulations moléculaires sont particulièrement adaptées pour évaluer le comportement des fluides confinés, car elles permettent de quantifier les forces interatomiques, les changements structurels et d'autres processus à l'échelle nanométrique responsables du comportement anormal des fluides confinés. Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse est d'étudier par des simulations moléculaires la réponse thermo-hygro-mécanique des C-S-H sous variation de la température et de l'humidité relative. Notre attention sera portée sur l'élucidation des phénomènes physiques à l'origine du comportement hygrométrique du matériau, y compris la sorption et la pressurisation thermique. Les objectifs spécifiques incluent : (i) Modéliser la structure atomique du C-S-H et comprendre le rôle de la pression de disjonction sur les déformations induites par la sorption des matériaux à base de ciment ; (ii) Étudier la sorption dans le C-S-H et comment la température, l'humidité relative et le confinement l'affectent ; (iii) Étudier la capacité calorifique et l'expansionthermique du C-S-H sous variation de la température et de l'humidité relative ; et (iv) Étudier la pressurisation thermique dans le C-S-H sous différentes conditions poromécaniques. Les résultats présentés dans cette thèse représentent une contribution à la modélisation multi-échelle et pourraient offrir de nouvelles perspectives sur les mécanismes physiques sous-jacents au comportement thermomécanique des matériaux à base de ciment.