Thermodynamique et dynamique de l'eau, d'un électrolyte, donfinés dans des nanopores : application à l'hydrate cimentaire

par Patrick Bonnaud

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux, physique, chimie et nanosciences

Sous la direction de Roland Jean-Marc Pellenq et de Benoît Coasne.

Le président du jury était Guy Treglia.

Le jury était composé de Roland Jean-Marc Pellenq, Benoît Coasne, Guy Treglia, Anne Boutin, Elisabeth Charlaix, Krystyn Van Vliet, Xavier Guillot.

Les rapporteurs étaient Anne Boutin, Elisabeth Charlaix.


  • Résumé

    En dessous du point de gel de l’eau dans les pores du ciment, la cryosuccion est considérée comme responsable de sa détérioration. La thermodynamique et la dynamique de la couche électrolytique physisorbée à la surface des pores sont étudiées par simulation moléculaire pour comprendre sa structure, sa stabilité en température et son rôle dans la détérioration par cryo-succion. Trois modèles de nanopores hydrophiles sont considérés: silices hydroxylée ou à charge de surface compensée par des ions Ca2+ ainsi qu'un modèle de ciment réaliste. L'eau vicinale adsorbée est fortement perturbée indépendamment de la température (de 175 à 300 K) sur 2-3 couches moléculaires. Les ions sont proches des surfaces et ne s’organisent pas en une couche diffuse comme dans les théories colloïdales classiques (DLVO, …). La dynamique de l'eau et des ions est très ralentie. La chimie de surface influe sur cette dynamique lente incompatible avec le processus supposé de cryosuccion

  • Titre traduit

    Thermodynamics and dynamics of water and electrolyte confined in nanopores : application to cement hydrates


  • Résumé

    When the cement pores are saturated with water in freezing conditions, cement encounters mechanical damages due to cryosuction effects. The adsorbed electrolytic layer at the pore surface plays a critical role in the degradation process. Its thermodynamics and dynamics properties are studied using molecular simulations. Several nanopore models are considered to study the role of chemistry and surface roughness: silica (hydroxylated and with Ca charge-compensating ions) and cement. In all these hydrophilic systems, confined water is strongly perturbed close to the pore surface (over 2-3 molecular layers) independently of the temperature (175-300 K). Ions located close to the surfaces do not form the diffuse layer of the classical colloids theory (DLVO...). The dynamics of water and ionic species is found very slow. Surface chemistry and roughness have an impact of this slow dynamics that is incompatible with cryosuction


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