Approche expérimentale et modélisation de la lixiviation des ouvrages de traitement d'eau potable en béton exposés à des eaux agressives

Numerical approach and modelling of leaching of concrete parts of drinking water treatment plants exposed to aggressive waters

• Auteur / Autrice : Aliénor Gauthier
• Direction : Ahmed Loukili, Benoît Hilloulin, Emmanuel Rozière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 15/12/2020
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Eric Garcia-Diaz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ahmed Loukili, Benoît Hilloulin, Emmanuel Rozière, Eric Garcia-Diaz, Alexandra Bertron, Anthony Soive, Laurent Izoret, Estelle Breillat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexandra Bertron, Anthony Soive

Mots clés

Mots clés contrôlés

Béton -- Détérioration

Eau potable

Lixiviation

Mots clés libres

Lixiviation

Ciment

Approche performantielle

Eau minéralisée

Indice de Langelier

Durabilité

Leaching

Cement

Performantial approach

Mineralized water

Langelier index

Durability

Résumé

Lors du processus de potabilisation, l’eau subit différents traitements faisant évoluer sa composition chimique, et il n’est pas rare d’observer des dégradations prématurées de réservoirs, construits en béton. La lixiviation consiste principalement en la dissolution d’une partie des hydrates du matériau cimentaire, lorsqu’il est en contact avec une eau agressive. La formation de carbonate de calcium en surface, qui est la différence majeure entre la physico-chimie de la lixiviation par une eau déminéralisée et par une eau minéralisée, mène à des conséquences ambiguës. Des essais de lixiviation par une solution minéralisée ont donc été conduits. Face aux difficultés d’analyse des résultats expérimentaux, des outils d’analyse, numérique d’une part et fondé sur de la modélisation analytique d’autre part, ont été développés. Plusieurs indices suggèrent que la formation de carbonate de calcium au bord des échantillons joue d’abord un rôle de pompe à ions calcium, avant de permettre un ralentissement des échanges entre l’environnement et la solution porale. Il a été possible de montrer que tous paramètres égaux par ailleurs, la concentration en calcium a une influence sur la lixiviation du mortier. Ce paramètre est pourtant absent des normes de béton, et notamment de la norme NF EN 206/CN. L’indice d’agressivité, dit de Langelier apparait donc complémentaire.

During the potabilization process, several treatments are applied to the water making its chemical composition evolve, and it is not uncommon to observe premature deteriorations on concrete-made water tanks. Leaching mainly consists in the dissolution of one part of the cementitious materials hydrates, when it is in contact with an aggressive water. Calcium carbonate formation on the edge, which is the main difference between physicochemical of leaching by unmineralized water and mineralized water, leads to ambiguous consequences. Leaching tests using a mineralized solution have been conducted. To tackle experimental results analysis difficulties, analysis tools, a numerical one in one hand and an analytical model-based one in the other hand, were developed. Several clues are suggesting that calcium carbonate formation on the edge of the samples can first act as a calcium ions pump, before it slows exhanges between the environment and the pore solution. It was also shown that, all other factors been equal, calcium concentration has an influence on mortar leaching. Still this parameter is not in the durability concrete standards, like the NF EN 206/CN standard. Then, the aggressiveness index, called Langelier, appears to be complementary