Soutenance de thèse de Florian OUVRIER-BUFFET

Ce travail de thèse porte sur la détection précoce par contrôle non destructif ultrasonore (CND) de deux pathologies de gonflement du béton que sont la Réaction Sulfatique Interne (RSI) et la Réaction Alcali Granulat (RAG). Celles-ci conduisent à un endommagement du béton d’abord par microfissuration, puis par fissuration. La détection précoce de ces pathologies en laboratoire puis sur site constitue un enjeu de sureté majeur notamment lorsqu’il s’agit d’ouvrages stratégiques tels que les ouvrages nucléaires (enceintes de confinement, galeries de stockage de déchets radioactifs, etc.). L’étude bibliographique a révélé deux verrous. Le premier se traduit par l’absence de données portant sur la sensibilité de l’acoustique non linéaire et de l’émission acoustique vis-à-vis de la RSI sachant que le pouvoir de détection en acoustique linéaire est faible pour des cinétiques de gonflements typiques de structures affectées. Le second conduit au besoin de développer des techniques de CND capables de détecter et localiser les pathologies au centre de massifs en béton de fortes épaisseurs. Ainsi, la première partie de ces présents travaux est consacrée au suivi du développement accéléré de la RSI dans des petites éprouvettes de laboratoire (7×7×28 cm3) par les méthodes de CND suivantes : Resonant Ultrasonic Spectroscopy (RUS), Nonlinear Resonant Ultrasonic Spectroscopy (NRUS) et Emission Acoustique (EA). Les résultats de ces essais sont interprétés grâce à des analyses de microscopie. Pour répondre à la seconde problématique, un bloc de grande taille (40×40×70 cm3) contenant une boule de grès simulant de par son caractère fortement non linéaire une zone pathologique a été réalisé. Ce bloc a permis le développement d’une méthode de CND en acoustique non linéaire non classique basée sur l’interaction entre une onde pompe propagative et une onde sonde. Au final, la méthode développée dans ces travaux a permis de détecter puis de localiser la boule de grès avec un fort contraste. Ces résultats constituent une avancé encourageante quant à la détection des pathologies gonflantes en l’absence de dégradations généralisées dans des éléments en béton de grandes dimensions. Pour finir, une démarche visant à rendre les grandeurs mesurées en acoustique non linéaire quantitative est proposée. Pour cela une approche numérique étalonnée à partir de mesures expérimentales et prenant en compte la viscoélasticité du béton permet de déterminer l’amplitude de déformation sur la trajectoire de l’onde sonde. Il est alors envisageable d’établir un lien entre la mesure CND et l’avancement de la pathologie. Les résultats de cette thèse ouvrent la voie à un transfert sur site de la méthode proposée.

This PhD work focuses on the early detection by ultrasonic non-destructive testing (NDT) of two concrete swelling pathologies, the Delayed Ettringite Formation (DEF) and the Alkali Silica Reaction (ASR). These lead to damage the concrete first by micro-cracking, then by cracking. The early detection of these pathologies in the laboratory and then on site is a major safety issue, particularly in the case of strategic structures such as nuclear ones (containment buildings, radioactive waste storage galleries, etc.). The literature review revealed two limitations. The first one is the lack of data on the sensitivity of nonlinear acoustics and acoustic emission to DEF, given that the detection capability in linear acoustics is low for kinetics of swelling typical of affected structures. The second one requires the development of NDT techniques able to detect and locate pathologies at the centre of thick concrete blocks. Thus, the first part of this work is dedicated to monitoring the accelerated development of DEF in small laboratory specimens (7×7×28 cm3) by the following NDTs: Resonant Ultrasonic Spectroscopy (RUS), Nonlinear Resonant Ultrasonic Spectroscopy (NRUS) and Acoustic Emission (EA). The results of these tests are interpreted through microscopy analyses. To address the second issue, a large block (40×40×70 cm3) containing a sandstone ball simulating a pathological zone due to its highly non-linear properties was poured. This block enabled the development of a non-classical nonlinear acoustics method based on the interaction between a propagative pump wave and a probe wave. The method developed in this work allowed the sandstone ball to be detected and located with a high contrast. These results represent an encouraging advance in the detection of swelling pathologies in the absence of generalized and visible degradation in large concrete elements. Finally, an approach aiming to convert the measured values in quantitative non-linear acoustics is proposed. For this purpose, a numerical approach calibrated from experimental measurements and taking into account the viscoelasticity of the concrete allows determining the amplitude of deformation on the trajectory of the probe wave. It is therefore possible to establish a link between the NDT measurement and the progress of the pathology. The results of this PhD work pave the way for an on-site transfer of the proposed method.