Soutenance de thèse d'Ayedah Tariq

Titre :

Développement de capteurs à fibre optique dédiés à la mesure in situ du pH du béton

Résumé :

D’importants volumes de matériaux cimentaires sont utilisés dans le secteur de l’industrie nucléaire, pour la conception des enceintes de confinement de réacteurs de centrales ou le stockage de déchets radioactifs en surface par exemple. L’augmentation du volume de déchets radioactifs produits appelle à considérer un scénario de stockage géologique profond des déchets nucléaires avec le projet Cigéo (centre industriel de stockage géologique de déchets radioactifs), dont les infrastructures seraient constituées d’une variété de matériaux cimentaires. L’évolution et le vieillissement de ces matériaux cimentaires, principalement leur durabilité mécanique sous différentes contraintes environnementales correspond à un enjeu de sûreté majeur. L'évolution du comportement mécanique des structures cimentaires est principalement la résultante des perturbations physico-chimiques, dont les mécanismes réactifs sont désormais appréhendés de façon satisfaisante. Cependant, le suivi de l'évolution chimique des matériaux cimentaires et notamment de la solution porale reste un champ de recherche assez peu exploré malgré les enjeux primordiaux qu'il présente. Le pH est en effet un indicateur fiable et puissant de l'état d'altération des structures en matériaux cimentaires et sa mesure demeure d'un intérêt majeur dans le cadre du suivi en continu du vieillissement du béton. La majorité des méthodes de mesure du pH hautement basique du béton (pH = 10,5-13,5) constituent des méthodes destructives et les sondes électrochimiques largement utilisées ne sont pas applicables pour des mesures in situ dans le béton, sur des temps longs. En ce qui concerne les sondes optiques, un certain nombre de systèmes ont été développés dans la littérature, mais ils ne sont pas applicables pour le suivi en temps réel de variation de hauts pH (> 13). Les travaux menés durant cette thèse ont visé à concevoir et tester une optode de pH afin de suivre in situ le vieillissement de matériau cimentaire depuis la prise jusqu'à plusieurs mois/années. Pour ceci, un dérivé naphthalimide a été sélectionné et des dérivés pérylène présentant des fonctions amine ou guanidine ont été synthétisées afin de constituer des sondes de pH fluorescentes. Les propriétés photophysiques et photochimiques des sondes ont été étudiées en solution. Dans un deuxième temps, ces sondes de pH innovantes ont été séquestrées ou greffées sur différentes matrices polymère tels que des hydrogels d’alcool polyvinylique réticulés avec le glutaraldéhyde, un polyuréthane commercial (HydroMed D4) ou la cellulose, afin de constituer un matériau résistant, perméable à l’eau et aux analytes, dont la réponse aux variations de pH a été caractérisée. Enfin un banc optique permettant la mesure du pH a été développé et optimisé afin de constituer un outil de mesure du pH fiable et robuste avec l’inclusion d’une référence interne. Ainsi, le pH de pâtes de ciment bas pH a été mesuré en surface au jeune âge, avec un temps de réponse d’environ 100 s et une précision de ±0,1 unité de pH. Des problématiques d’accessibilité à l’eau porale des matériaux cimentaires et d’interactions spécifiques entre les sondes moléculaires de pH et les matrices solides ont été mises en évidence. Des perspectives pour la mesure du pH in situ sont présentées.

Cette thèse est accessible en ligne.