Caractérisation de la phase solide et transferts de gaz dans les milieux poreux insaturés : étude expérimentale et modélisation appliquées à la diffusion de l'hydrogène dans les matériaux cimentaires
Institution:
Toulouse, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This thesis documents the relationship between the porous microstructure of cement based materials and theirs gaseous diffusivity properties relative to the aqueous phase location and the global saturation level of the material. The materials studied are cement pastes and mortars. To meet the thesis objective, the materials are characterized in detail by means of several experimental methods: mercury intrusion porosimetry, water porosimetry, thermoporometry, nitrogen sorption and water desorption. In addition, diffusion tests realized on materials maintained in controlled humidity chambers allow obtaining the effective hydrogen diffusivity as function of the microstructure and the saturation state of material with a gas chromatography. The experimental results are then used as a data base that is compared to a modeling approach. The model developed consists of a combination of ordinary diffusion (Fick regime) and Knudsen diffusion of hydrogen. The model also accounts for the effects of the liquid curtains, the impact of tortuosity on gas diffusion, and the saturation level of the porous system
Abstract FR:
L’objectif de cette étude est de préciser le lien existant entre la microstructure porale des matériaux cimentaires et leurs propriétés diffusives au gaz en fonction de la localisation de la phase aqueuse dans les pores et de la saturation globale du matériau. Les matériaux cimentaires étudiés sont des pâtes de ciment et des mortiers. Pour répondre à l’objectif de l’étude, les matériaux étudiés sont caractérisés de façon détaillée en croisant plusieurs techniques expérimentales : porométrie au mercure, porométrie à l’eau, thermoporométrie, sorption d’azote et désorption de vapeur d’eau. D’un autre côté, des essais de diffusion sur les matériaux conservés à l’humidité relative contrôlée permettent de déterminer l’évolution de la diffusivité en fonction de l’état de saturation en mesurant le coefficient de diffusion effectif à l’hydrogène grâce à la chromatographie en phase gazeuse. Ces résultats expérimentaux constituent aussi la base de données permettant une comparaison à une approche par simulation numérique. La modélisation numérique approche les phénomènes de transfert par la combinaison de la diffusion ordinaire et de la diffusion de Knudsen à travers des modèles de milieu poreux et tient compte de la tortuosité et du niveau de saturation du milieu poreux