Parmi la plupart des phénomènes caractéristiques du vieillissement des structures en béton (fluage, corrosion des armatures etc.), la teneur en eau est un paramètre influent non négligeable. Son estimation de manière non destructive est donc déterminante dans l'étude du vieillissement des structures de génie civil. Les grandeurs électromagnétiques telles que la permittivité du milieu étant dépendantes de la teneur en eau, leur mesure peut être utilisée pour estimer la quantité d'eau contenue dans un milieu cimentaire. Différentes lois empiriques du comportement de ces propriétés en fonction de la teneur en eau existent mais sont difficilement transposables d'un matériau à l'autre. La démarche de l'étude réalisée consiste à appliquer un processus d'homogénéisation des propriétés électromagnétiques aux différentes échelles de la microstructure de matériaux cimentaires de manière à établir une loi de dépendance des propriétés macroscopiques mesurables aux aspects microstructuraux tels que la teneur en eau. Une grande similitude est constatée entre les lois d'homogénéisation analytiques utilisées pour prédire le comportement mécanique d'un milieu hétérogène désordonné et celles utilisables pour estimer la permittivité effective de tels matériaux. Le schéma dit de Mori Tanaka est par exemple assimilable dans sa construction à l'équation de Maxwell-Garnett en électromagnétisme. L'étude consiste donc à transposer une démarche déjà validée et utilisée en mécanique [1] aux propriétés électromagnétiques.

Des résultats prometteurs ont déjà permis de comparer une propriété macroscopique mesurée expérimentalement aux résultats obtenus par utilisation de différents modèles analytiques. Une sonde coaxiale à effet de bout a permis de comparer la justesse des différents modèles existants pour le cas d'un sable sec ou parfaitement saturé d'eau. Il a notamment été montré que dans chacun de ces deux cas pour lesquels les fractions volumiques d'inclusions (grains de sable en contact avec eux-mêmes et avec de l'air ou de l'eau) sont élevées, un schéma de type « auto-cohérent », également appelé « modèle de Bruggeman symétrique », se révèle être le plus adapté.

Des mesures de permittivité réalisées récemment sur des phases intervenant dans la composition d'un ciment (CSH, ettringite, portlandite et calcite) seront utilisées dans le futur comme données d'entrée de modèles prédisant la permittivité macroscopique d'un matériau cimentaire de composition connue. Cette démarche permettra également de prédire la fraction volumique inconnue de certaines phases comme la teneur en eau, grâce à des mesures de propriétés macroscopiques alimentant les modèles d'homogénéisation.

Référence: [1] Sanahuja et al., “Modelling elasticity of a hydrating cement paste”, Cement and Concrete Research 37 (2007) 1427-1439.