These de doctorant

1. Introduction

Les bétons auto-plaçants (B.A.P) sont des bétons très fluides, homogènes et stables, mis en œuvre sans vibration. D'autres expressions sont aussi utilisée : béton autocompactable, béton très fluide ou des expressions anglo-saxonnes : self compacting concrete, self levelling concrete, high fluidity concrete.

Son développement a commencé au Japon à la fin des années 1980 pour des raisons économiques (réduction de la main d’oeuvre, rapidité de mise en place) et s’est progressivement répandu dans le reste du monde. En effet, la qualité de matériau autoplaçant confère au béton plusieurs avantages techniques et socio-économiques par rapport au béton ordinaire [1] :

Avantages techniques :

1. 
   ��Facilité et rapidité dans la mise en oeuvre du béton (coulage en un seul point, augmentation du débit de béton pompé).
   
2. 
   ��Bétonnage en milieux fortement ferraillés.
   
3. 
   ��Amélioration de la qualité des parements et de l’enrobage des aciers.
   
4. 
   ��Réalisation d’éléments de forme plus complexe.
   

Avantages socio-économiques :

1. 
   ��Réduction du coût de la main d’oeuvre.
   
2. 
   ��Absence de systèmes de vibration (intérieurs ou extérieurs) réduisant ainsi les coûts et les nuisances sonores dans et au voisinage du chantier.
   
3. 
   ��Réduction du temps de bétonnage et des besoins de ragréage.
   

Toutefois, certains points restent à surveiller dans l’utilisation du béton autoplaçant :

1. 
   ��Augmentation du coût des matières premières, par la présence des nouveaux adjuvants, et des différentes additions minérales.
   
2. 
   ��Compatibilité des matériaux.
   
3. 
   ��Etanchéité des coffrages.
   

Certains font les distinctions entre le béton auto-plaçant qui est employé pour un coulage vertical et le béton auto-nivelant qui correspond à une mise en œuvre horizontale.

Le béton est constitué de composants de caractéristiques morphologiques, mécanique et physico-chimiques très différentes : ciment, granulats, eau, air, et éventuellement adjuvants ou ajouts.
Chacun de ces éléments joue un rôle différent dans le comportement du béton frais, pendant la pris et le durcissement; même à l'état frais, les interaction des différentes phases sont nombreuses et l'étude du comportement rhéologique de l'ensemble devient particulièrement difficile si on désire la conduire en analysant l'influence de tous les éléments.
Une première simplification consiste à considérer le béton frais comme un matériau à deux phases : une phase visqueuse constituée par la pâte de ciment et une phase granulaire composée par l'ensemble des granulats. Des travaux ont déjà été fait dans ce domaine, qui montrent que cette schématisation peut constituer une approche intéressante de la réalité dans la mesure où la teneur en eau de la pâte est calculée en tenant compte de l'eau gâchage retenue par les granulats.
A travers ces études, il apparaît que la pâte joue un rôle fondamental et qu'il serait vain de vouloir comprendre le comportement rhéologique du béton frais sans connaître celui de la pâte qui le compose. C'est grâce à cette connaissance que pourront s'expliquer les aptitudes du béton frais au malaxage, au transport sans ségrégation, à la mise en place, au serrage, etc.
Ensuite, on va aborder des connaissances récentes sur le béton auto plaçant au point de vue de règles de formulation, des propriétés rhéologiques, des propriétés mécaniques et des caractéristiques de durabilité. L’accent a donc été mis sur la rhéologie avec ses principes théoriques et l’explication des paramètres mis en jeu tels que la viscosité et le seul de cisaillement quant à l’élaboration d’un béton dont on souhaite modifier la rhéologie. Ensuite, une bibliographie plus concise regroupe les études déjà effectuées sur l’effet des constituants secondaires du béton tels que les superplastifiants et les fillers minéraux qu’on ajoute pour acquérir une ouvrabilité appréciable ainsi que les agents viscosants quant à leur rôle dans la diminution du ressuage et de la ségrégation.

2. La structure des suspension de ciment

La pâte de ciment se présente sous la forme d'une suspension concentrée; si les grains de ciment étaient tout à fait indépendants les uns des autres, à la manière des grains d'un sable, par exemple, ils tombent sous l'effet de la pesanteur pour former, au fond du répicient contenant la pâte, un sédiment surmonté d'une épaisseur couche d'eau. Or, il n'en est rien : l'existence d'une suspension stable, même avec les teneurs en eau élevées des pâtes usuelles, ne peut s'expliquer que par une interaction des grains provoquant un arrangement, une structuration, comme cela se passe pour les sols argileux, par exemple. Néanmoins, la dimension des particules d'argile, beaucoup plus faible que celles des ciments, donnent une part essentielle aux forces de liaison intergranulaires conférant au matériau des propriétés bien particulières (propriétés coïlloidales); dans les pâte de ciment, ces forces subsistent, mais leur effet, moins marqué, laisse les forces de gravité jouer un rôle non négligeable. Retenons simplement, pour l'instant, que les grains de ciment ont un comportement intermédiaire entre les sables et les argiles.

L'établissement de modèles cherchant à décrire la structure des suspensions du ciment dans l'eau se heurte, lui aussi, à des difficultés provenant essentiellement :
- de l'extrême variété des grains de ciment dans leur taille (de quelque microns à une centaine de microns) et dans leur composition minéralogique (silicates, aluminates, gypse, ajouts divers, etc...);
- de leur forme comportant des faces planes, des arêtes, etc, se prête mal à une modélisation;
- de leur état de surface, qui nous le verrons par la suite, est assez profondément altéré par le broyage;
- de l'évolution chimique de l'ensemble où, très rapidement, des ions passent en solution, des cristallisations s'opèrent, etc.
Aussi, serons-nous amenés à échafauder un modèle en simplifiant considérablement la réalité. Dans la mesure où notre objectif est surtout de donner une explication qualitative des phénomènes, ces simplifications sont admissibles. Tout d'abord, une compréhension de la microstructure de la pâte de ciment est nécessaire et après on va aborder un modèle simple d'un grain ciment isolé des autres, lorsqu'il est sec et lorsqu'il est entouré d'eau. Puis, nous verrons quelle peut être l'interaction de deux grains, avant d'aborder l'étude structurale de la suspension.