Détermination des propriétés nanoscopiques viscolélastiques et diffusives par la Dynamique Moléculaire

Abstract

Les structures du génie urbain sont connues pour absorber la chaleur du rayonnement solaire le jour pour la restituer dans l’environnement la nuit et en période estivale cela entraîne l’apparition d’ilots de chaleur urbains. L’eau contenue dans les structures de chaussée peut, selon la quantité de chaleur emmagasinée, s’évaporer sous forme vapeur et offrir une solution de rafraichissement. Les structures de chaussée horizontales sont aussi soumises à du fluage, conduisant à une variation locale de la porosité du matériau, ce qui modifie sa capacité à diffuser la vapeur d’eau. Dans le but d’optimiser le pouvoir évaporatif de ces structures, une première approche consiste à modéliser finement les phénomènes. Les données issues de la littérature découplent les phénomènes sont trop dépendantes du matériau et des conditions d’essai. Dans ce travail, nous étudions le béton comme élément de chaussée. Une modélisation à l’échelle moléculaire a été réalisée pour définir ses propriétés viscoélastiques et celles de diffusion à la vapeur d’eau. En supposant que le fluage du béton est principalement dû au comportement des silicates de calcium hydratés (CSH), représentant au moins 50 % du volume de la pâte de ciment hydratée durcie, la modélisation a considéré son interaction avec d’autres composants pour définir la déformation viscoélastique par binôme de phases. Les variations d'espacement et d'orientation des composites CSH-autre phase ont été analysées dans différents scénarii, montrant l’effet de la présence de molécules d’eau aux interfaces. De la même manière, les coefficients de diffusivité ont été obtenus pour différents composants de la pâte de ciment. Les résultats ont permis d’établir une base de données des propriétés homogénéisées de ces nano-composites pour de futurs calculs aux échelles supérieures.