Actes du Séminaire Descartes

Collectif Presses de l'Ecole Nationale des Ponts et chaussées (ENPC)

145 pages, parution le 05/04/2001

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Résumé

Resume

Un imageur par resonance magnetique dedie aux materiaux du genie civil et de la construction vient d'etre mis en place par le LCPC a NFI Utilisant la resonance des spins des protons des molecules d'eau soumis a la superposition d'un champ eleve et d'un champ oscillant, cette technique permet d'observer l'eau et ses mouvements ou ses transformations au sein des milieux poreux et granulaires, mais reste cependant assez delicate lorsqu'elle est utilisee pour des materiaux tres heterogenes et de faible porosite. L'equipement mis en place a des caracteristiques originales qui font de lui un prototype actuellement sans equivalent dans le monde. De nombreuses collaborations avec des laboratoires et des entreprises sont envisagees.

Motivations - Objectifs

Pour etudier les proprietes physiques et chimiques des materiaux dans le but de comprendre et predire leur comportement ou concevoir de nouveaux materiaux, les techniques de mesure les plus couramment utilisees fournissent une information locale (teneur en atomes ou molecules d'une categorie particuliere dans un tres petit volume extrait du materiau), surfacique (tension superficielle, deformations d'un milieu le long de son interface avec le milieu ambiant, etc.), moyenne sur un volume caracteristique du materiau ou dans une direction privilegiee (teneur en eau, permeabilite, viscosite, etc.). Certaines de ces techniques peuvent cependant apporter des informations plus completes concernant la structure interne lorsque le materiau etudie a une structure cristalline donc periodique. Ce n'est pas le cas en general pour les materiaux du genie civil et les techniques ci-dessus ne permettent pas de determiner la distribution spatiale de proprietes physiques et chimiques a l'interieur du materiau, sans le detruire.

Dans le cadre de l'etude des materiaux du genie civil (pont, sol, route, mur,... ) on est confronte a des milieux qui ont des echelles de longueur, d'epaisseur, de volume, bien specifiques. Les gradients spatiaux des proprietes physiques ou chimiques doivent donc etre etudies le long de ces echelles. De plus les materiaux du genie civil sont soumis a des contraintes mecaniques, thermiques ou hydrauliques externes. Il importe de pouvoir suivre les evolutions internes du materiau soumis a ces contraintes. Ceci est possible avec une technique non locale et non moyenne.

La technique du scanner aux rayons X, qui permet d'obtenir des images selon des plans de coupe a travers le materiau, repond en partie a ces exigences. L'imagerie par resonance magnetique (ERM) repond aussi a ces contraintes mais cette seconde technique presente cependant des avantages notables sur la premiere :

En utilisant un appareil concu pour etudier la resonance des protons de l'hydrogene de l'eau on peut obtenir specifiquement une cartographie de la position de l'eau au sein du materiau, plus ou moins independamment des proprietes de la matrice solide. Or l'evolution (durabilite) des materiaux du genie civil est grandement affectee par les transferts ou les transformations de l'eau qu'ils contiennent.
Lorsqu'elle est bien maitrisee la technique d'IRM permet, en modifiant les methodes d'acquisition des donnees, de faire varier le contraste des images en fonction de l'etat de l'eau (gaz, liquide, solide) ou de ses proprietes locales au contact du solide. On peut ainsi avoir acces a differents types de cartographies de la structure interne. Il est aussi possible d'observer les mouvements de l'eau ou de particules contenant de l'eau ou de l'huile.
Les images de l'interieur du materiau peuvent etre obtenues selon des plans de direction arbitraire sans deplacer l'echantillon.

Dans le domaine du genie civil PIRM pourrait par exemple etre utilisee pour etudier le comportement mecanique des sols naturels (gonflement, rupture, compression, etc.), les proprietes des betons et ciments (fissura~ion, permeabilite, rheologie, prise, etc.), les proprietes thermiques des materiaux de construction les transferts de polluants dans les sols ; les phenomenes capillaires dans les materiaux poreux les proprietes des chaussees (comportement mecanique, colmatage, etc.) ; le comportement du bois (comportement mecanique, sechage, vieillissement, transferts d'eau, etc.) ; le gel des roches et des sols. Dans tous ces domaines PERM a jusqu'ici ete utilisee de facon tres marginale (imageurs d'hopitaux notamment) et a l'aide d'appareils pas toujours parfaitement adaptes (champs trop faibles ou trop eleves, atmosphere, temperature et hygrometrie non controlees). Dans le monde seuls quelques appareils sont destines a la recherche fondamentale dans le domaine des milieux poreux. En France un imageur est depuis peu en service au CRMD (Centre de Recherches sur la Matiere Divisee) a Orleans pour etudier la matiere finement divisee. La taille des echantillons qu'il pourra tester est de l'ordre de quelques centimetres. En Europe aucun imageur n'est entierement dedie a l'etude des materiaux du genie civil. Compte tenu de la carence d'un appareil similaire dans le domaine des materiaux de l'industrie proches de ceux du genie civil (boucs de forage, produits colmatants, charbon liquide, boues residuaires, poudres,... ) il est raisonnable de penser que cet appareil pourrait aussi trouver de nombreuses applications dans ce domaine.

L'auteur - Collectif Presses de l'Ecole Nationale des Ponts et chaussées (ENPC)

Equipe de la rédaction des Presses de l'école nationale des Ponts et chaussées

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Caractéristiques techniques

	PAPIER
Éditeur(s)	Presses de l'école nationale des Ponts et Chaussées
Auteur(s)	Collectif Presses de l'Ecole Nationale des Ponts et chaussées (ENPC)
Parution	05/04/2001
Nb. de pages	145
Format	17 x 24
Couverture	Broché
Poids	303g
Intérieur	Noir et Blanc
EAN13	9782859783228
ISBN13	978-2-85978-322-8