Nos tutelles

CNRS

Nom tutelle 1

Nos partenaires

Nom tutelle 2 Nom tutelle 3

Rechercher





Accueil > Séminaires > Archive des séminaires d’Utinam > Archive des séminaires de chimie (jusqu’en 2011) > 2007

Le ciment : un matériau colloïdal origina

par Edith Burgey -

vendredi 22 juin 2007

Christophe LABBEZ, Isabelle POCHARD

Équipe Réactivité des Systèmes Granulaires
Département Interface et Réactivité des matériaux
Institut CARNOT de Bourgogne, UMR 5209 CNRS, Université de Bourgogne

Résumé  :

Le ciment hydraté est majoritairement composé de particules nanométriques d’hydrosilicate de calcium (C-S-H). Les particules de
C-S-H sont lamellaires, nanocristallines et agrégées. Il est connu depuis fort longtemps que ce sont ces particules qui sont à
l’origine de la cohésion du ciment. Néanmoins, le processus de cohésion et la nature des forces interparticulaires étaient jusqu’il y a
peu de temps très mal définis, et ceci en partie à cause d’une méconnaissance des caractéristiques physico-chimiques et des
propriétés colloïdales du C-S-H.
Cette méconnaissance était liée à plusieurs difficultés. Tout d’abord, le C-S-H ne présentant qu’un ordre cristallographique à courte
distance, la structure du matériau n’était que partiellement élucidée. Par ailleurs, le domaine de stabilité de ce minéral est très limité
puisqu’il se situe au-delà de pH 10. Enfin, une suspension aqueuse de particules de C-S-H forme ce qu’on appelle un système
fortement couplé, c’est-à-dire qu’il présente une densité surfacique de charge élevée (de part la présence de groupe silanols ionisés),
une force ionique importante et la présence d’ions multivalents. Dans ce cas, les théories classiques de double couche (champ
moyen, DLVO) échouent à décrire quantitativement et qualitativement les phénomènes observés.
Toutes ces difficultés ont nécessité la mise en oeuvre d’approches originales afin de mieux caractériser le matériau en lui-même
ainsi que l’interface C-S-H /solution. Ce séminaire présente les approches utilisées et les résultats obtenus pour aller jusqu’à la
compréhension du mécanisme de cohésion d’une pâte de ciment.
On montrera en particulier comment, grâce au couplage original de techniques expérimentales et de simulations (Monte-Carlo
principalement) nous avons pu élucider la structure et le processus de formation de la charge du C-S-H ainsi que les forces qui sont
à l’origine de la cohésion des matériaux cimentaires. Notamment, l’imagerie à l’échelle atomique sur des couches minces
microcristallines de C-S-H et la mesure de force entre particules de C-S-H par Microscopie à Force Atomique ont permis de mettre
en évidence, respectivement, la structure de surface et l’existence d’une force attractive à courte portée qui toutes deux évoluent en
fonction de la composition des solutions d’équilibres. Grâce à une technique de minimisation de l’énergie et par la simulation des
diagrammes de diffraction RX, une structure du C-S-H a été proposée. Enfin, les simulations Monte Carlo dans l’ensemble grand
canonique (volume, température et potentiel chimique constant) appliquées a ces systèmes ont permis d’expliquer et de prévoir la
formation et la surcompensation de densité de charge à la surface du C-S-H, et les forces attractives qui en résultent. Les
corrélations ioniques, qui sont purement électrostatiques, sont à l’origine de ces phénomènes.