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Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne

Physico-Chimie des milieux cimentaires et colloïdaux

La recherche de PCMC2 est centrée sur l’étude de la réactivité des liants minéraux et des propriétés physico-chimiques de leurs hydrates : il s’agit de comprendre (maitriser) et de prévoir les phénomènes d’hydratation (germination croissance), de stabilité et de prise.

Le contexte socio économique de ces recherches est, bien entendu, essentiellement relatif aux matériaux de construction et, en particulier, le béton de ciment Portland. Ce dernier est le matériau le plus utilisé au monde. 

Le terme hydratation couvre l’ensemble des processus physico-chimiques intervenant au cours de :
-    la dissolution de solides initiaux dans l’eau (les constituants du ciment) ou dans des solutions électrolytiques,
-    la germination, croissance et mûrissement de phases hydratées moins solubles (qui assurent la cohésion du béton).


Les termes de stabilité et de prise font appels à des aspects fondamentaux de la chimie colloïdale et de la physique de la matière molle. En effet, le propre du ciment est de faire prise. La prise est une manifestation physique accompagnant l’évolution chimique du système ; Elle est issue de l'agrégation de la pâte hydratée, autrement dit des interactions entre les hydrates, souvent nanométriques, qui la constitue. Ces interactions contrôlent également les propriétés rhéologiques de la pâte de ciment pendant la période d’ouvrabilité. Les interactions ainsi que la croissance des hydrates peuvent être modifiées par l’utilisation d’adjuvants comme des superplastifiants (réducteurs d’eau) agissant sur la fluidité et des accélérateurs ou retardateurs de prise. Nous étudions ces processus thermodynamiques et cinétiques  à l'échelle macro- et microscopique par des approches expérimentales et de simulation. La taille nanométrique des objets étudiés que sont les principaux produits d’hydratation (hydrosilicates de calcium, notés C-S-H),  ainsi que la complexité des systèmes étudiés (polyphasiques, hétérogènes, matériaux réactifs, solutions électrolytiques concentrées et très alcalines) requièrent la mise en œuvre de techniques expérimentales et de simulation originales et adaptées.


Les systèmes étudiés sont très complexes ( solides polyphasés en interaction avec une solution,  évolution temporelle pouvant être très rapide au jeune âge ); pour les aborder notre approche consiste, le plus souvent possible, d’une part, à bâtir des modèles expérimentaux représentatifs et pertinents pour le physico-chimiste, dont on peut contrôler les paramètres, et d’autres part, des modèles théoriques permettant de les simuler à la même échelle.  Notre approche, originale pour les matériaux cimentaires, est reconnue internationalement comme étant « l’école de Dijon ». Cette reconnaissance nous permet d’être bien intégrés dans les réseaux nationaux et internationaux.

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