Academic literature on the topic 'Verre – Détérioration – Effets de l'eau'

Le projet de stockage géologique profond des déchets hautement radioactifs et à vie longue développé par l’ANDRA prévoit que les colis de déchets vitrifiés soient placés dans des surconteneurs en acier faiblement alliés avant leur introduction dans des alvéoles de stockage situées à 500 m de profondeur. Cette proximité entre le verre et l’acier implique, en présence d’eau, une interaction entre les deux matériaux. Les études précédemment menées sur le système verre-fer en condition de stockage géologique ont permis de mettre en évidence la phénoménologie liée à cette interaction. Le fer est décrit comme augmentant l’altération du verre, notamment en raison de la formation de silicates de fer. Néanmoins, dans les dispositifs expérimentaux choisis, l’altération simultanée du verre et du fer rend difficile l’identification des mécanismes prévalant à l’interface de chaque matériau. Dans cette thèse, nous avons donc choisi de décomposer le système réel et complexe Verre/Acier/Argile/Solution en deux systèmes d’études modèles afin d’essayer de mieux caractériser les différents mécanismes siégeant à chaque interface. Les expériences du premier système, dit simplifié, sont des expériences de corrosion d’une poudre de fer en présence de Si. Ces expériences ont montré qu'une augmentation de [Si] favorisait la formation de silicates de Fe au détriment des oxydes de Fe, mais sans conduire à une augmentation de la quantité de fer corrodé. L’étude de la cinétique de ces expériences a révélé qu’un mécanisme de germination-croissance complexe est à l’origine de la formation des silicates de fer. Un modèle cinétique simplifié a par ailleurs été proposé. Les expériences du deuxième système, dit recombiné, met en contact la poudre de fer d’abord avec le verre CJ1 puis avec le verre ISG. Ces expériences ont mis en évidence que la présence de fer conduit certes à une augmentation de l’altération du verre mais cette augmentation est fortement limitée par trois paramètres principaux : la composition du verre, le flux de fer associé à la cinétique de corrosion du métal et le pH. La démarche de simplification choisie a donc permis de dissocier l’effet de chaque paramètre et de localiser l’effet du Si sur la corrosion du fer, de dissocier l’effet du fer de l’effet du pH sur l’altération du verre et surtout de mettre en évidence l’importance des paramètres tels que le flux de fer et la composition initiale du verre sur l’effet qu’aura le fer sur l’altération du verre
The geological disposal of high-level waste (HLW) developed by ANDRA, in France, is based on a multi-layer concept. The vitrified radioactive waste is placed in a stainless-steel container itself placed in a carbon steel overpack and disposed in Callovo-Oxfordian (Cox) claystone. The proximity between iron, glass and groundwater should involve a chemical interaction between them which can impact the long-term behaviour of nuclear vitrified waste. Previous study on the glass-iron system in geological storage conditions have highlights the phenomenology linked to this interaction. Iron has been almost unanimously described as increasing the alteration of glass. However, in the experimental setups chosen, the simultaneous alteration of glass and iron makes it difficult to identify the mechanisms prevailing at the interface of each material. In this thesis, we have therefore chosen to decompose the real and complex Glass / Steel / Clay / Solution system into two model study systems in order to better characterize the different mechanisms at each interface. The first experiments were about the corrosion of iron powder in the presence of Si. These experiments have shown that an increase in [Si] promotes the formation of Fe silicates at the expense of Fe oxides, but without leading to an increase in the amount of corroded iron. Kinetic investigations revealed that a complex germination-growth mechanism is behind the formation of Fe silicates. A simplified kinetic model has also been proposed. Then, the experimental system has been complexified with iron corrosion experiments in the presence of CJ1 simple glass and ISG glass. These experiments have shown that the presence of iron certainly leads to the deterioration of the glass, but this increase is strongly limited by three main parameters : the glass composition, the iron flux associated with the corrosion kinetics of the metal and pH. The chosen simplification approach therefore made it possible to dissociate the effect of each parameter and to locate the effect of Si on the corrosion of iron, to dissociate the effect of iron from the effect of pH on alteration of the glass and above all to highlight the importance of parameters such as the iron flow and the initial composition of the glass on the effect that the iron will have on the deterioration of the glass

L’isolation des cuves des méthaniers, utilisant la technologie de membrane MarkIII, est garantie par l’agencement de barrières thermiques réalisées à l’aide de blocs de mousse polyuréthane renforcée. La membrane est dimensionnée pour résister aux diverses sollicitations mécaniques et thermiques de service. De plus, dans le cadre de l’étude de scénarios de sécurité critiques, il doit être démontré que l’occurrence d’un évènement rare de type pénétration d’eau, n’engendre pas de dommages sévères des composants de la membrane.L’objet de ce travail est d’étudier le comportement de la mousse polyuréthanne renforcée par des fibres de verre en immersion afin d’aider à une meilleure compréhension des mécanismes de diffusion et de l’impact de la pénétration de l’eau sur les propriétés du matériau.La mise en place d’essais de sorption à température ambiante, suivant trois conditionnements « libre », « bloqué » et « couplé » a permis d’identifier respectivement une loi de gonflement, une loi de chargement et une loi d’endommagement.En conditionnement « libre », l’architecture cellulaire et les positionnements de fibres de verre dans les plans XY induisent un couplage hygro-mécanique anisotrope. Le gonflement de la direction Z, joue un rôle très important sur les niveaux de solubilité de l’eau.En conditionnement « bloqué », le blocage du déplacement des faces perpendiculaires à la direction Z induit une augmentation du niveau de contrainte interne en fonction de la progression du front de pénétration.En conditionnement « couplé », l’enchaînement d’un vieillissement hydrique et d’un vieillissement cryogénique engendre un endommagement, dont le degré est proportionnel au niveau de gonflement de la structure cellulaire.L’impact de ces différents conditionnements sur la durabilité des propriétés mécaniques du matériau a été évalué
The insulation of containment membrane of liquid natural gas carrier using the MarkIII membrane system, consists of load-bearing system made of panels in glass fiber reinforced polyurethane foam. The membrane is designed to resist to mechanical and thermal service load cases. As stated by IGC code regulation, and more specifically in some critical safety scenario, it has to be demonstrated that the cargo containment system will keep its integrity and main functions when subjected to water leakage through the inner hull wall (ballast).The challenge of this study is to appreciate the behavior of the reinforced polyurethane foam in immersion, which could widen the understanding of both water diffusion mechanisms and the impact of water penetration on the properties of the material.The setting up of water sorption tests at ambient temperature, according to three conditioning "free", "blocked" and "coupled" has allowed to identify a swelling law, a loading law and a damage law.In "free" conditioning, the cellular structure and the orientation of glass fibers in XY planes induce an anisotropic hygro-mechanical coupling. The swelling of Z direction has an important impact on the water solubility levels.In "blocked" conditioning, the blocking of the displacement of the faces perpendicular to the Z direction induces an increase in the internal stress levels as a function of the progression of the penetration front. In "coupled" conditioning, the sequence of the water aging and the cryogenic aging causes several damages. The damage degree is proportional to the hygroscopic swelling level of the cellular structure.The impact of these different conditionings on the durability of the material mechanical properties has been evaluated

Des verres alumino-borosilicatés alcalins ont été soumis à des tests d'altération aqueuse après avoir été ou non pré-irradiés par des ions lourds de basse énergie. Nous avons mis en oeuvre un ensemble de techniques de caractérisation physico-chimique et structurale afin de décrire l'évolution de la morphologie et de la composition superficielle de verres simples dopés avec un ou plusieurs éléments de transition (Fe, Mo, Nd, Cs, Ce, Th) ainsi que la cinétique de relâchement des éléments dans la solution. Dans quelques cas (verres simples, couches d'altération et verres complexes), nous avons également cherché à préciser l'éventuelle évolution de l'environnement chimique des dopants au moyen de l'absorption X. Il apparaît clairement que la vitesse de dissolution d'un borosilicate alcalin pré-irradié augmente d'un facteur 2 à 4 par rapport à celle de son homologue non irradié et lixivié dans les mêmes conditions. L'irradiation affecte surtout les distributions superficielles du bore et du sodium. Elle conduit à la formation de couches hydratées plus morcelées. En outre, elle favorise l'enrichissement superficiel en éléments réputés difficilement solubles comme A1 et Fe dans la mesure où l'hydratation de la surface du verre est accentuée. Enfin, l'irradiation semble avoir pour effet de retenir des éléments mobiles comme le molybdène dans la couche altérée et notamment quand il se trouve associé au fer
Alkali alumino-borosilicate glasses have been submitted to aqueous leaching tests alter being irradiated or not with low energy heavy ions. A series of physico-chemical or structural characterization techniques has been used to describe the evolution of both the morphology and the surface composition of simple glasses doped with one or several transition elements (Fe, Mo, Nd, Cs, Ce, Th) together with the kinetics of the elemental release in the leachates. In some cases, we have investigated using appropriate structural methods (XAFS) the modifications of the chemical environment of the dopants. We have can show that the dissolution rate of any alkali borosilicate glass is increased by a factor 2 to 4 when it has been first irradiated with low energy heavy ions. The ion irradiation mainly affects boron and sodium surface distributions. It leads to much more divided hydrated layer. It enhances the tendency for insoluble elements as Al and Fe to be surface enriched due to the increase of glass hydration. Then, ion irradiation seems to retained soluble elements as Mo in the hydrated layer especially when it is associated with iron

Ce travail s'est focalisé sur les interactions entre l'eau et les canalisations en poly(chlorure de vinyle) chloré employées pour la distribution d'eau chaude et froide sanitaire (ECFS). Les interactions considérées sont l'absorption d'eau par le PVCC et la migration d'espèces solubles. Elles sont étudiées pour les principales caractéristiques de fonctionnement des réseaux d'ECFS (température, renouvellement de l'eau, mode de contact, etc. ). Le PVCC s'avère être réactif avec l'eau alors que les relations structures-propriétés et l'utilisation courante ne laissent pas présager un tel phénomène. En effet, immergé dans une eau chaude, le PVCC est le siège d'un vieillissement chimique se traduisant par un endommagement osmotique faisant intervenir la production de chlorures dont l'origine est le polymère. Il en résulte, par exemple à 80 degrés C, une absorption d'eau de l'ordre de 4 % après 7000 heures d'essais. La cinétique d'absorption est probablement à relier à la formation d'espèces chlorées participant à la propagation des fissures. Les principaux facteurs accélérant ce processus sont le contact par immersion et la température. L'étude cinétique de la migration montre que certaines espèces cibles : organoétains, composés organiques volatils (chloroforme, éthyl-hexanol, etc. ) et ions calcium et chlorure migrent du PVCC vers l'eau au moins jusqu'à 1000 heures. Parmi les conditions d'expositions étudiées, la température et le renouvellement de l'eau sont les facteurs aggravant de la migration. L'endommagement favorise la migration par deux voies. D'une part, le chlorure d'hydrogène réagit avec le stabilisant organostannique et le carbonate de calcium formant des espèces plus mobiles et plus solubles dans l'eau. D'autre part, la diffusivité est augmentée principalement dans la zone proche de la surface. Par conséquent, les conditions d'exposition favorables à l'endommagement sont, en première approche, également propices à la migration. Les COV, peu influencés par le vieillissement, migrent selon une cinétique pseudo-Fickienne.

Cette thèse s’inscrit dans une démarche originale pour les matériaux composites stratifiés (verre/époxy) consistant à développer des protocoles expérimentaux adaptés aux essais de fatigue classique et aux essais d’auto-échauffement multiaxiaux pour trois types de sollicitations: Traction, cisaillement pur et traction-cisaillement combinés via un montage Arcan. Ces protocoles permettent de traiter des bilans locaux d’énergie et s’appuient sur des techniques d’imagerie qualitative et quantitative, en combinant deux techniques d’imagerie: la première technique concerne la thermographie infrarouge par La méthode de lissage 2D permettant d’étudier séparément les effets dissipatifs, et les effets thermoplastiques. Les effets dissipatifs sont les responsable de l’endommagement par fatigue de la structure. La corrélation d’images digitales a permis d’accéder aux champs cinématiques pour pouvoir estimer l’énergie de déformation localement mise en jeu sur un cycle de chargement, et de la comparer à l’énergie dissipée. Une étude qualitative a été faite sous tomographe pour caractériser les mécanismes de d’endommagement suite à un essai de fatigue pour les trois types de sollicitation
In this thesis the original approach for laminated composite materials (glass / epoxy) of developing experimental protocols adapted to test conventional fatigue and self-heating tests in multiaxial for three types of loading: traction, pure shear and combined tensile shear using Arcan mounting. This method has been adapted to rapid determination of damage threshold of laminate composites. These protocols allow to deal with local energy balance and are based on qualitative and quantitative image processing techniques. It combines two image processing techniques: Infrared thermography method and digital image correlation. The Infrared thermography method through 2D smoothing allowsstudying separately dissipative effects which are related to for fatigue damage of the structure and thermoelastic effects accompanying self-heating tests. While the digital image correlation gives access to kinematic fields and estimation of the strain energy locally into play on a loading cycle, and compare it to the energy dissipated. A qualitative study was made under tomography to characterize the mechanisms of damage during fatigue testing for the three types of stress

Parmi la grande diversité des productions de verres anciens appartenant aux collections muséales (vaisselle, vitres, vitraux, bijoux, perles, incrustations, statuettes, mosaïques, émaux, céramiques glaçurées…), une proportion importante montre à leur surface les signes sévères d’une altération atmosphérique (présence de sels alcalins, fracturation) conduisant à une perte de transparence voire une perte irréversible de matière. Ces œuvres sont produites essentiellement à partir du Moyen-Âge (XIIe-XIIIe siècle), avec une forte représentation aux XVIe, XVIIe et XVIIIe siècles. Les verriers ont en effet appliqué alors de nouvelles recettes par rapport à celles des périodes anciennes conduisant à une instabilité chimique du verre vis-à-vis de l’humidité ambiante. Quant aux œuvres actuellement en bon état de conservation, elles sont également susceptibles de se dégrader au cours du temps, selon leur composition et leur condition de conservation. À ce jour, le meilleur moyen de protection mis en œuvre par les conservateurs et les restaurateurs pour ralentir sensiblement cette altération est le contrôle de la température et de l’humidité de l’environnement de conservation (vitrines d’exposition spécifiques, réserves de musée). Cependant, afin de préserver cet important patrimoine culturel, il est d’un intérêt majeur de proposer de nouvelles solutions de protection qui soient à la fois plus efficaces et moins coûteuses pour les musées. C’est dans ce contexte que s’inscrit le présent projet de thèse. Il vise d’une part à faire progresser la compréhension des mécanismes d’altération atmosphérique des verres d’oxyde, d’autre part à mettre au point un traitement de protection à base de sels de zinc adapté au contexte muséal. En s’inspirant de procédés industriels qui exploitent de manière empirique l’effet protecteur des ions zinc (stockage et transport du verre plat, produits de lavage du verre en lave-vaisselle), nous avons en effet d’ores-et-déjà mis en évidence le fort potentiel de très faibles quantités de sels de zinc pour réduire efficacement les cinétiques d’altérations de compositions verrières altérables du patrimoine
In the cultural heritage field, it is of major concern to develop new protective methods for ancient glass objects that decay under atmosphere. In this framework, two complementary research directions are undertaken. The first one aims to get a better understanding of the glass atmospheric alteration mechanisms at a small scale. The second one is focused on the potentiality of a zinc salt surface treatment. By the mean of accelerated ageing experiments (temperature and humidity control) of replica glasses (alkali silicates), untreated or zinc salts treated, the evolution of the glass surface and sub-surface with atmospheric alteration are evaluated at different scales (macro – nano). These surface modifications are compared to the properties of hydrated layers of ancient glass objects that have been altered over decades. The influence of the ageing temperature and the glass composition on the atmospheric alteration mechanisms are highlighted. In particular, these parameters affect the proportion of alkali elements that are retained into the hydrated layer, which would severely impact the glass chemical durability. Positive effect of a zinc salt treatment to reduce the replica glasses hydration kinetics is shown with ageing experiments at 80 °C or 40 °C, when the glass surfaces are not pre-altered before the deposit. The formation of thermally activated zinc species that react with the glass surface are put in evidence as well as their predominant role in the protection mechanisms. Therefore, a zinc salt treatment might be considered if a heating step of the glass object is accepted (around 60 °C). However, the treatment performances seem to be strongly dependent on the surface alteration degree before the deposit. This point is critical for the relevance of the treatment for the glass artwork conservation and should be investigated deeper. Others directions of research are arisen in this work and should be followed to propose new protective methods in the longer terms

Cette étude concerne la fatigue et le vieillissement des élastomères en environnements marin et thermique. Elle vise plus particulièrement à proposer des outils applicables à l'échelle industrielle permettant d'intégrer les effets du vieillissement sur l'évolution des propriétés mécaniques, en particulier sur les propriétés en fatigue. Une vaste campagne expérimentale a ainsi été lancée pour deux matériaux industriels et pour deux types d'environnements (marin et thermique). Le vieillissement est caractérisé à toutes les échelles, depuis l'étude des mécanismes de dégradation (causes) jusqu'aux évolutions du comportement mécanique (conséquences). Les méthodes classiques d'extrapolation de la durée de vie sont ensuite appliquées et confrontées à des données issues de structures vieillies en service. Le second aspect de cette étude concerne la proposition d'une méthode d'identification rapide des propriétés à la fatigue. Pour cela, une méthode spécifique, dédiée aux matériaux élastomères, est proposée. Elle repose sur l'utilisation de mesures d'auto- échauffement par thermographie infrarouge, sur la description des populations de défauts sous chargement cyclique par micro-tomographie aux rayons X et sur l'utilisation d'un modèle de terme source pour alimenter un critére d'endurance énergétique. Enfin, dans la dernière partie, nous présentons les outils manquants à l'extension de ces résultats aux structures industrielles permettant de prendre en compte les gradients de propriétés induits par le vieillissement.

Les déchets plastiques s'accumulent depuis plusieurs décennies dans les océans où ils se fragmentent en particules appelés microplastiques lorsque leur taille est inférieure à 5 mm. Ces microplastiques sont retrouvés dans toutes les eaux du globe, dans les sédiments ainsi que dans de nombreux organismes marins. Le devenir physicochimique à long terme de ces particules et leur possible fragmentation en nanoplastiques sont complexes, encore peu documentés et nécessitent des études en laboratoire.Afin de comprendre les processus liés à la photodégradation et à la fragmentation des polymères dans l’environnement, mais également dans le but d’'appréhender l’évolution des fragments générés au cours de l’irradiation, un protocole de vieillissement accéléré en milieu abiotique a été mis en place sur des polymères modèles. Le suivi de l’oxydation et de la fragmentation des deux polymères étudiés,polyéthylène basse densité et polypropylène, a été mené à l’aide de techniques spectroscopiques (infrarouge, Raman), DSC, angles de contact, et microscopiques (lumière polarisée, MEB, AFM…).Ce travail a permis de mettre en évidence l’influence significative de l’environnement et de la morphologie initiale des polymères sur leurs cinétiques de vieillissement et leurs mécanismes de fissuration. Ainsi des distributions en nombres, tailles et formes de fragments très différentes ont été obtenues pour les deux polymères selon la présence d’eau. Enfin, après un long temps d’irradiation, des produits de dégradation ont pu être détectés mais la production significative de nanoplastiques n’a pas été démontrée. L'hypothèse d'une taille limite de fragmentation devrait être envisagée
Plastic wastes have been accumulating for several decades in the oceans where they break up into particles called microplastics when their size is less than 5 mm. These microplastics are found in all earth’s waters, in sediments and in many marine organisms. Their long-term physico-chemical fate and their possible fragmentation into nanoplastics are complex, still poorly documented and require laboratory studies.In order to understand the processes related to photodegradation and fragmentation of polymers, but also in order to understand the evolution of these fragments during irradiation, an accelerated aging protocol in abiotic conditions has been set up. The oxidation and fragmentation of two model polymers, low density polyethylene and polypropylene, were monitored using spectroscopic techniques (InfraRed, Raman), DSC, contact angles and microscopic technics (light microscopy, polarized light, SEM, AFM ...).This work has demonstrated a significant influence of the environment and the initial morphology of the polymers on their kinetics of aging and cracking mechanisms. This lead to significantly different distributions in numbers, sizes and shapes of the generated fragments. Moreover, after a long time of irradiaiton, other degradation products could be detected but the significant production of nanoplastics has not been demonstrated. The possibility of a size limit below which the fragmentation rate of plastics would strongly decrease should be considered

Les structures en béton des centrales nucléaires peuvent être soumises à des contraintes thermo- hydriques modérées, caractérisées par des températures de l'ordre de la centaine de degrés aussi bien en conditions de service qu'accidentelles. Ces contraintes peuvent être à l'origine de désordres importants notamment la fissuration qui a pour effet d'accélérer les transferts hydriques dans la structure. Dans le cadre de l'étude de la durabilité de ces structures, le modèle THMs a été développé au Laboratoire d'Etude du Comportement des Bétons et des Argiles (LECBA) du CEA Saclay pour simuler le comportement du béton face à des sollicitations couplées thermo-hydro-mécaniques. Dans cette thèse on s'est intéressé à l'amélioration dans le modèle THMs d'une part de l'estimation des paramètres mécaniques et hydromécaniques du matériau en conditions partiellement saturées et en présence de fissuration et d'autre part de la description de la fissuration. La première partie a été consacrée à la mise au point d'un modèle basé sur une description multi-échelle de la microstructure des matériaux cimentaires, en partant de l'échelle des principaux hydrates (portlandite, ettringite, C-S-H, etc.) jusqu'à l'échelle macroscopique du matériau fissuré. Les paramètres investigués sont obtenus à chaque échelle de la description par des techniques d'homogénéisation analytiques. Dans la seconde partie on s'est attaché à décrire numériquement de façon précise la fissuration notamment en termes d'ouverture, de localisation et de propagation. Pour cela une méthode de réanalyse éléments finis/éléments discrets a été proposée et validée sur différents cas-test de chargement mécanique. Enfin la procédure a été mise en œuvre dans le cas d'un mur chauffé et une méthode de recalcul de la perméabilité a été proposée permettant de montrer l'intérêt de la prise en compte de l'anisotropie du tenseur de perméabilité lorsqu'on s'intéresse à l'étude des transferts de masse dans une structure en béton fissurée. Mots clés : matériaux cimentaires, homogénéisation, modélisation multi-échelle, microfissures, éléments discrets, éléments finis, chargements thermo-hydro-mécaniques.