Imagerie par résonance magnétique appliquée aux matériaux du génie civil, et en particulier au béton

Résumé du document

Le génie civil permet la création de nouveaux espaces, que ce soit dans le domaine du bâtiment, de la route ou autre. Celui-ci est en pleine expansion et de nombreuses recherches sont en cours pour améliorer les procédés ou les matériaux. Dans ce milieu le béton est un composé très utilisé ; celui-ci est présent tout autour de nous. Cependant les recherches menées sur celui-ci sont loin d'être terminées. En effet nous sommes amenés à déterminer les composants d'un béton de haute qualité, d'une durée de vie encore plus élevée, ainsi que déterminer les meilleures conditions de sa mise en oeuvre dans les différentes situations et donc les différents chantiers. Une technique pour étudier ces paramètres est l'imagerie par résonance magnétique, qui étudie le comportement de l'eau du béton. En effet l'eau est un des principaux constituants du béton et il est impératif d'en maîtriser sa teneur et sa répartition. Nous étudierons dans un premier temps comment fonctionne l'imagerie par résonance magnétique, puis nous nous attarderons sur son utilisation dans le milieu du génie civil, pour terminer par deux exemples d'application.

En résumé : L'imagerie par résonance magnétique utilise les propriétés magnétiques des protons soumis à deux champs magnétiques ®B0 (statique) et ®B1 (radiofréquence). Après l'excitation par ®B1, le retour à l'état d'équilibre se fait par les phénomènes de relaxation T1 et T2.

Extraits

[...] Ces adjuvants modifient une ou plusieurs propriétés, du mélange plastique, ou du béton durci, et permettent d'augmenter les possibilités d'utilisation du béton. Cependant ces adjuvants peuvent aussi générer des effets secondaires non souhaités, inoffensifs ou dommageables. C'est la raison pour laquelle, il est indispensable de comprendre le mécanisme des adjuvants, et prévoir le comportement des bétons ainsi obtenus. Les adjuvants sont caractérisés et classés par famille puis selon leur fonction principale. Adjuvants modificateurs de la rhéologie du béton Plastifiants réducteurs d'eau Super-plastifiants d'eau hauts réducteurs Adjuvants modificateurs de prise du béton : Accélérateurs de prise Retardateurs de prise Hydrofuges Entraîneurs d'air Adjuvants agissant sur l'humidité Les principaux adjuvants utilisés sont : la fumée de silice, le fluorure de calcium, le chlorure de calcium Exemple 1 : Adjuvant servant à réduire les ions chrome en chrome Les ions Cr(VI) sont susceptibles de provoquer des réactions allergiques lors de contact avec la peau. [...]

[...] Les relaxations se font de manière exponentielle et cette variation de champ magnétique qui s'ensuit entraine alors un courant induit dans une bobine. On obtient alors un signal sous la forme de sinusoïdes amorties qui sont fonction du temps. Puis grâce à une transformée de Fourier on obtient le signal dépendant de la fréquence Courbes de relaxation La relaxation s'effectuant suivant Oz (respectivement Ox et Oy) est appelée relaxation longitudinale (respectivement transversale). On note T1 et T2 leurs temps caractéristiques respectifs. [...]

[...] Un traitement numérique simple nous donne le champ de vitesse de l'écoulement. Une des principales difficultés rencontrées sur les pâtes de ciment provient de la très faible valeur du temps de relaxation T2 de l'eau (environ 4 ms). Bien que quelques millisecondes soient nécessaires pour réaliser une séquence RMN, une si faible valeur conduit à un faible rapport signal sur bruit durant le temps d'acquisition du signal. Cependant, cette difficulté peut être contournée par un réglage spécifique de la séquence et un traitement approprié des données. [...]

[...] Il correspond à une zone centrale de l'écoulement, nous permettant de nous affranchir des effets de bords. Schéma 3 : Cellule de Couette Volume de mesure considéré pour les essais Principe des mesures à l'IRM Les mesures à l'IRM à l'intérieur de la géométrie de Couette sont obtenues à partir de la méthode développée en premier par Hanlon et modifiée ensuite par Raynaud. La séquence RMN est représentée sur le schéma 4. Deux émissions successives de radiofréquence, couplées avec des gradients de champ notés et sélectionnent respectivement, dans les directions y et un barreau virtuel le long d'un diamètre de la cellule de Couette (voir schéma 3). [...]

[...] Celui-ci mène des recherches sur les transferts et changements de phase dans les milieux granulaires et poreux et les explorations fines de la structure des matériaux. Il y a de nombreuses recherches et collaborations dans ce domaine, notamment avec le groupe Bouygues construction afin d'étudier les différentes natures d'eau (libre, liée absorbée) présente dans les bétons, et de suivre la déshydratation et la réhydratation des bétons. Pour comprendre plus facilement en quoi consiste l'utilisation de l'imagerie par résonnance magnétique nous avons décidé de présenter deux exemples concrets mettant en avant cette technique. III. [...]