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Ancien lauréat
Bourse commémorative E.W.R. Steacie de 2005

Jacques Marchand

Génie civil

Université Laval


Jacques Marchand
Jacques Marchand

Lorsque les ouvrages de la marine des É.-U. sont pris d’assaut – par l’eau de mer – qui appelle-t-on à la rescousse? M. Jacques Marchand, l’un des six lauréats de la Bourse commémorative E.W.R. Steacie du CRSNG de 2005.

Fondement : « On espère que la Bourse Steacie du CRSNG conférera à la recherche sur le béton une meilleure réputation, déclare M. Marchand, professeur de génie civil et titulaire de la Chaire de recherche du Canada en prédiction de la durée de vie des infrastructures en béton à l’Université Laval. Dans le milieu des ingénieurs, ce domaine est souvent considéré comme un domaine qui aborde des problèmes triviaux. »

Problématique : Pourquoi le béton se désagrège-t-il? Nous avons tous vu des fondations d’immeuble fissurées, des garages à étages qui se désagrègent, des passages supérieurs routiers qui s’effritent et exposent des tiges d’armature d’acier en train de rouiller. La réparation de ces ouvrages entraîne des coûts énormes pour les entreprises et les gouvernements, non seulement au Canada, mais dans le monde entier. Pourtant, le béton est le matériau artificiel le plus utilisé sur la planète, la production annuelle mondiale étant estimée à environ un mètre cube par personne. Toutefois, malgré le fait que le béton constitue le matériau de construction de prédilection, la durée de vie utile à long terme des ouvrages de béton fait l’objet d’un doute constant. C’est parce que le béton est continuellement soumis aux assauts de son milieu environnant. Le béton est un mélange très poreux et très simple dont le pH est de 13.

« Même l’eau de pluie ayant un pH neutre est corrosive pour le béton », déclare M. Marchand. Par conséquent, les produits chimiques dans l’environnement – principalement des sels comme les chlorures provenant du sel épandu sur les routes en hiver et de l’eau de mer ainsi que les sulfates du sol — pénètrent dans le béton et l’affaiblissent et, dans certains cas, provoquent son expansion et des fissures.

Recherche de pointe : « Nous essayons de trouver des façons de rendre le béton plus durable et de prédire sa durabilité », explique M. Marchand, dont la famille immédiate compte huit ingénieurs et architectes, notamment son père, ancien directeur du Service de l’ingénierie de la Ville de Québec.

À cette fin, les membres de son équipe de recherche se sont tournés vers la modélisation numérique. Ils ont conçu les outils de calcul les plus avancés du monde pour prédire la durée de vie utile des ouvrages de béton. Le principal outil s’appelle STADIUM, un modèle mathématique servant à calculer l’incidence de la corrosion chimique sur les ouvrages de béton. Ce modèle sert à estimer la durée de vie de structures situées partout dans le monde, y compris de nombreux ouvrages océaniques, propriété de la marine des É.-U.

Dans l’une de ses applications les plus médiatisées, STADIUM a été utilisé après les événements du 11 septembre 2001 pour évaluer les dommages causés à l’ancien édifice de la Deutsche Bank, situé au 130 Liberty Street et adjacent à la tour Sud du World Trade Centre qui s’est effondrée. Lorsque la tour Sud s’est écroulée, elle a écrasé un grand réservoir de carburant diesel. Ce carburant a inondé le sous-sol de l’édifice et le sol environnant le 130 Liberty Street. Quelle a été l’incidence de cette contamination sur la durabilité des fondations de béton? Les ingénieurs ont prélevé de longues carottes dans la fondation et ont transmis les résultats à M. Marchand. « Nous avons entré les données dans le modèle, et la seule explication que nous avons trouvée pour la pénétration du carburant dans le béton était la présence de microfissures », raconte M. Marchand. De fait, des essais supplémentaires effectués sur la fondation ont révélé ces microfissures. L’édifice est maintenant en « déconstruction ».

Par l’entremise du Groupe SEM de l’Université Laval, un groupe florissant d’experts-conseils en R et D liée au génie civil, qui compte 25 personnes et dont M. Marchand est le président, ce dernier travaille maintenant à mettre au point SUMMA, un modèle informatique qui servira à prédire l’incidence des cycles de gel et de dégel sur la durabilité du béton. Les recherches bénéficient d’un appui de plus de 2 millions de dollars provenant d’un consortium incluant le Bureau of Reclamation des É.-U., qui se préoccupe de la durabilité des nombreux grands barrages hydro-électriques qu’il gère dans l’Ouest des É.-U.

Prochaine étape : Les recherches qu’effectuera M. Marchand à titre de boursier Steacie du CRSNG porteront principalement sur l’accroissement des capacités de prédiction de ses modèles informatiques. « STADIUM nous indique dans quelle mesure les produits chimiques pénétrants changeront le matériau, mais il ne peut actuellement pas prédire si ces changements entraîneront des fissures », explique M. Marchand. Les recherches comprendront des expériences qui viseront à étudier le mouvement et le comportement des produits chimiques dans les plus infimes pores du béton, à l’échelle nanométrique. Il s’agit de recherches concrètes qui consisteront à examiner dans le matériau à l’aide d’outils d’imagerie de haute technologie allant de la résonance magnétique nucléaire à la diffraction de rayons X et à l’ultrason.

Grâce aux résultats de ces recherches, poursuit M. Marchand, les constructeurs et autres utilisateurs de ciment et de béton pourront mieux que jamais espérer une longue durée de vie et une vie saine pour leurs ouvrages. Vous seriez étonné de savoir combien de types de ciment sont offerts actuellement sur le marché, ajoute-t-il.

« Nos modèles sont très sensibles au type de ciment et, à mesure qu’ils s’amélioreront, nous serons capables d’appliquer des principes scientifiques de plus en plus poussés pour sélectionner ou créer des ciments qui offriront des solutions techniques fiables. »