Dissertations / Theses on the topic 'Béton – Composition chimique'

Le travail rapporté dans cette thèse a été effectué dans le cadre d'une opération du Réseau Génie Civil et Urbain (RGC&amp;U) sur les bétons auto plaçants. L'objectif est de regrouper les bétons auto plaçant (BAP), qui sont très visqueux et très sensibles à une légère variation du dosage un eau, avec les bétons auto nivelants (BAN), qui sont moins visqueux, plus robuste vis à vis de la variation du dosage en eau, dans une même catégorie bétons fluides, afin d'élargir la problématique des études et ainsi de rechercher des solutions générales grâce à une approche globale. La conciliation de ces deux aspects conduit toutefois à des formulations. Complexes et pointues mettant en jeu un ensemble de constituants minéraux et organiques (agents viscosants (AV) et superplastifiants (SP)). Ici, nous nous sommes intéressés au comportement rhéologique des bétons fluides à l'échelle de la pâte de ciment, incluant aussi bien les propriétés à l'état d'équilibre que celles à l'état transitoire (thixotropie). Nous avons considéré l'influence des AV par rapport aux SP sur les propriétés théologiques. Nous avons montré que la rhéologie des pâtes est peu sensible au dosage en AV comparé aux SP. Nous avons interprété ces résultats par le fait que les SP modifient la configuration du réseau granulaire (défloculation) alors que les AV ont une influence sur la rhéologie de la phase liquide uniquement, sachant que pour une suspension granulaire concentrée, les propriétés rhéologiques dépendent essentiellement de la concentration et de la concentration d'empilement maximum en solide. Le deuxième volet de notre étude concerne la stabilité des pâtes de ciment. Nous avons montré qu'il est possible d'utiliser un test de compression simple pour déterminer les conditions pour lesquels on peut avoir séparation liquide granulats. Nos résultats ont montré qu'aussi bien les AV et les SP contribuent à la stabilité des pâtes<br>The present study is undertaken in the framework a global project of the "Réseau Génie Civil et Urbain" (RGC&amp;U) concerning self compacting concretes (SCCs). The objective of this project is to develop a global approach for SCCs, which are viscous and highly sensitive to the variation in water dosage, and self levelling concretes, which are less viscous and robust. Both types of concretes are considered in a global category refetred to as "fluid coucretes". In this investigation we were interested in the rheological behaviour of the material ai the cernent pacte scale, including both the steady and transient (thixotropy) rheological properties. A comparative study bas been undertaken into the influences of viscosity agents (VAs) and superplasticizers (SPs). It was found that the rheological behaviour of the pactes was much less sensitive to VA dosage than SP's. These results were interpreted in the framework of highly concentrated granulai suspensions models. A second part of oui study is related the stability of the cernent pactes. We showed that squeeze tests can bc used to determine the conditions under which liquid solid separation may take place. Both the VAs and the SPs were found to improve to stability of the cernent pactes

Le but de ces travaux était de mettre au point des Bétons Auto-Plaçants fibrés soit avec des fibres métalliques adhérentes soit avec des fibres synthétiques polymériques glissantes soit avec un mélange des deux. Leur composition a été optimisée en vue de satisfaire à la fois un bon comportement rhéologique du béton frais, mis en évidence par les tests d’ouvrabilité recommandés, et un bon comportement mécanique du béton durci à partir des caractéristiques de base que sont les résistances en compression et en traction. Les tests d’ouvrabilité utilisés précédemment pour l’optimisation de nos compositions ne paraissant pas suffisamment objectifs nous avons essayé de les relier à des paramètres rhéologiques qui, sans être intrinsèques, nous paraissaient plus quantifiables. Afin de confirmer l’apport positif des fibres dans le comportement du béton nous avons établi les lois de comportement effort-déformation lors d’essais à la rupture en déformation contrôlée Pour terminer nous avons évalué l’énergie mise en œuvre lors de la rupture en flexion de nos différentes compositions de béton mono et bi-fibrés. Nous avons ainsi établi une loi d’additivité des différents comportements dus aux influences respectives des fibres adhérentes métalliques et des fibres glissantes synthétiques<br>The goal of this work was to develop Self-Compacting Concretes with fiber reinforcement either with adherent metal fibres or with polymeric synthetic slipping fibres or with a mixture of both. Their composition was optimized in order to satisfy at the same time a good rheological behaviour of the freshly-mixed concrete, highlighted by the tests of workability recommended, and a good mechanical behaviour of the hardened concrete starting from the basic characteristics which are strength in compression and in tension. The tests of workability used previously for optimization of our compositions not appearing sufficiently objective, we tried to connect them to rheological parameters which, without being intrinsic, appeared more quantifiable to us. In order to confirm the positive contribution of fibres in the behaviour of the concrete we established the laws of strain-strength behaviour by tests to the rupture in controlled deformation. To finish we evaluated the energy at the time of failure under bending of our various compositions of concrete with hybrid fiber reinforcement. We thus established a law of additivity of the various behaviours due to the respective influences of metal adherent fibres and slipping propylene fibres

L'objectif de ce travail était de simuler le comportement à long terme de bétons comportant ou non des ajouts (laitiers, cendres volantes ou fumées de silice). Des simulations en température ont également été effectuées. Ces simulations ont été réalisées par la mise en place de systèmes modèles à l'équilibre dont les hydrates et en particulier le C-S-H, principal hydrate du ciment portland, ont été caractérisés (morphologie et structure) ainsi que les solutions d'équilibre correspondantes. Les systèmes modèles étudiés en suspension ou en pâte sont CaO-SiO₂-H₂O, CaO-SiO₂-Al₂O₃-H₂O, CaO-SiO₂-Al₂O₃-SO₃-H₂O en présence ou non d'hydroxyde de sodium à 25°C et 90°C. Ces systèmes modelés ont été comparés à des échantillons de béton hydratés en présence ou non d'ajouts. Il a été possible de simuler expérimentalement l'état final vers lequel évolueront les hydrates d'un béton de composition chimique connue. Ces simulations rendent comptent des assemblages de phases solides identifiées et des propriétés microstructurales des hydrates. A partir de ces résultats, nous avons réalisé un modèle thermodynamique afin de calculer ces états d'équilibres pour ce qui concerne l'hydrate principal. Ce modèle repose sur l'équilibre de solubilité d'un C-S-H de stoechiométrie constante et sur des équilibres de surface qui décrivent les modifications observées expérimentalement : Evolution de la longueur des chaînes de silicates, insertion de calcium en interfeuillet, inversion de la charge de surface. Les constantes d'équilibres ont été ajustées de façon à reproduire par le calcul les résultats expérimentaux. Les calculs à partir de ce modèle ont mis en évidence l'absence de sodium en interfeuillet dans le C-S-H. Une approche similaire pourrait être étendue aux interactions des ions sulfates avec les C-S-H. Un travail expérimental complémentaire serait nécessaire pour adopter une démarche similaire sur les systèmes en température

Le volume de pâte, comme le contenu en ciment, a été un paramètre peu étudié en termes de performance du béton. En réalité, la plupart des recherches se sont concentrées sur la qualité de la pâte et non sa quantité. Il existe cependant un intérêt permanent dans la diminution du volume de pâte dans le béton, du fait de motivations environnementales et économiques. Certaines des normes actuellement en vigueur définissent des teneurs minimales en pâte ou en ciment, pour des rapports E/C donnés, mais les dernières avancées en matière d'adjuvants et de meilleures modélisations de l'empilement des granulats permettent aujourd'hui de réduire la teneur en ciment (volume de pâte) sous les dites limites. La collecte et l'interprétation de données bibliographiques a permis d'identifier les effets du volume de pâte sur certaines des principales caractéristiques du béton. La présente recherche a mis en évidence expérimentalement certaines des tendances identifiées lors de l'analyse préliminaire de données et a permis d'en comprendre certaines autres, jusqu'alors peu claires. C'est ainsi qu'on a montré qu'une diminution du volume de pâte, à qualité constante, augmente la résistance à la compression, à l'abrasion, le module élastique, et diminue la maniabilité, le ressuage, le retrait, la porosité, l'absorption capillaire et la pénétration des ions chlorures. Dans les domaines étudiés, le volume de pâte n'a pas montré d'effet sur la prise, la résistance à la flexion et l'avancement du front de carbonatation. L'utilisation d'adjuvants de dernière génération (polycarboxylate), ainsi qu'une optimisation granulométrique progressive, en utilisant le modèle MEC, a permis d'obtenir des bétons avec des volumes de pâte et des teneurs en ciment inférieurs aux limites imposées par les normes, avec de meilleurs maniabilité, comportement mécanique et durabilité que les bétons usuels<br>The paste volume or the cement content is a parameter still not well studied regarding the performance of concrete. Actually the majority of the investigations were focused on the quality of the paste and not its quantity. However there is a permanently growing interest to reduce the paste volume in concrete, for environmental and economical reasons. Nowadays some standards define a minimum paste or cement content for certain W/C ratios, but improvements in admixtures and better grading models allow reducing of the cement content/paste volume below these limits. The collection and processing of the bibliography data allowed identifying the effects of the paste volume on some of the principal concrete properties. This research proofed through experiments some of the identified tendencies in the data analysis and it helped to comprehend other still unclear tendencies. When the paste volume is reduced, while maintaining its quality, compressive strength, abrasion, and elastic module grow and workability, bleeding, shrinkage, porosity, capillary absorption and penetration of the chloride ion are reduced. In the evaluated ranges, the reduction of the paste volume did not show effects on the concrete setting times, flexural strength and the progression of carbonation. The use of admixtures of the last generation (polycarboxilate) and an optimal granulate progression using the MEC model, allowed to produce concretes with paste volumes and cement contents below the limits defined by the codes. They have a better workability, mechanic behavior and durability than the conventional concretes

Cette thèse étudie le potentiel des techniques issues de l’acoustique non linéaire appliquées à la caractérisation non destructive du béton. Les méthodes non linéaires ont été envisagées car les indicateurs de non linéarité montrent des dynamiques d’évolutions importantes face à l’endommagement dans les milieux homogènes. Souvent, leur dynamique d’évolution est de dix fois supérieure à celle des paramètres linéaires. Un des enjeux majeurs pour l’évaluation non destructive dans le domaine du génie civil, est la recherche d’indicateurs capables de fournir des informations pertinentes in situ. Le béton, matériau de structure, voit ses caractéristiques évoluer au cours du temps en fonction des paramètres structuraux (composition, endommagement…) et environnementaux (teneur en eau, température, précontrainte…). Milieu fortement hétérogène et microfissuré par nature, il exhibe un comportement fortement non linéaire caractéristique des matériaux appelés « non classiques », mis en évidence dans les années 1990 pour les roches ou plus récemment les milieux granulaires. Dans un premier temps, nous nous attachons à caractériser la non linéarité classique du béton, traduisant la dépendance de la vitesse des ondes ultrasonores avec la contrainte appliquée. Pour ce faire, nous transposons au cas du béton une méthode issue de la géophysique fondée sur l’analyse de la coda des signaux transmis, au fort potentiel d’application in situ. Nous nous intéressons dans un second temps à la sensibilité des indicateurs non linéaire non classiques à un endommagement thermique progressif. Nous employons pour ce faire la méthode de résonance non linéaire et montrons la sensibilité de ces indicateurs à ce type d’endommagement. Nous montrons de plus la faisabilité de l’analyse des modes de résonance transverses pour la méthode ainsi que la similitude de leur réponse avec celle des modes longitudinaux. Nous traitons enfin des limites de transposition sur site de cette méthode. Nous avons développé une autre approche au fort potentiel de transposition in situ, en étudiant la non linéarité par l’interaction d’un impact mécanique avec une onde monochromatique. Nous examinons enfin l’apport d’un modèle proposé récemment, permettant de traduire l’influence de certains paramètres tels que la porosité et la teneur en eau sur la réponse non linéaire du béton. Nous transposons ce modèle au cas du béton, puis nous appuyant sur une série d’expériences, nous proposons une fonction permettant d’optimiser les paramètres influents du modèle. Nous avons démontré le potentiel des méthodes non linéaires pour l’auscultation in situ du béton. Les travaux se poursuivront sur la possibilité d’augmenter la sensibilité de détection des non linéarités en mettant en œuvre le retournement temporel et la dynamique lente<br>This thesis study the potential of nonlinear acoustics based techniques applied to non-destructive evaluation of concrete. Nonlinear based methods have been considered as regard of nonlinear indicators sensitivity face homogeneous medium’s damage. Their dynamic evolution is often two order magnitude greater than linear ones. One of the greater stacks for non destructive evaluation in civil engineering is research of indicators capable of providing relevant information in situ. Concrete, structural material, find itself properties altering in time as function of its structural (composition, damage…) and environmental (water saturation, temperature, pre-stress…) parameters. Naturally highly heterogeneous and micro-cracked medium, it exhibits a strong nonlinear response, signature of so called since 1990’s “non classical” materials such as rocks or more recently as granular mediums. We illustrate first the classical nonlinearity of concrete, reflecting ultrasound wave speed dependence with quasi-static stress. Thus, we apply in case of concrete a method from geophysics studying the coda of transmitted waves, with a high potential for on site applications. Secondly, we study sensitivity of nonlinear non classical parameters face of a progressive thermal damage. So we employ the Nonlinear Resonant Ultrasound Spectroscopy (NRUS) method and show sensitivity of these indicators to this kind of damage. We then show feasibility and sensitivity of applying shear modes for the method as well as similarity of their response with compressional ones. At last, we deal with its on site transposition limits. Another approach is implemented studying non classical nonlinearity by interaction of a mechanical impact with a monochromatic wave, with a high potential for on site applications. We finally describe and transpose in case of concrete, a recent modelling which allow describing the influence of some parameters as water saturation and porosity on the nonlinear response of concrete. We then exploit a battery of experiments in order to optimising some influent parameters in the model. We have demonstrated the potential of nonlinear methods for on site non destructive evaluation of concrete. This work is to be continued by studying possibilities of increasing sensitivity of nonlinearities detection by using time reversal mirror or slow dynamics

Gérer le devenir des déchets du bâtiment est un défi récent auquel sont confrontés les ingénieurs car seuls les déchets ultimes seront mis en décharge. Valoriser les bétons de démolition sans traitement préalable, et sans risques majeurs de pollution, pour en faire de nouveaux, est pour partie l'objectif de cette thèse. Les éléments essentiels liés aux caractéristiques des bétons et bétons recyclés sont récapitulés. Au-delà de la réutilisation -élaboration, composition, fabrication- l'étude du comportement de bétons recyclés sous sollicitation mécanique et de sa modélisation apparaît nécessaire en tant qu'élément de structure bâtie. En deuxième partie de la bibliographie, le comportement mécanique des bétons est étudiés. Différents modèles d'endommagement mécanique des bétons sont analysés ainsi que la fonction d'endommagement, le critère des contraintes, et le mode de dégradation des bétons. Le choix de la méthodologie expérimentale et des moyens mis en oeuvre font l'objet de la seconde partie. Puis la partie suivante s'intéresse aux dépouillements et à l'interprétation de nombreux essais. L'analyse a permis d'étudier le comportement de mortiers, l'affaissement et les performances d'un béton recyclé,. . . Une analyse plus fine est proposée sur les formules de Féret, de Bolomey, de Powers et britannique [etc]

La première partie de cette thèse porte sur la mise en place de plusieurs formulations de BHP avec divers ajouts fins (fumées de silice, cendres volantes, micro cendres et ciment ultra-fin), en utilisant des matériaux locaux. Il a été jugé plus réaliste d'opter pour une méthode classique de composition (basée sur la méthode Baron-Lesage) que nous avons adaptée aux cas des BHP. Ce choix est du notamment à l'insuffisance de la méthode des coulis, développée au LCPC. Les résistances à la compression des BHP ainsi formulés atteignent les 80 MPA. La deuxième partie est consacrée à l'étude du comportement mécanique à la rupture d'éléments de structures en BHP. Des essais de flexion sur des poutres surarmées, avec différentes classes de bétons ont été réalisés. Il est montré que si le confinement des BHP n'entraîne pas des augmentations significatives des moments résistants, il permet néanmoins un gain en ductilité. Une évaluation quantitative des prédictions des diagrammes de calcul simplifiés et proposés par les codes BAEL 91, AFREM 95, ACI, CSA et NZS est étudiée. Il est montré que si certains codes restent encore conservateurs, d'autres donnent des meilleures prédictions. Des essais de flexion sur des dallettes et des prismes en BHP renforcé de fibres métalliques ont été réalisés dans le but d'observer le comportement post pic des BHP. Il est montré qu'à partir d'un certain dosage en fibres, le comportement post pic est nettement amelioré<br>The first part of this thesis focus on in the set up of several HPC design, with various fine admixture (silica fume, fly ash, microash and ultrafine cement), using a local materials. It had been judge more realistic to opt for a classical designing meyhod (based on Baron-Lesage method), suited to HPC case. This choice is due notably to the insufficiency of the grout method "méthode des coulis", developped in LCPC. Than the compressive strength of HPC reach 80 MPa. The second part is consecrate to the study of HPC structure elements mechanical behaviour. Bending tests on over-reinforced beams, with different class of concrete have been carried out. It is shown that the confining of HPC did not bring about a significatif improvement of resistant moments, it permits, nevertheless a benefit of ductility. A quantitative valuation of the simplified calculus diagrams predictions, suggested by the BAEL 91, AFREM 95, ACI, CSA and NZS codes is studied. It is shown that if certain code still conservative yet, others give the best predictions. Bending tests on slabs and prisms, with steel fibre reinforced HPC have been carried out in order to observe the HPC post peak behaviour. It is shown that from a certain dosage of fibre, the post peak behaviour is improved clearly

Les bétons de poudres réactives (BPR) sont des bétons à ultra-hautes performances, caractérisés par le choix rigoureux de leur composants initiaux et par des traitements post-prises. Les propriétés exceptionnelles étant dues à la qualité de leur phase liante, l'objectif de cette étude est de décrire l'évolution de cette phase, et en particulier des C-S-H, en fonction de plusieurs traitements post-prises à 20°C, 90°C, 200°C et 250°C. Dans ce but, on utilise plusieurs techniques analytiques qui permettent d'aborder la composition et l'ordre local des phases présentes, leur cristallochimie, leur minéralogie, leur agencement, l'état de la porosité à plusieurs échelle d'analyse, l'état de l'eau et les propriétés d'hydratation des C-S-H. Les résultats sont recoupés et interprétés dans le cadre d'un modèle descriptif de la phase C-S-H qui s'appuie sur ses propriétés gonflantes. Dans un premier temps on établit la spécificité des BPR par rapport aux BO et BHP en montrant en particulier qu'ils sont organisés à moyenne distance. On montre ensuite que les traitements thermiques à 90°C sont caractérisés par une organisation particulière du volume poreux et une très faible connectivité qui engendre des conditions hydrothermales légères. Dans ces conditions, on observe un épaississement statistique des feuillets des C-S-H en même temps qu'une augmentation légère de leur cristallinité. Lorsque la température de traitement augmente et atteint 200°C ou 250°C, les C-S-H subissent de façon transitoire des conditions hydrothermales poussées qui entrainent une forte augmentation de leur cristallinité, un épaississement statistique de leur feuillet et la synthèse de xonotlite dans les bulles d'air. Dans un second temps, l'eau est expulsée des BPR qui se déshydratent et se fracturent fortement, entrainant une augmentation importante de leur porosité accessible et de la taille moyenne des pores.

L'utilisation des additions minérales dans les bétons en remplacement au ciment est une pratique courante depuis de nombreuses années. En France, du fait de leur grande disponibilité et leur prix modéré, les additions calcaires sont majoritairement utilisées. Dans le cadre de la formulation des bétons autoplaçants, un grand volume d'addition est nécessaire de manière réduire la quantité de ciment induite par l'augmentation du volume de pâte nécessaire pour permettre l'écoulement du béton. L'expérience industrielle dans ce domaine fait état de désordres ponctuels, souvent imputés à la nature du filler. Face à cette problématique, une démarche d'étude a été mise en place de manière à déterminer la part de responsabilité des fillers dans les comportements à l'état frais des mélanges cimentaires. Focalisée sur l'addition minérale, cette recherche s'est dans un premier temps appuyée sur une caractérisation complète des fillers calcaires en tant que matériau pulvérulent. Ensuite ces fillers sont insérés progressivement dans des mélanges cimentaires de plus en plus complexes de manière à déterminer les mécanismes d'action des fillers en contact avec les différents constituants d'un béton (à savoir le ciment, l'adjuvant et les granulats). Finalement cette étude a conduit à proposer une méthode de prise en compte des propriétés des fillers et de leurs interactions avec le ciment et l'adjuvant chimique à travers la caractérisation de l'arrangement granulaire en suspension. Partant de l'arrangement à compacité maximale, il est possible de déterminer une épaisseur d'eau autour des particules à partir de laquelle, pour un ciment donné, les propriétés d'écoulement deviennent similaires quels que soient le dosage et la nature du filler dans le contexte expérimental. L'association entre les pâtes optimisées et un squelette granulaire dont la demande en eau a été définie permet la formulation de bétons autoplaçants<br>The replacement of a part of the cement part in concrete with a mineral addition is a common practice for many years. In France, because of its high availability and lower cost, the most used addition is limestone filler. For the design of self-compacting concrete, a high volume of mineral addition is necessary in order to reduce the amount of cement induced by the increase in the volume of paste required for the flow of the concrete. Industry practices refer to occasional disturbances often attributed to the nature of the limestone filler. Faced with this problem, an experimental program has been implemented in order to determine the responsibility of the filler in the behavior of fresh cement mixtures. Focused on the mineral addition, this research was initially supported by a full characterization of dry limestone filler. Then, these fillers were inserted into cementitious mixtures increasingly complex in order to determine their mechanisms of action in contact with the various components of concrete (i. E. Cement, chemical admixture and aggregates). Finally, this study led to the development of a design method taking into account the properties of limestone fillers and especially their interactions with cement and chemical admixture through the characterization of the wet packing density of the paste. Based on the maximal packing density, it is possible to determine a thickness of water around the particles from which, for a given cement nature, the flow properties become similar regardless of the quantity and the nature of the filler in the experimental context. Then, these cement pastes are combined with aggregates, for which the water demand was precisely optimized, to design self-compacting concrete

Les fournisseurs de bétons doivent assurer la qualité de leurs produits. Ceci requiert, en premier lieu, une maîtrise de la composition du béton fabriqué. Cependant, les variations d'humidité des granulats rendent difficile le dosage précis des constituants. Le travail présenté dans ce mémoire vise à proposer des méthodes pour améliorer la régularité du dosage en eau, et pour suivre en continu l'ouvrabilité des bétons fabriqués industriellement. Dans un premier temps, un protocole original de calibrage du wattmètre en tant que outil de mesure en ligne de l'humidité du béton frais a été proposé et évalué. Les mesures de dosage en eau calibrées sont utilisées dans un deuxième temps, pour la mise au point de plusieurs algorithmes. Le premier type d'algorithme se traduit par une correction de l'écart d'eau dans la bétonnière portée, alors que le deuxième permet le calibrage des sondes hydrométriques des granulats. Les méthodes présentées sont validées sur des données acquises en centrale industrielle. Le suivi de l'ouvrabilité fait appel à la construction d'un modèle de puissance consommée par le malaxeur, reliant les caractéristiques rhéologiques du béton à la puissance totale dépensée. La détermination de l'ouvrabilité du béton par cette méthode nécessite l'utilisation d'un variateur de vitesse du malaxeur. La validation expérimentale sur des malaxeurs à différentes échelles permet de montrer qu'il est possible d'estimer convenablement le seuil de cisaillement et l'affaissement au cône d'Abrams du béton en cours de malaxage, sans connaissance préalable de sa composition.

L'évaluation du comportement de structures de béton armé est une problématique cruciale dans le domaine du génie civil : l'objectif de cette thèse est la mise en place d'un modèle mécanique capable de décrire l'évolution des paramètres physiques qui régissent l'évolution de la perméabilité de ce matériau. Le béton (initialement micro-fissuré) est modélisé comme un milieu fia microstructure : la cinématique du corps est enrichie par une variable caractéristique de la taille et de l'orientation du champ de fissure. La théorie des forces configurationnelles est utilisée afin de tenir compte des évolutions irréversibles des micro-défauts. Ces deux approches nous permettent de déterminer les équations d'équilibre régissant la déformation du milieu ainsi que la propagation des fissures. Les paramétres utilisés pour décrire la microstructure ont été choisis de faficon fia schématiser le milieu poreux : la résolution des équations de Stokes sur le volume élémentaire représentatif (microstructure) permettra d'évaluer la perméabilité intrinsèque en tout point du corps. Un exemple a été détaillé : on détermine le comportement d'un solide en traction tout en considérant des conditions d'étude simplifiées (champ de fissures homogène, isostaticité, application de la mécanique linéaire de la rupture). Déformation, propagation des fissures et perte de rigidité sont déterminées en fonction du chargement. On présente par ailleurs l'évolution de la perméabilité du milieu : une fois amorcée, la propagation du champ de fissure devient la cause principale de la perte d'étanchéité.

Ces travaux de thèse s’intéressent à la valorisation des ressources minérales du Luxembourg en vue de la production de granulats de substitution pour fabriquer des bétons. Le premier aspect de la recherche consiste à dresser l’inventaire des formations aptes à fournir des granulats. Deux formations, les grès phylladeux du Dévonien et les dolomies du Muschelkalk, ont été retenues pour produire des granulats caractérisés en laboratoire selon les méthodes normatives. Le second aspect s’intéresse à la formulation de bétons, avec le logiciel BétonlabPro2, à base des granulats de substitution et des ciments locaux. Leurs propriétés sont ensuite vérifiées en laboratoire. Le dernier aspect concerne la durabilité des matériaux (granulats et bétons) vis-à-vis du gel, avec et sans sels, et de leur réactivité potentielle à l’alcali-réaction (alcali-silice et alcali-carbonate). Des précautions d’utilisation des matériaux étudiés dans les mélanges hydrauliques sont finalement proposées<br>This study concerns the Luxembourg concrete’s mineral resources valorisation in order to produce some new aggregates to make concretes. In a first time, an inventory of Luxembourg mineral resources able to supply aggregates for concrete, is established. Two mineral formations, Devonian sandstone and Muschelkalk dolomite, are selected to produce aggregates. They are checked in laboratory in accordance with normative methods. Then, we interest in economic concrete mixture proportioning, based on the software BetonlabPro2, with substitution aggregates and local cements. All the current concrete properties are checked in laboratory. At last, material durability (aggregates and concretes) is studied, first towards freezing and thawing and then towards alkali reaction (alkali silica and alkali carbonate). Some recommendations are proposed to use studied aggregates in concrete according to environments in Luxembourg

Etude de la propagation en mode 1 dans les mortiers a base de liant hydraulique, en analysant specialement le role de la liaison granulats-pate. Influence de la concentration en liant dans la matrice, des proportions matrice-granulats, de la nature du liant, de divers types d'ajouts et des conditions de cure

Chacun s’accorde aujourd’hui sur l’impact de la production des matériaux industrielles sur le climat de la planète. Le secteur de la construction est l’un des principaux responsables de cette situation car c’est le premier consommateur d’énergie et le deuxième émetteur de CO2 dans le monde. L’épuisement de certains gisements de matériaux est aussi l’un des problèmes que connait l’humanité. Il importe par conséquent de réaliser des bâtiments éco-respectueux, qui consomment peu d’énergie et émettent moins de gaz à effet de serre sur l’ensemble de leur cycle de vie. La présente étude s’intègre dans une problématique générale de développement de matériaux de construction innovants à faible impact environnemental. Nous proposons donc un nouveau béton à base de granulat latéritique avec subtitution des armatures en acier par celles en bois de rônier (Borassus Aethiopum) et rotin (Calamus Dearatus) pour la réalisation des parties d’ouvrages en béton plus spécifiquement les planchers. Cette étude a été conduite sur la latérite de la carrière de ATOTINGO dans la commune de ALLADA au Bénin où nous avons fait sa caractérisation physique et mécanique de la latérite et proposé une méthode de formulation de béton structurel à base de cette latérite. Aussi avons-nous caractérisé les différents matériaux d’origine végétale (rônier et rotin) pour une maitrise de leur performance mécanique. La formulation du béton de latérite nous a permis d’élaborer trois types de béton latériques. L’utilisation de la latérite brute (non lavé) nous a conduit à un béton dont la résistance en compression à 28 jours est de 21,23±1,24 MPa. Cependant, le lavage par élimination des particules fine de dimensions inférieures à 63µm a permis de rehausser cette résistance jusqu’à 27,52±0,32 MPa avec module d’élasticité de 17920±324MPa. Les armatures végétales proposée ont développé respectivement une contrainte de rupture en traction directe parallèle aux fibres du bois de rônier et des lianes de rotin de 156MPa et 22MPa. L’adhérence entre le béton de latérite et les armatures en rônier mesurée de diverses manières ont montré que cette adhérence pouvait atteindre 4MPa. Ces performances ont validé notre approche d’élaboration d’un plancher en écomatériaux en respect de l’environnement. Il ressort que le plancher ainsi élaboré pour avoir des portées allant jusqu’à 3,50 mètres. Le dimensionnement de la poutrelle de ce dernier suivant la norme en vigueur révèle qu’une section d’armature de diamètre 25mm pourrait efficacement être une solution à la réalisation d’un plancher<br>Everyone agrees today on the impact of the production of industrial materials on the planet's climate. The construction sector is one of the main culprits in this situation as it is the largest consumer of energy and the second emitter of CO2 in the world. The depletion of certain material deposits is also one of the problems facing mankind. It is therefore important to achieve eco-friendly buildings that consume little energy and emit fewer greenhouse gases over their entire life cycle. This study is part of a general issue of developing innovative building materials with low environmental impact. We are therefore proposing a new concrete based on laterite aggregate with the substitution of steel reinforcements by those made of palmwood (Borassus Aethiopum) and rattan (Calamus Dearatus) for the realization of parts of concrete structures, more specifically the floors This study was carried out on the laterite from the ATOTINGO quarry in the town of ALLADA in Benin where we carried out its physical and mechanical characterization of the laterite and proposed a method for formulating structural concrete based on this laterite. We have therefore characterized the different materials of plant origin (palm tree and rattan) to control their mechanical performance. The formulation of the laterite concrete allowed us to develop three types of lateral concrete. The use of raw (unwashed) laterite has led to a concrete with a 28-day compressive strength of 21.23 ± 1.24 MPa. However, washing by removing fine particles smaller than 63µm has increased this strength to 27.52 ± 0.32 MPa with modulus of elasticity of 17920 ± 324MPaThe proposed plant reinforcements have developed respectively a tensile tensile stress parallel to the fibers of the palmwood and rattan lianas of 156MPa and 22MPa. The adhesion of the laterite concrete and the palmyra reinforcement measured in various ways showed that this adhesion could reach 4MPa. These performances validated our approach to developing a floor in eco-friendly materials. It appears that the floor thus developed to have spans of up to 3.50. The dimensioning of the beam of the latter according to the standard in force reveals that a section of reinforcement of 25mm diameter could effectively be a solution to the realization of a floor

Face aux problématiques de gestion des sédiments de dragage portuaire, aujourd'hui, il apparait nécessaire de trouver des solutions potentielles de valorisation permettant de répondre efficacement à ces problématiques. La valorisation en génie civil, des sédiments des port de Saint Louis et de Dunkerque, présente une solution alternative à la gestion de ces matériaux. les travaux menés dans le cadre de cette thèse se focalisent d'une part, sur la valorisation des sédiments de Saint louis en technique routière et d'autre part, sur la valorisation des sédiments de Dunkerque en béton ainsi qu'en granulats artificiels. Après la caractérisation physico-chimique, minéralogique et mécanique, l'impact environnemental des sédiments bruts du Port de Saint Louis et le potentiel d'utilisation de ces matériaux en technique routière sont évalués. L'étude de formulation de matériaux, pour une utilisation en couche de fondation, s'est fondé sur une méthode expérimentale de détermination de compacité maximale. les mélanges granulaires optimaux remplissent les conditions d'utilisation en couche de fondation sont ensuite évalué au travers d'essais de lixiviation. La partie béton concerne la formulation des bétons à base de sédiment. Après la caractérisation de ces matériaux, trois bétons ont fait l'objet d'une étude de durabilité face à l'attaque sulfatique externe associé à une caractérisation non destructive en vue d'étudier l'influence d'incorporation des sédiments sur les propriétés des bétons. La partie granulats artificiels présente d'étude de faisabilité de granulats à base de sédiments, l'assiette granulaire et la technique de big-bag sont les deux méthodes de confection utilisées<br>In front of problems of management of harbour dredging sediment, today, it appears necessary to find potential solutions of valosisation allowing to answer effectively these problems. the valorisation in civil engineering, of not immergeables sediments of ports of Dunkirk and Saint Louis, presents an alternative solution to the management of these materials. the works undertaken within the framework of this thesis are focused on the one hand, on the valorisation of Saint Louis sediment in road construction, and the other hand on the valorisation of Dunkirk sediment in concrete as well as artificials agregates. After physicochimical characterisation, mineralogical and mechanical, environmental impact of raw sediment of Saint Louis harbour and the potential use of these materials in road constuction are evaluated. the study of formulation of materials, for use in layer fondation, was based on an experimental method of determination of maximum compactness. The optimal granular mixtures fulfilling the terms of a use in a layer fondation are the evaluated through leaching tests. The concrete party concerns the formulation of the concretes containing Dunkerk sediment. After the characterisation of these materials, three concretes were the object of a durability study vis-a-vis the external sulphate attack associated with a not destructive characterisation in order to study the influence of incorporation of sediment on properties of concretes. The artificial aggregates party presents the feasibility study of aggregates with sediment, the granular plate and the big-bag technique are two making method used

L'utilisation de bétons à base de ciment Portland en association avec de l'argile dans un site de stockage en profondeur de déchets radioactifs se heurterait à deux difficultés. La forte alcalinité du matériau cimentaire dégraderait les propriétés imperméables de l'argile. De plus, l'importante augmentation de température induite par l'hydratation du ciment dans un ouvrage massif pourrait provoquer des microfissures nuisibles à la durabilité du matériau. Des recherches ont donc été engagées pour mettre au point un béton permettant de pallier ces deux principaux écueils. L'objectif est d'obtenir un béton satisfaisant aux contraintes suivantes : pH de la solution interstitielle du matériau hydraté inférieur à 11 afin de limiter l'attaque alcaline de l'argile (d'où l'appellation de béton « bas pH »), échauffement inférieur à 20 °C au cours de l'hydratation, retrait modéré, performances mécaniques élevées (résistance à la compression supérieure à 70 MPa).<br />Plusieurs liants incorporant du ciment Portland, de la fumée de silice, des cendres volantes et / ou du laitier sont comparés. Tous ces systèmes sont caractérisés par des teneurs en ajouts très importantes, la fraction de clinker n'étant comprise qu'entre 20 et 60 %.<br />Après un an d'hydratation, la solution interstitielle des pâtes de liants bas pH présente des pH compris entre 11,7 et 12,2 selon la formulation, réduit de plus d'une unité par rapport aux témoins à base de CEM I ou CEM V. Cette chute de pH (comparé à celui d'un CEM I (13,5)) est concomitante i) d'une forte réduction de la concentration en alcalins dans la solution porale, ii) de la disparition ou de la diminution de la teneur en portlandite dans les matériaux, iii) et de l'enrichissement en silice des C-S-H.<br />Ces liants ont été utilisés avec succès pour mettre au point des bétons bas pH haute performance (pH de la solution interstitielle compris entre 10,7 et 11,6 selon les liants) avec les outils classiques du génie civil.<br />Enfin, des études de lixiviation en eau désionisée montrent que les pâtes de liants bas pH se décalcifient environ 4 fois moins vite que celle à base de ciment Portland. Les évolutions minéralogiques et les flux lixiviés par l'eau pure (pH 7) à 25 °C ont pu être modélisés à l'aide du code HYTEC en associant deux modules de réactivité chimique et de transport par diffusion.

L'emploi des granulats classés " potentiellement réactifs " vis-à-vis de la réaction alcali-silice implique de prendre des précautions très contraignantes pour les producteurs comme pour les maîtres d'ouvrages suivant les recommandations actuelles. D'où la nécessité de trouver des voies de valorisation plus judicieuses. La piste suivie dans cette thèse est la mise au point des formulations de béton présentant un risque faible d'expansion avec des granulats calcaires siliceux dits " potentiellement réactifs " mais qui peuvent présenter un effet pessimum. Les travaux réalisés ont d'abord permis de quantifier la réactivité de granulats calcaires siliceux mais aussi silex grâce à des études en milieu modèle. En couplant ces résultats avec ceux des mesures d'expansion linéiques, il apparaît que les bétons confectionnés avec un sable et des gravillons suffisamment " riches " en silice libre réactive (supérieure à 5%) gonflent moins que ceux dont seul le sable ou les gravillons sont réactifs, mettant ainsi en évidence l'apparition d'un effet pessimum. En revanche, dans le cas des matériaux " pauvres " en silice réactive (inférieure à 5%) la réduction de l'expansion ne s'observe plus. Il a été montré que, grâce à un processus de neutralisation non délétère pour le béton, les phases siliceuses réactives sont capables de fixer des alcalins sans être dégradées, au travers des silanols initiaux, jusqu'à un certain seuil. Au-delà, l'altération des phases siliceuses s'opère et entraine le gonflement des bétons. L'augmentation de la température de cure de 38 à 60°C a permis l'observation d'une diminution de 30 à 50% de l'expansion et l'apparition d'un effet pessimum pour les bétons à base de granulats " pauvres " en silice réactive pour les formulations présentant un sable et des gravillons réactifs par rapport à ceux dont seul le sable ou les gravillons sont réactifs. Ce changement s'expliquerait par une compétition entre un mécanisme non délétère de neutralisation des alcalins (favorisé à 60°C) et le processus de dégradation de la silice consécutive à une forte concentration locale des alcalins (favorisé à 38°C). La compétition entre ces deux mécanismes est due à un écart de diffusion des alcalins à l'intérieur du réseau siliceux. Les résultats de cette étude contribuent à l'amélioration des connaissances des mécanismes réactionnelles mis en jeu et à l'ouverture de futurs développements permettant de pouvoir envisager des formulations qui respecterons le seuil en alcalins dans les granulats calcaires siliceux et donc d'obtenir des bétons durables.

Dans un contexte de réchauffement climatique et de fin programmée des énergies fossiles, le secteur du bâtiment vise à réduire de 38% sa consommation d’énergie et à atteindre 10% de matériaux bio-sourcés utilisés dans la construction à l’horizon 2020. Ainsi, le béton de chanvre peut jouer un rôle majeur grâce à son bilan environnemental et à ses propriétés hygrothermiques qui lui permettent d’assurer un rôle d’amortisseur thermique et de stabilisateur de confort. Or le comportement hygrothermique du béton de chanvre à l’échelle du bâtiment est peu abordé dans la littérature et jamais pour les bâtiments tertiaires. L’objectif principal de ce projet est de combler ce vide en étudiant et en optimisant les performances énergétiques d’un bâtiment en béton de chanvre destiné à usage de bureaux et/ou de salles d’enseignement. Afin d’assurer le confort thermique intérieur différentes solutions techniques seront couplées au bâtiment et comparées entre elles : - une ventilation double flux thermodynamique associant une pompe à chaleur à une centrale double flux. - Une ventilation simple flux associé à un puits canadien qui récupère la chaleur du sous-sol pour préchauffer l’air de ventilation en hiver ou le rafraîchir en été. - Une ventilation double flux associé à un puits canadien. Par le biais de la simulation numérique et de mesures faites d’abord à l’échelle des composants, il sera ainsi possible d’évaluer le potentiel de chaque composant sur l’énergétique et le confort hygrothermique de bâtiments tertiaires intégrant principalement le périmètre du projet Grand Campus de Reims mais également pouvant être élargi à la spécificité d’autres climats français<br>In a context of global warming and planned end of fossil fuels, the construction industry aims to reduce by 38% its energy consumption and to achieve 10% of bio-based materials used in construction in 2020. Thus, the hemp concrete can play a major role thanks to its positive environmental impact and its hygrothermal properties that allow it to ensure a role of heat damper and comfort stabilizer. Or hygrothermal behavior of hemp concrete throughout the building is little discussed in the literature and never for commercial buildings. The main objective of this project is to fill this gap by studying and optimizing the energy performance of a hemp concrete building designed for offices and / or classrooms. To ensure inside thermal comfort, different technical solutions will be coupled to the building and compared with each other: - A double flow thermodynamical ventilation combining a heat pump with a double flow central. - A simple flow ventilation associated to a pipe system which recovers heat from the basement to preheat ventilation air in winter and cool in the summer. - A double flow ventilation associated to a Canadian well. Through computer simulation and measurements made initially at the level of components, it will be possible to evaluate the potential of each component on the energy and hygrothermal comfort of commercial buildings mainly integrating the project boundary Grand Campus Reims but also can be extended to other French specificity climates

Chacun s’accorde à reconnaître aujourd’hui que les activités humaines impactent significativement le climat de la planète. Le secteur de la construction est l’un des principaux responsables de cette situation car c’est le premier consommateur d’énergie et le deuxième émetteur de CO2 dans le monde. Il importe par conséquent de réaliser des bâtiments éco-respectueux, qui consomment peu d’énergie et émettent moins de gaz à effet de serre sur l’ensemble de leur cycle de vie. La présente étude s’intègre alors dans une problématique générale de développement de matériaux de construction innovants à impact environnemental réduit. Nous nous proposons ainsi d’utiliser la balle de riz comme granulat végétal dans une matrice cimentaire. L’objectif du travail est de proposer une méthode de formulation des bétons à bases de granulats végétaux et d’étudier le comportement mécanique et thermique du béton de balle de riz. Les essais de prise réalisés sur de la pâte de ciment pure formulée avec de l’eau issue de l’infusion de la balle de riz ont montré que ces granulats n’ont pas d’effet inhibiteur sur la prise du ciment. Pour confirmer cette hypothèse, une analyse chimique de la balle de riz a été réalisée et les résultats ont montré le taux d’extractibles des balles de riz est quasi nul contrairement à d’autres granulats végétaux tels que le chanvre et le bois. La méthode de formulation proposée consiste à déterminer la compacité du squelette végétal pour un mode de mise en œuvre déterminé, puis à formuler la pâte liante qui va occuper le volume poreux intergranulaire résiduel. La pâte est constituée du liant, de l’eau efficace, des additions et adjuvants éventuels, et de l’air piégé et/ou entrainé. Pour un volume d’air donné (et d’additions), les quantités de ciment et d’eau efficace sont alors ajustées pour atteindre les performances visées, sur la base de la loi de Féret. Cependant, pour ce type de béton, l’important volume d’air entrainé dépend (lui aussi) de la quantité de ciment et d’eau présents dans le mélange, de l’intensité du malaxage et du mode de coulage. Un modèle décrivant le volume d’air résiduel a été alors calibré à partir d’essais réalisés avec les constituants du béton que l’on souhaite fabriquer. Enfin le problème de la formulation est solutionné en recourant à un module d’optimisation numérique. Dans le but de valider le modèle, la méthode de formulation a été appliquée à cinq échantillons dont les résistances visées sont 0,5 ; 1 ; 2 ; 4 et 8 MPa. Les performances obtenues sont assez proches de celles visées. Par ailleurs il a été constaté que le mode de conservation des éprouvettes influe beaucoup sur les résistances mécaniques du matériau. En effet, une cure en condition dessiccation peut faire chuter les résistances mécaniques jusqu’à 60%. Les meilleures résistances obtenues ont été observées sur les éprouvettes conservées à 95 % de HR. Les mesures de la conductivité thermique ont montré que le béton de balle de riz constitue une très bonne alternative à des systèmes plus conventionnels en termes d’isolation thermique. La valeur moyenne de la conductivité thermique du béton de balle de riz varie en fonction du dosage en liant entre 0,070 W/(m.K) et 0,171 W/(m.K). L’évolution de la conductivité thermique en fonction de la masse volumique et du dosage en ciment est linéaire<br>Everyone agrees today that human activities significantly affect the climate of the planet. The construction sector is one of the main contributors to this situation as it is the largest energy consumer and the second largest CO2 emitter in the world. It is therefore important to build eco-friendly buildings, which consume little energy and emit less greenhouse gases throughout their life cycle. The present study is then integrated into a general problem of development of innovative building materials with reduced environmental impact. We propose to use the rice husk as a vegetable aggregate in a cementitious matrix. The objective of the work is to propose a method for the mix design of concretes based on plant aggregates and to study the mechanical and thermal behavior of rice husk concrete. Setting tests on pure cement paste formulated with water resulting from the infusion of the rice husk showed that these aggregates had no inhibiting effect on the setting of the cement. To confirm this hypothesis, a chemical analysis of the rice husk was carried out and the results showed that the extractable ratio of rice husks is almost zero, unlike other plant aggregates such as hemp and wood. The proposed formulation method consists in determining the packing density of the plant skeleton for a given method of implementation and then in proportioning the binder paste which will occupy the residual intergranular pore volume. The paste is consisted of the binder, the effective water, the possible additions and admixture, and trapped air and/or entrained air. For a given volume of air (and additions), the quantities of cement and effective water are then adjusted to achieve the targeted performances, based on the law of Féret. However, for this type of concrete, the large volume of entrained air also depends on the quantity of cement and water present in the mixture, the intensity of the mixing and the casting mode. A model describing the volume of residual air was then calibrated from tests carried out with the components of the concrete that it is desired to manufacture. Finally, the problem of formulation is solved by using a numerical optimization module. In order to validate the model, the method for the mix design was applied to five samples with a target resistance of 0.5; 1; 2; 4 and 8 MPa. The performances obtained are quite similar to those targeted. In addition, it has been observed that the preservation mode of the specimens has a significant influence on the mechanical strength of the material. Indeed, a cure in desiccation condition can reduce the mechanical resistances up to 60%. The best resistances obtained were observed on the specimens preserved at 95 % RH. Measurements of thermal conductivity have shown that rice husk concrete is a very good alternative to more conventional systems in terms of thermal insulation. The average value of the thermal conductivity of the rice husk concrete varies depending on the binder dosage between 0.070 W/(m.K) and 0.171 W/(m.K). The evolution of the thermal conductivity as a function of the density and the cement dosage is linear

La présence d’argile dans les granulats (sables et graviers), influencent considérablement les propriétés rhéologiques des bétons. Considérant les évolutions techniques apportées au béton ces dernières années, la compréhension des mécanismes de nocivité des argiles est donc d’un intérêt majeur sur le plan industriel. Au cours de cette étude, nous avons scindé la problématique en deux parties, la première s’attardant plus spécifiquement sur les mécanismes d’adsorption aux surfaces des argiles. Une analyse fines des interactions polymere-argile par IR, SAXS-WAXS et mesure d’adsorption a alors permis de valider l’adsorption des superplastifiants par les argiles et le rôle bénéfique de l’utilisation de molécule cationique (F25) pour empêcher leur fixation. La détermination d’un processus d’adsorption par échange cationique de ces molécules explique d’une part leur effet inertant et d’autre part la restructuration des particules d’argile à l’échélle du micron comme du nanométre. Dans un deuxième temps, une étude rhéologique des systèmes granulaires a permis de caractériser l’effet intrinséque de argiles sur les propriétés d’écoulement de ces systèmes. L’étude des suspensions d’argile a démontré le rôle de la rétention d’eau par les argiles. L’anisotropie des particules, caractérisée au moyen de différentes techniques (MET, SAXS-WAXS), permet d’expliquer cette rétention d’eau<br>Clay minerals which can be found in granular materials strongly influence the rheological properties of fresh concrete. Due to the recent technical evolution of concrete, the understanding of the effect of clays in such systems takes on a significant industrial interest. This study was divided into two part, the first one dealing with the adsorption mechanisms of two polymers onto clay surfaces: a superplasticizer (PCP) and a polycation (F25). IR and SAXS-WAXS analysis together with adsorption measurment revealed that superplasticizer are adsorbed by clays and that the used of polycation inhibites clays-PCP interactions. The adsorption process of F25 onto clays by cationic exchange explains the preferential adsorption of cationic compounds rather than PCP and the restructuration of clay particles at the nano and micronic scale during the adsorption. In a second part, the rheological study of granular suspensions revealed a strong effect of clay particles on the flow behaviors of such systems. The rheological study of pure clay suspensions allowed the modelisation of the effect of clays on granular suspensions using excluded volume. In this case, the anistropic features of clays particles characterized by various technics (TEM, SAXS-WAXS) explains water retention properties of such nanometric minerals

Dans le domaine de l’isolation thermique du bâtiment, les évolutions réglementaires (RT2012)et normatives (NF BPE : Béton à Propriétés Thermiques, septembre 2016) incitent à évoluer vers des bétons isolants et structurels (BIS). La maîtrise de leur conductivité thermique est primordiale. Il est possible, en plus de faire appel à un squelette granulaire léger, de jouer sur la nature de la pâte en utilisant des inclusions qui apporteraient un pouvoir isolant supplémentaire : les cénosphères. Dans un contexte de facilité de mise en oeuvre, à ces propriétés est rajouté le critère auto plaçant des bétons. On parle alors de Bétons Isolants Structurels Autoplaçants (BISAP). La maitrise et la validation de ces nouvelles formules dans le respect d’une approche prescriptive a nécessité la caractérisation des matériaux à différentes échelles (de l’inclusion à l’échelle de l’ouvrage) en développant des approches expérimentales et numériques. Leur comportement à l’état frais et à l’état durci a été analysé. Les conductivités thermiques mesurées placent ces nouveaux bétons dans la catégorie Bétons Isolants Structurels au sens du nouveau référentiel. Le modèle numérique développé permet d’approcher correctement les valeurs expérimentales. D’autre part, la sensibilité des BISAP incorporant des cénosphères à plusieurs indicateurs de durabilité (porosité accessible à l’eau, perméabilité,carbonatation et retrait) a également été étudiée. L’influence des microsphères est plus ou moins notable en fonction du mécanisme abordé<br>In the field of building thermal insulation, regulatory (RT2012) and standards (NF BPE: Béton à Propriétés Thermiques, September 2016) evolutions are encouraging the use of insulating structural concrete (BIS). The control of their thermal conductivity is essential. It is possible, in addition to using lightweight aggregates, to modify the composition of the cement paste by using hollow inclusions (fly ash cenospheres) to bring an additional thermal insulating potential. In a context of improved workability, to these properties is added the criterion of self-compacting concrete. The validation of these new formulas required the characterization of materials at different scales (from inclusion scale to building scale) by implementing experimental and numerical approaches. Their properties at fresh and hardened state were analyzed. The measured thermal conductivities place these new concretes in the Category of Structural Insulating Concrete in the sense of the new standard. The developed numerical model allowed approaching the experimental measurements correctly. The effect of cenospheres’ incorporation into cement paste on several durability indicators was also characterized

Ces travaux portent sur la réparation et le renforcement de structures béton armé par matériaux composite. Dans ce domaine, la solution de type carbone-époxy appliqué sur les faces extérieures des structures occupe une place prépondérante, mais reste perfectible. L'objectif principal de cette thèse est de proposer des solutions alternatives à ces matériaux, tels que les composites de type textile-mortier (Textile Reinforced Concrete, « TRC ») et d'en juger la faisabilité, les performances et le comportement. Une approche expérimentale et analytique, aux échelles micro, méso et macroscopiques, est menée en s'appuyant notamment sur la technique de mesure de champs de déplacements par corrélation d'images. À l'égard de l'étude du matériau, une procédure d’essai de caractérisation en traction directe des TRC a été conçue et validée. La conduite de 98 essais par cette procédure, a permis de mieux appréhender le comportement de ces composites, notamment l’articulation entre les mécanismes locaux et leur traduction à l’échelle macroscopique. Les principaux leviers permettant l'optimisation des TRC ont ainsi été déterminés. À l'échelle structurelle, l'étude de 11 poutres réparées vis-à-vis de l'effort tranchant, par collage de plats préfabriqués ou moulage à même la poutre, a été conduite. Il en ressort que les solutions TRC se comparent favorablement à celles de type carbone-époxy. Aussi, le comportement local a été finement évalué, notamment, l'évolution des efforts repris par le renfort TRC ainsi que la validité du modèle analytique du treillis. Un comportement de type multifissurant ou pull-out du TRC sensible à son procédé de mise en oeuvre a également été mis en avant<br>This research focuses on repairing and strengthening concrete structures with composite materials. In this particular domain, carbon-epoxy composites are of considerable interest, but still room for improvement. The main objective of this thesis is to show alternatives to these composites, such as Textile Reinforced Concrete (TRC). Feasibility, performances and behavior of this alternative composite are examined. An experimental and analytical approach, at the micro-, meso- and macroscopic scale are conducted, notably thanks to the technique of digital image correlation for in-plane displacement measurement. Regarding the study of the material, a rather handy, reliable and efficient procedure of a direct tensile test was designed and validated. To enable a better understanding of the TRC behavior, 98 different TRC configurations were tested thanks to this procedure. The links between local mechanisms and macroscopic scale behavior were notably studied. Finally, key levers for optimizing the TRC were determined. On the structural level, a study was conducted on 11 beams shear strengthened by bonding of prefabricated plates or by contact molding. It shows that TRC solutions compare favorably with carbon-epoxy composites. Also, the local behavior was thoroughly assessed, notably the change of forces carried by the composite material and the truss model validity. A multi-cracking or pull-out behavior of the TRC was put forward depending on its application process

D’usages répandus dans l’industrie du génie civil, les agents de démoulage sont utilisés pour faciliter le démoulage du béton. Sur le terrain, ils sont appliqués par pulvérisation sur la surface des moules ou des coffrages avant d’y couler le béton. Cette thèse CIFRE concerne le comportement des huiles à l’interface béton/huile/coffrage. En effet, les rôles des huiles de démoulage sont d’empêcher l’adhérence du béton contre les parois, d’améliorer l’aspect des parements et de lutter contre la corrosion des surfaces en acier. Les huiles les plus utilisées sont d’origine minérale, mais elles provoquent des désagréments auprès des utilisateurs et de l’environnement. Pour les résoudre, des formulations à base végétale ont été mises au point. Afin de connaître l’influence de certains paramètres chimiques sur les performances des huiles, des formulations ont été confectionnées sur les deux familles afin que chaque paramètre puisse être analysé. Tout d’abord, l’évolution de la viscosité des huiles est étudiée en fonction de la température. Puis, l’interface coffrage/huile a été caractérisée à l’aide de la microscopie optique et de la spectroscopie d’impédance électrochimique. Des mesures d’énergie de surface ont également été réalisées afin d’étudier l’adhésion de l’huile sur la paroi. Enfin, des essais au tribomètre plan/plan et une étude d’esthétique des parements ont été effectués. Les résultats nous ont permis de définir les mécanismes intervenant à l’interface béton/huile/coffrage. Les huiles minérales agissent physiquement en formant une pellicule isolant la paroi du béton alors que les esters végétaux au contact du béton génèrent des carboxylates insolubles hydrophobes<br>Very common in the civil engineering industry, release agents are used to facilitate the release of the concrete from the mould. On site, they are sprayed onto the surface of the moulds or onto the formwork before concrete pouring. This CIFRE thesis deals with the behaviour of oils at the concrete/oil/formwork interface. Indeed, the role of form release oils is to prevent the adhesion of the concrete to the walls, to improve the aspect of the facings and to fight against the corrosion of steel surfaces. The most used oils are of mineral origin, but they cause nuisances to the users and the environment. In order to solve the problem, vegetable-based formulations were developed. So as to know the influence of certain chemical parameters on the performances of oils, formulations were carried out on the two families so that each parameter could be analyzed. First of all, the evolution of the viscosity of oils was studied according to temperature. Then, the formwork/oil interface was characterized by means of optical microscopy and electrochemical impedance spectroscopy. Measurements of drop angles and surface tensions were also performed in order to study the adhesion of oil to the wall. To finish, tests using a plane-on-plane tribometer and aesthetics study of concrete facings were made. The results enabled us to define the mechanisms intervening in the concrete/oil/formwork interface. Mineral oils act physically by forming a film isolating the wall from the concrete whereas vegetable esters in contact with the concrete generate insoluble, hydrophobic carboxylates

Les superplastifiants sont des adjuvants développés pour conférer aux matériaux cimentaires une plus grande fluidité pour un même rapport eau/ciment (E/C) en favorisant la dispersion des particules. De nombreuses études ont été réalisées pour approfondir la compréhension de leur mode d'action. La plupart du temps, elles relient directement la quantité adsorbée au comportement rhéologique des matériaux dans lesquels ils sont incorporés. Cependant, à une échelle intermédiaire, l'organisation mésostructurale de la pâte cimentaire contrôle non seulement sa fluidité, mais également son homogénéité et sa stabilité physicochimique.Ces travaux de thèse portent sur une dernière génération de superplastifiant : les polycarboxylates (PCE). Une approche expérimentale multi-échelles a été développée en intégrant les caractéristiques mésostructurales de la pâte de façon à faire le lien entre les interactions organo-minérales, notamment l'adsorption des PCE, et les propriétés macroscopiques (comportements en sédimentation et rhéologique). L'identification et la caractérisation granulaire de la pâte a été abordée à l'échelle de la particule, par une approche morpho-granulométrique. Des indices de dispersion ont été définis de façon à quantifier l'influence des PCE sur l'organisation mésostructurale des particules (particules unitaires ou agglomérées). Dans un second temps, l'évolution de cette organisation a été étudiée par l'analyse des colonnes de sédimentation. Un indice de séparation de phase a été défini, mettant en évidence l'existence de plages de stabilité en fonction du dosage et de la structure moléculaire du PCE incorporé.La mise en relation de ces observations avec l'étude des interactions organo-minérales a permis d'approfondir la compréhension du mode d'action et de l'influence des PCE. Cette démarche analytique représente un outil potentiel au développement de superplastifiants novateurs<br>Superplasticizers are admixtures developed to give the cementitious materials greater fluidity for the same water to cement ratio (w/c), promoting the particles dispersion. Many studies were conducted to deepen the understanding of their mode of action. Usually, they connect directly the amount adsorbed with the rheological behavior of the materials in which they are incorporated. However, at an intermediate scale, mesostructurale organization of the cement paste controls not only its fluidity, but also its homogeneity and physicochemical stability.This work focuses on a new generation of superplasticizers: polycarboxylates (PCE). A multi-scale experimental approach has been developed by integrating mesostructural characteristics of cement paste to make the link between the organo-mineral interactions, particularly PCE adsorption, and the macroscopic properties (sedimentation and rheological behavior). Identification and granular characterization of cement paste was discussed, at the level of the particle, by a morpho-granulometric approach. Dispersion indices were defined to quantify the influence of PCE on mesostructural organization of particles (unit particles or agglomerates). In a second step, the evolution of this organization has been studied by analysis of sedimentation columns. A phase separation index has been defined, highlighting the existence of stability ranges as a function of the dosage and molecular structure of the PCE incorporated.Linking these observations with study of organo-mineral interactions has allowed to deepen the understanding of the mode of action and influence of PCE. This analytical approach is a potential tool to the development of innovative superplasticizers

Dans le contexte actuel d’accroissement de la population mondiale, il est nécessaire de construire d’avantage d’infrastructures pour répondre à la pression industrielle grandissante. Ces constructions se font principalement sur la mer comme les ports, les îles artificielles ou encore les logements touristiques. Le béton est le matériau majoritairement utilisé en raison de son faible coût de production mais aussi de sa résistance à l’eau de mer. Comme tout matériau immergé en milieu marin, le béton est colonisé par les organismes vivants, devenant ainsi support de leur développement. Cependant, l’eau de mer est un milieu particulièrement agressif vis-à-vis des matériaux cimentaires ; des dégradations physiques, chimiques et biologiques sont observées dans le temps. Les deux premiers types de dégradation sont particulièrement bien documentés par la communauté scientifique. En revanche, les dégradations biologiques sont peu étudiées. L’objectif de cette thèse est donc de tout d’abord mettre en place un dispositif expérimental en laboratoire, permettant la colonisation d’un matériau cimentaire par des microorganismes. Des outils pertinents pour caractériser le biofilm sur le matériau ont été choisis après une étude bibliographique, dans le but de mieux comprendre la cinétique de colonisation. Des analyses chimiques du matériau ainsi que de l’eau de mer artificielle ont été effectuées à échéances régulières pour évaluer les actions du biofilm sur le matériau cimentaire. Différents matériaux ont été formulés pour étudier l’impact de la formulation sur la colonisation<br>In the current context of increased world population, it is necessary to built more infrastructures to meet the increasing industrial pressure. These constructions are erected on the sea as harbors, artificial islands or tourist accommodation. Concrete is mainly used because of its low-cost and durability in the marine environment. Like any material immersed in seawater, concrete is colonized by living organisms, becoming an habitat for their development. However, seawater is a very aggressive environment towards cementitious materials; physical, chemical and biological degradations are observed with time. Nowadays, physical and chemical degradations are well understood and reported in the literature but there is a lack of knowledge concerning biological effects. The aim of this thesis is first develop an experimental device in laboratory, allowing the colonization of cementitious material by microorganisms. Relevant tools to characterize the biofilm on the material were chosen to better understand colonisation’s kinetic. Chemical analysis of material and seawater were made to evaluate the actions of the biofilm on cementitious material. Different materials were produced to study the impact of the formulation on the colonization

Une augmentation de la température à jeune âge du béton peut être causée par la chaleur d’hydratation dans le cas d’éléments massifs ou par l’application d’un traitement thermique dans l’industrie de la préfabrication. Lorsque le couple critique température maximale/durée de maintien est dépassé, il y a formation différée de l’ettringite (DEF) expansive pouvant fissurer les pièces. Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour but principal d’établir une limite sécuritaire pour des mélanges V-S pour béton de masse et V-P pour béton préfabriqué régulièrement utilisés par le Ministère des Transports du Québec. Ces bétons utilisent des liants binaires composés de fumée de silice de type GUb-SF et des liants ternaires composés de fumée de silice et de cendres volantes ou de laitier de haut-fourneau. La norme canadienne actuelle (CSA A23.1-14 et CSA A23.4-16) impose une limite fixe de température qui ne dépend ni de la durée de traitement ni du type de liant utilisé. Le lien, souvent énoncé dans la littérature, entre la réponse d’un liant à un traitement thermique et sa composition chimique et minéralogique, déterminé respectivement par fluorescence X et diffraction des rayons X couplée par la méthode de calcul Rietveld, a pu être confirmé. Le rapport SO3 solubles/Al2O3 est notamment ce qui permet la meilleure estimation de la sensibilité d’un liant. Le processus de formation différée de l’ettringite est lent et peut prendre plusieurs années. Donc, pour étudier le phénomène, des méthodes d’essais accélérés ont été testées. Des méthodes ont ainsi pu être proposées pour de futurs tests. Une méthode d’essai rapide d’expansion de barres de mortier permet d’identifier les liants les plus sensibles à la DEF. La formation de la DEF dans les liants les moins sensibles peut être appréciée par le gain de masse de prismes de béton et leur observation microstructurale au microscope électronique à balayage (MEB). Une méthode sur bétons de masse et bétons préfabriqués permet de classer le degré de sensibilité d’un liant face à la DEF selon le gain de masse des prismes de béton. Les liants ternaires montrent une bonne résistance face à la DEF. La sensibilité des liants binaires dépend du rapport SO3 solubles/Al2O3 du liant.<br>Abstract : A heat cure for concrete can be caused by hydration in massive structures or by thermal treatment in prefabrication industry. When the limit couple maximum temperature/duration of treatment is exceeded, the delayed formation of ettringite occurs and leads to cracking in concrete. The main goal of the work presented in this essay is to establish a safe batch limit for some mixtures, VS (mass concrete) and V-P (precast concrete) which are often used by MTQ. These concretes use some cements blended with silica fume and ternary blended cements with silica fume and fly ash or blast furnace slag. Indeed, the current Canadian standard (CSA A23.1) set a limit which doesn’t depend on duration of the treatment nor the type of bender. However, the link between composition of the used bender, with can be determined by X-ray fluorescence and X-ray diffraction, and the response to a thermal treatment has been confirmed. The soluble SO3/Al2O3 ratio allows to estimate if a bender is sensitive to heat cure. The delayed formation of ettringite is a long process which can last a decade. In order to study this phenomenon, several accelerated test methods have been used. Some of them are available for some future tests. An accelerated expansion method using mortar bar allows to spot the DEF-sensitive benders. Delayed ettringite formation in the less sensitive bender can be estimated by weight gain in concrete prisms and by observation with scanning electron microscope (SEM). The sensitivity level of a bender can by estimated using a method based on weight gain. Ternary blended cements show a greater ability to withstand DEF. The sensibility of binary blended cements depends on soluble SO3/Al2O3 ratio.

Les bétons de poudres réactives (BPR) forment une nouvelle génération de BUHP. Les bpr sont composes de poudres fines et sont caractérises par un faible rapport eau/ciment et une forte concentration en superplastifiant. Pour étudier l'interaction (ciment, fumée de silice, adjuvant), nous avons développé une méthode basée sur le découplage des effets de l'eau et de l'adjuvant sur la rhéologie. Dans le cas des bpr, il existe un optimum rhéologique en superplastifiant qui dépend fortement de la formulation. Un modèle de prédiction permet de calculer cet optimum avec seulement 4 paramètres définissant la composition du bpr. Des essais d'isothermes d'adsorption confirment le rôle de ces paramètres. Ainsi, la quantité d'adjuvant pour saturer les surfaces est proportionnelle au dosage conduisant au comportement rhéologique optimal. Les effets du superplastifiant sur la cinétique d'hydratation sont étudiés par l'intermédiaire de la conductivité électrique et de la puissance dissipée lors d'essais en mode isotherme. Nous avons mis en évidence une relation linéaire entre la conductivité électrique (#e#l#e#c) et le degré d'hydratation () : #e#l#e#c = av + bvx. Le terme BV est une caractéristique de l'empilement granulaire des bpr étudiés. Le seuil de percolation électrique peut être observé sur cette courbe, #e#l#e#c

Utiliser des bétons bas carbone est devenu désormais une nécessité amenant les normes qui régissent les bétons (EN 206) et les ciments (EN 197) à évoluer. L’utilisation des ciments dits « bas carbone » est rendue par conséquent possible (CEM II/C-M et CEM VI). Le travail présenté se concentre sur l'évolution de la microstructure, des résistances mécaniques et de la durabilité des bétons à base de ciments bas carbone, notamment les mélanges ternaires Clinker-Laitier-Calcaire (K-S-LL). Un indicateur est proposé pour caractériser l'empreinte carbone du béton et sa durabilité en ce qui concerne la corrosion induite par la carbonatation..Les résultats de ce travail mettent en évidence le rôle important des additions réactives à réduire le coût carbone des liants tout en maintenant de bonnes propriétés mécaniques.Un modèle permettant la prévision de la durée de vie de l’enrobage en fonction des propriétés des matériaux cimentaires est adapté à notre problématique. Les bétons à base des ciments ternaires présentent des rapports CO2/ddv intéressants liés à une durée de propagation de corrosion élevée par rapport aux bétons à base de ciment portland. Cependant, la prise en compte de l’effet de carbonatation sur la résistivité électrique influence les tendances observées<br>The use of low-carbon concrete has now become a necessity leading to changes inthe standards governing concrete (EN 206) and cement (EN 197). The use of so-called “lowcarbon” cements is therefore made possible(CEM II/C-M and CEM VI). The work presented focuses on the evolution of the microstructure,mechanical strength and durability of low-carboncement-based concretes, in particular clinkerslag-limestone ternary mixtures (K-S-LL). An indicator is proposed to characterize the carbon footprint of concrete and its durability with respect to corrosion induced by carbonation.The results of this work demonstrate the important role of the reactive additions inreducing the carbon cost of the binders while maintaining good mechanical properties. Amodel allowing the prediction of the service life of the coating as a function of the properties of the cement materials is adapted to our problem.Concretes based on ternary cements have advantageous CO2/ddv ratios associated with a high corrosion propagation time compared with concretes based on portland cement. However,consideration of the carbonation effect on electrical resistivity influences the observed trends

Les besoins en terre végétale pour l’aménagement d’espaces verts urbains induisent un prélèvement de sols agricoles ou naturels. D’autre part, des volumes considérables d’horizons profonds excavés lors de la construction de bâtiments sont mis en décharge en périphérie des villes, avec un impact sur l’environnement. Le recyclage de ces déchets inertes pour la construction de sols des espaces verts apparaît comme une solution prometteuse. Il est toutefois nécessaire de s’assurer que ces Technosols construits peuvent accueillir une diversité végétale et animale pour délivrer des services écosystémiques, comme propose de le faire ce travail de thèse. La composition des mélanges de matériaux (horizons profonds, compost de déchets verts, béton concassé) a été manipulée dans une expérimentation de 4000 m² en collaboration avec l’entreprise ECT et le CD 93. Un suivi de quatre ans a montré que le compost utilisé était responsable de la mort de certains arbres, mais qu’associé au béton, il augmentait fortement leur vitesse de croissance et de colonisation par la macrofaune. En usage prairial, l’ajout de compost a augmenté la production de biomasse et modifié l’assemblage de la communauté végétale, en favorisant les espèces compétitives, mais pas de la macrofaune. Dans une expérience en mésocosmes visant à étudier le lien entre diversité végétale et productivité, une complémentarité entre espèces a été observée pour une des trois communautés, à un niveau de fertilité intermédiaire. Il est donc possible d’améliorer la productivité primaire de nouveaux écosystèmes en manipulant la composition des mélanges de matériaux tout en évitant la dominance de certaines espèces, afin de conserver des communautés diversifiées<br>Topsoil requirements for the development of urban green spaces induce a harvest of agricultural or natural soils. On the other hand, huge volumes of deep horizons excavated during the construction of buildings are dumped on the outskirts of cities, with an impact on the environment. The recycling of these inert wastes for the construction of soils for green spaces appears as a promising solution. However, it is necessary to ensure that these constructed Technosols are suitable for plant and animal diversity, and can deliver ecosystem services, as proposed by this thesis. The composition of the material mixes (deep horizons, urban green waste compost, crushed concrete) was manipulated in a 4000 m² experiment in collaboration with the company ECT and CD 93. A four-year monitoring showed that the compost used was responsible for the death of some trees, but associated with concrete, it greatly increased their growth rate and macrofaunal colonization. In the meadow land use, the addition of compost increased biomass production and altered the assemblage of the plant community, favoring competitive species, but no effect on macrofauna assemblage was observed. In a mesocosm experiment aiming at studying the link between plant diversity and productivity, complementarity between species was observed for one of the three communities, at an intermediate level of fertility. It is therefore possible to improve the primary productivity of new ecosystems by manipulating the composition of the mixtures of materials while avoiding the dominance of certain species, in order to preserve diversified communities