Dissertations / Theses on the topic 'Liants – Propriétés mécaniques'

Après une étude bibliographique mettant l'accent sur les modèles de structure proposés pour les bitumes et bitumes modifiés par des polymères, les propriétés viscoélastiques linéaires de liants routiers ont été étudiées en fonction de la fréquence et de la température. Il ressort de cette étude que les bitumes non-modifiés peuvent être décrits comme des suspensions colloïdales. En conséquence, une augmentation de la teneur en phase dispersée renforce le matériau. Par ailleurs, la modification par un copolymère de styrène et de butadiène induit une séparation de phase, la phase riche en polymère étant la phase dispersée pour les teneurs en polymère étudiées (jusqu’à 6% en masse). Le modèle rhéologique développé par Palierne pour les émulsions est alors applicable à ces matériaux multiphasés
Following a literature review focusing on the structure of bitumens and polymer modified bitumens, linear viscoelastic properties of paving grade binders were studied versus temperature and frequency. It is shown that neat asphalt cements can be looked upon as colloidal suspensions. As a consequence, the higher the dispersed phase content, the higher the modulus of the material. Moreover, modification of a bitumen by styrene-butadiene block copolymers induces a phase separation, the polymer rich phase being the dispersed phase for the investigated polymer contents (up to 6 % mass). The Palierne emulsion model describes the rheological properties of such multiphased materials

SSi par manque d'eau, l'hydratation du liant ralentit ou s'arrête, l'évolution des caractéristiques du béton reste inachevée. Le rôle de la cure est de maintenir une humidité suffisante durant l'hydratation de telle sorte que les propriétés désirées soient atteintes. Huit formulations de béton sont étudiées ici de manière à couvrir une grande partie du domaine d'utilisation courante du béton tant du point de vue du dosage en ciment, que de celui de la nature du ciment et de la durée de la cure. Les résultats sont transcrits en termes de dosage équivalent en ciment, des effets néfastes d'une cure hygrométrique déficitaire sur les performances mécaniques, physiques et de durabilité (profondeur carbonatée) des bétons. Ils montrent que la sensibilité du béton exposé à une cure insuffisante est étroitement liée a son dosage en ciment et permettent de proposer des règles quantitatives pour la compensation, par un surdosage en ciment, du déficit de performances engendre par le manque de cure. Enfin les résultats permettent d'établir des corrélations fortes entre les caractéristiques physico-mécaniques du béton et celles de durabilité de sa partie superficielle dont le rôle de protection des armatures est essentiel

Notre travail a porte sur l'etude de la stabilisation d'un sol fin argileux a l'aide de liants hydrauliques a base d'argile et de chaux. Nous avons selectionne quatre materiaux: deux argiles quasi monominerales: une kaolinite et une montmorillonite et deux produits tout-venant: une laterite de madagascar riche en kaolinite et une molasse du sud-ouest de la france composee de smectite associee a de faibles quantites d'illite, de kaolinite et de chlorite. La premiere partie est consacree a l'etude de l'hydratation en presence de chaux des materiaux calcines en lit fixe dans un domaine de temperature compris entre 600 et 900c. Les techniques physico-chimiques nous ont aide a preciser l'etat des materiaux avant et apres calcination. Les essais mecaniques realises sur des microeprouvettes nous ont permis: - d'optimiser la temperature de calcination des produits et la quantite d'activateur chimique des melanges; - de determiner l'influence de la duree de calcination, de la teneur en eau de gachage et du mode de conservation des eprouvettes. Dans la deuxieme partie, les quatre liants optimises ont ete testes en traitement des sols fins. Nous avons compare, en faisant varier certains parametres, les resistances mecaniques a celles obtenues avec un traitement au ciment ou a la chaux generalement utilise pour la stabilisation des sols argileux. Les resultats obtenus avec la kaolinite sont du meme ordre de grandeur que ceux induits par un traitement au ciment

La première partie de cette thèse vise à la détermination d'une règle permettant la prévision de la compatibilité des bitumes vis-à-vis d'un polymère styrène-butadiène-styrène (SBS). Les résultats combinés d'essais de stabilité au stockage et d'analyses en chromatographie sur couche mince (latroscan) permettent l'établissement d'un rapport pourcentage en Aromatiques sur pourcentage en Asphaltènes supérieur ou égal a 4,3 nécessaire à l'obtention de la compatibilité. Un bitume sera donc rendu compatible par introduction de la quantité d'huile adéquate (calculée à l'aide du rapport établi) ou par introduction de composés de type Quinoléine et n-Décylamine dans le cas où la quantité d'huile à introduire serait trop importante. La seconde partie est consacrée à l'étude de quatre familles de polymères dérivés du polybutadiène permettant de montrer qu'une élévation de la teneur en groupements styrène ou vinyle ou de la masse moléculaire entraîne une augmentation des contraintes lors de la réalisation d'essais de traction et une augmentation de la température de ramollissement bille-anneau. Le polybutadiène à 70 pour cent de groupements vinyle donne des résultats très encourageants et une nouvelle formule avec ce polymère a donc été mise au point. L'évaluation complète des propriétés mécaniques ainsi que l'étude rhéologique ont montré des performances très intéressantes, supérieures dans de nombreux cas au polymère SBS servant de référence. Il a été montré par l'étude rhéologique et une étude infra-rouge l'existence possible d'un réseau qui permet d'obtenir ces propriétés. Ce réseau s'est formé par réaction chimique des groupements vinyle très réactifs entre eux ou sur des composés aromatiques du bitume. Un tel produit trouvera des applications dans le domaine routier en enrobés ou en membranes anti-remontée de fissure

La compréhension de différents phénomènes physico-chimiques mis en jeu lors de la formulation et la mise en forme d’un matériau composite à base d’une matrice minérale et de fibres cellulosiques, permet de mieux optimiser l’élaboration et la consolidation finale ainsi que de corréler les observations microstructurales avec les propriétés d’usage des composites. Le comportement rhéologique du mortier étudié dépend du pH du milieu, de la nature et de la surface spécifique des minéraux argileux. L’utilisation d’une charge minérale qui contient de la chamotte, apporte un effet pouzzolanique au mélange et sa présence participe à la stabilisation du matériau composite. L'introduction de fibres dans une matrice minérale modifie le caractère fragile de la matrice minérale et conduit à un comportement non linéaire endommageable, caractéristique d'un matériau composite. Un traitement des fibres à la soude permet d’individualiser les microfibrilles : cela augmente la rugosité des fibres, signe d'une interface fibre/matrice réduite. En revanche, ces microfibrilles sont très sensibles à l’eau. L’introduction de fibres de chanvre dans une matrice minérale baisse considérablement la valeur de la conductivité thermique du composite. Ces fibres cellulosiques présentent un caractère hygroscopique important, entraînant une modification de l’absorption d’eau par capillarité. Ainsi, ces matériaux composites sont bien plus résistants aux cycles de gel/dégel
Understanding the different physical and chemical phenomena involved during the formulation and shaping processes for a composite material made of a mineral matrix and cellulose fibers, leads to a better optimization of the elaboration and the final consolidation, and also to establish the correlations between the microstructures and the physical properties of the composites. The rheological behavior of studied mortar depends on the pH of medium, the nature and the specific surface area of clay minerals. When calcined clay mineral is present, it provides a pozzolanic effect to the mixture and participates in the stabilization of the composite material. Adding fibers to mineral matrix modifies the fragile character of the mineral matrix to a nonlinear endommageable behavior, which is characteristic of a composite material. A treatment of fibers with sodium hydroxide allows to individualize microfibrils: it increases the fibers roughness, indicating a reduced interface between the fibers and the matrix. However, these microfibrils are very sensitive to water. Addition of hemp fibers decreases the thermal conductivity of the composite. These cellulosic fibers present significant hygroscopic properties, resulting in a change of water absorption by capillarity. So, these composite materials are resistant to freeze / thaw cycles

Les performances en application routière d'un enrobé dépendent des interactions entre ses différents constituants. La démarche expérimentale a consisté tout d'abord à étudier le bitume pur, sans l'ajout d'aucun additif, pour essayer d'évaluer l'importance de la composition du bitume, déterminée par l'origine du brut, sur les caractéristiques physico-mécaniques du bitume. Dans un second temps, l'étude de mélanges binaires : bitume-polymère ou bitume-filler a été réalisée pour évaluer l'influence des différents paramètres sur les propriétés du mélange en fonction des proportions des différents constituants et à nouveau de la composition du bitume. L'action physique du polymère permet d'améliorer grandement les caractéristiques mécaniques et viscoélastiques du liant mais son influence diffère suivant la composition du bitume. Les caractéristiques des mastics sont déterminées par la quantité de filler dans le mélange. L'étude d'un mélange ternaire, bitume-polymère-filler, permet de déterminer l'impact des différents paramètres sur le comportement physico-mécanique du mélange. Enfin, une étude des propriétés d'interface liant-granulat permet l'évaluation des phénomènes de mouillage et d'adhésion des différents liants sur une surface défavorable : le silex. Cette étude prospective montre que l'adjonction de polymère se fait sans nuire aux propriétés d'adhésivité du bitume pur, mais au contraire, en améliorant la résistance au désenrobage à l'eau. Les caractéristiques physico-chimiques prédites ont été reliées autant que faire se peut aux performances en application routière mais des essais sur le terrain restent nécessaires pour valider entièrement les estimations et hypothèses avancées dans cette étude.

Les travaux rapportés dans ce mémoire de thèse visent à proposer des solutions industriellement viables pour accélérer le durcissement du laitier granulé moulu de haut fourneau dans les produits en béton à travers une synergie entre l’activation chimique et thermique. Ces solutions doivent également être à la fois durables et environnementalement bénéfiques. Plus précisément, il s’agit d’obtenir sur des bétons incluant une forte teneur en laitier de haut fourneau, des résistances à court terme équivalentes à celles obtenues sur des bétons à base de ciment Portland de type CEM I 52,5, en se plaçant dans des conditions représentatives de celles de l’industrie de la préfabrication. L’objectif de résistance à la compression a donc été fixé à 23,4 MPa à 8 heures après traitement thermique à 65 °C. L’activation par voie chimique des laitiers seuls ou en présence de ciment Portland a été l’objet principal des travaux expérimentaux menés sur mortier. Sous couvert de valider leur durabilité, les solutions développées sont en plusieurs points plus avantageuses que la référence à base de ciment Portland de type CEM I 52,5
The reported study aims to propose industrially viable solutions in order to accelerate the hardening of ground granulated blast furnace slag in precast concrete products thanks to both chemical and thermal activations. These solutions also have to be durable and environmentally friendly at the same time. More precisely, concrete with high content of slag should reach equivalent short term performance to CEM I 52.5 Portland cement based concrete, when placed in representative conditions of precast concrete industry. An objective of compressive strength was fixed at 23.4 MPa at 8 hours after thermal treatment at 65 °C. Thus, chemical activation of slag only or blended with Portland cement has been the main subject of the experimental works carried out on mortars in order to reach the objective previously defined. On condition that their durability is validated, the solutions that have been developed are by several aspects more advantageous than the CEM I 52.5 Portland cement based reference

La problématique rencontrée lors du mélange bois-plastique résulte de la nature des constituants, le plastique étant un matériau non-polaire et hydrophobe par opposition au bois, un matériau polaire et hydrophile. Ce projet de recherche mené en collaboration avec Mafor inc., vise à mieux comprendre le comportement physico-mécanique d’un composite chêne-polypropylène fabriqué suivant une plage étendue des concentrations en bois (30% à 70%) et en agent liant (0% à 4% de polypropylène maléaté par rapport au poids du bois). En l’absence d’un liant, les travaux réalisés ont montré que l’ajout de bois dans la matrice de plastique affaiblit globalement les propriétés physico-mécaniques du composite bois-plastique. En présence d’un liant utilisé en faible concentration (2%), les résultats montrent une forte augmentation relative des modules de rupture en flexion (162%) et en tension (107%) pour un composite contenant 65 % de bois. Dans ce cas, on observe également une réduction de l’absorption d’eau de 45% pour ce composite évalué sur une période de 28 jours de trempage.
Québec Université Laval, Bibliothèque 2019

Cette recherche s'inscrit dans le cadre des· études concernant la durabilité des structures en béton armé après une réparation par l'injection d'un liant époxydique au droit de sections fissurées. La première partie du mémoire résume les diverses méthodes de réparation des ouvrages et prend en considération la fatigue des matériaux lorsqu'ils sont soumis à une action clique. Des méthodes de calcul sont examinées prenant en compte ces phénomènes afin de prévoir l'évolution d'un élément fléchi. La deuxième partie concerne l'étude théorique et expérimentale de trois poutres en béton armé présentant un double défaut en leur milieu : une reprise de bétonnage et une interruption des armatures tendues. Les résultats obtenus sur la première poutre ont permis de fixer le mode de réparation ainsi que les paramètres d'essais pour les deux autres poutres. Suivant la nature du défaut ct le taux de chargement, deux méthodes de calcul pour prévoir le comportement de tels éléments sont adoptées au cours d'un premier chargement. L'étude expérimentale sur les poutres réparées a permis de mettre en relief le mode de fonctionnement de la section réparée, ainsi que d'examiner la tenue de la réparation sous un chargement cyclique à taux variable et puis jusqu' à rupture. Les résultats expérimentaux sont traduits par des expressions analytiques et pour le dernier taux de chargement cyclique correspondant à la sollicitation de service de la structure, une comparaison avec une prévision théorique est présentée
This research describes the studies that concern resistance and durability of reinforced concrete structures. Before and after being repaired by injection of an epoxy leant in cracked sections. The first part of this research summarizes different methods of repairing the structures and takes into consideration the fatigue of materials when they are under cyclic loading. The analytical methods are examined (considering these phenomena) to predict the evaluation of a bent element. The second part concerns theoretical and experimental studies of three reinforced concrete beams. These beams have two damaged parts in their central section : a concrete retaking and a failure of armature. The results obtained on the first beam allow us to determine the repairing method as well as the parameters of the tests for the two other beams. According to the nature of damage and the rate of loading for the first loading, two computing methods are adapted to predict the behaviour of these elements. The experimental study on these repaired beams has allowed us to determine the function of repaired sections as well as to examine the resistance, behaviour and appearance of the repaired section under a variable rate of cyclic loading, until the fracture point. The experimental results are interpreted by analytical expressions and for the final rate of cyclic loading, corresponding to the usual purposes of the structures, a comparison with the theoretical predictions is presented

Le systeme cendres volantes ciment eau a ete etudie par l'intermediaire des variables de surface et de dimension. Pour ce faire, deux procedes mineralurgiques, transposables industriellement, ont ete retenus: le broyage a jets d'air et le fractionnement granulaire par selection pneumatique. Trois contributions potentielles des cendres au systeme cendres ciment eau ont ete examinees: la contribution chimique, la contribution granulaire et la contribution rheologique. Malgre une grande variation de la surface, de la dimension et de la physico-chimie des systemes, nous n'avons pas observe de generations complementaires de silicates, d'aluminates de calcium hydrates et de silico-aluminates avant 90 jours. L'amelioration des proprietes mecaniques dans le systeme cendres ciment eau est a relier a l'effet granulaire des cendres, qui favorisent une meilleure maitrise de la compacite des melanges. Une methode de linearisation des distributions granulaires a ete proposee. Enfin, le role rheologique des cendres a ete ameliore par les traitements mineralurgiques, qui permettent notamment pour la selection de conserver la morphologie des particules tout en eliminant les particules grossieres et surtout poreuses. Des possibilites nouvelles de valorisation des cendres volantes, denommees microcendres, ont ete mises en evidence

La distribution des émissions de gaz à effet de serre et de la consommation d'énergie des bâtiments a été estimée à 30 % en phase de construction, 70 % en phase d'exploitation et d’entretien et 1 % en phase de démantèlement. Pendant la phase de construction, les matériaux utilisés représentent 56 % des émissions de CO2. Par conséquent, de nombreuses mesures sont prises en compte lors de la construction, telles que : l'émergence du concept de l’économie circulaire, le choix des matériaux à faible teneur en carbone, l’utilisation des déchets, l’utilisation de matériaux intelligentes, réutilisation des matériaux lors de la démolition.Ainsi, l'objectif de cette thèse est de développer des matériaux à faible impact environnemental. Des essais de caractérisation physique, chimique, hygrothermique et mécanique sont réalisés à différentes échelles. Un prototype sera créé et une preuve de concept sera créée pour vérifier l’efficacité des matériaux bas carbone développés dans cette thèse.Dans ce contexte, nous avons d'abord étudié le comportement de mélanges cimentaires incluant des sous-produits. Nous avons substitué le ciment par plusieurs déchets, à savoir les laitiers de ferronickel (FNS) associé à des coquilles de crépidule (CR) et des cendres volantes (FA) associés à des coquilles de crépidule. Des études mécaniques, thermiques ont été menés à la fois à l’échelle du matériaux (mortier et béton) et aussi sur un prototype à l’échelle du laboratoire. Les propriétés mécaniques du mortier avec une utilisation de FA-CR en substitution du ciment se sont avérées supérieures à celles du mortier et du béton ordinaires. Le prototype à base de ce nouveau matériau bas carbone a été développé pour surveiller le comportement hygrothermique avec des modèles des réseaux de neurones artificiels. Les résultats de l'expérience sur le risque de condensation et le développement de moisissures révèlent que le mélange de béton choisi peut empêcher la condensation.Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés aussi à la stabilisation de la construction en terre par un liant cimentaire et ensuite par un liant organique. Dans la première partie, nous avons étudié la pertinence de la boue de lavage de gravier et des coquillages comme matériau de construction en terre non cuite tout en utilisant des cendres volantes comme liant et stabilisateur cimentaire. Nos résultats montre que ce mélange conduit à une réduction de la porosité, une augmentation des performances mécaniques, une diminution de la conductivité thermique avec une capacité thermique spécifique plus élevée. Dans la deuxième partie, nous avons utilisé de la poudre d'algues comme stabilisateur de la bauge. Nous avons étudié l'impact de la substitution de la terre par de la poudre d'algues (liant organique). Pour ce nouveau matériau à base d’algues, nous avons observé une amélioration de la capacité de stockage de la chaleur et de la conductivité thermique sans impacter les propriétés mécaniques. Le développement du réseau neuronal artificiel pour prédire les propriétés hygrothermiques du prototype terre-algues-fibres a montré une bonne similarité entre les résultats expérimentaux et le modèle. Enfin, le mécanisme de stabilisation de la terre a été étudié à l'aide de techniques d'analyse microstructurale (DRX et spectroscopie Raman)
The distribution of energy consumption and greenhouse gas emissions in buildings has been estimated at 30% during the construction phase, 70% during the use and maintenance phase, and 1% during the demolition process. During the construction phase, the materials used represent 56% of the CO2 emissions. The long term use of a building, difficult to control, depends on a large number of variables. Numerous levers are therefore studied to act during construction: low-carbon materials, waste reduction, promoting the circular economy, optimized design, intelligent material saving, construction and demolition waste, etc.Therefore, the objective of this PhD is to develop new low carbon materials. Physical, chemical, hygrothermal and mechanical characterization experiments are carried out at different scales. A prototype will be designed and a proof of concept will be created to verify the effectiveness of the eco-materials developed in this research.In this context, we started by studying the behaviour of cementitious mixtures including by-products. We substituted cement by several wastes, i. e. ferronickel slag (FNS) associated with crepidula shells (CR) and fly ash (FA) associated with crepidula shells. Mechanical and thermal properties of the mortar and concrete were studied at the material scale and also on a lab-scale prototype. The mechanical properties of the mortar with the use of FA-CR in substitution of cement were found to be superior to those of ordinary mortar and concrete. The prototype based on this new low carbon material was developed to monitor the hygrothermal behaviour with artificial neural network models. The results of the experiment on the risk of condensation and mold growth reveal that the chosen concrete mix can prevent condensation. Indeed, the high silica, aluminate, and calcium content of the smart Fly ash-Crepidula mixture reacts with water from humid ambient air to generate additional hydrates as a result of pozzolanic reaction, resulting in continual strength enhancement.In this thesis work, we were also interested by the stabilization of earthen construction using a cementitious binder and then by an organic binder. In the first part, we investigated the suitability of gravel washing sludge and seashells as an unfired earth construction material while using fly ash as a binder and cementitious stabilizer. Our results show that this mixture leads to a reduction in porosity, an increase in mechanical performance and a decrease in thermal conductivity with a higher specific heat capacity. In the second part, we used seaweed powder as a stabilizer for the cob construction. We studied the impact of substituting soil with seaweed powder (organic binder). For this new algae-based material, we observed an improvement in heat storage capacity and thermal performance without impacting mechanical properties. The development of the artificial neural network to predict the hygrothermal properties of the earth-algae-fiber prototype showed a good similarity between the experimental results and the model. Finally, the stabilization mechanism of the soil was studied using microstructural analysis techniques (XRD and Raman spectroscopy)

Ce travail est basé sur la synthèse d’un liant aluminosilicaté de type géopolymère à partir de différentes argiles tunisiennes. Afin de comprendre les mécanismes de géopolymérisation, une première étape a concerné la caractérisation des matières premières argileuses par différentes méthodes d’analyses ainsi que leur comportement vis-à-vis du traitement thermique. La faisabilité des matériaux consolidés a été étudiée afin de comprendre le rôle des minéraux associés et la granulométrie de l’argile, en présence d’une solution de référence et de sources aluminosilicatées connues, sur les produits synthétisés. Afin d’identifier le rôle de la solution alcaline, de nouvelles formulations ont été élaborées et comparées aux précédentes en présence des argiles tunisiennes. Plusieurs techniques ont été réalisées pour évaluer les matériaux au cours de leur formation par spectroscopie infrarouge et après consolidation par diffraction des rayons X, microscopie électronique à balayage et analyse thermique. Leurs propriétés mécaniques ont été testées par compression
This work is based on the synthesis of geopolymers from different Tunisian clays. In order to understand the geoplymerization mechanisms two steps are established. The first is relate to the characterization of the raw clays materials through different analyzes and their behavior with thermal treatment. The second involve around the study of geopolymers feasibility in order to understand the role of associated minerals and particle size, in the presence of a reference solution and aluminosilicate sources, on the synthesized products. To identify the role of the alkaline solution, new formulations have been developed and compared with previous one in the presence of Tunisian clays. Several techniques are used to characterize the materials during their formation: Infrared Spectroscopy, X ray diffraction, Scanning Electron Microscopy analysis and Thermal analysis. Their mechanical properties were tested by compression

Les microcendres etudiees dans cette these ont ete obtenues a partir de cendres volantes silico-alumineuses, par broyage et par selection granulaire. Les microcendres, lorsqu'elles sont privees de grains grossiers, sont compatibles avec des dosages importants en superplastifiant: elles conduisent ainsi a des mortiers a rapport eau/liant reduit, qui acquierent alors des performances mecaniques elevees. L'installation d'un prototype industriel dans une centrale thermique a permis de produire des quantites de microcendres suffisantes pour mener des etudes sur betons. Il est apparu que le traitement microcendres reduit le retard de durcissement initial des betons constate avec les cendres brutes ; il permet d'obtenir facilement des betons a hautes performances en employant ces nouvelles additions minerales ; enfin, il va dans le sens d'accroitre la durabilite des betons. Cette etude phenomenologique sur mortiers et betons a ete completee, sur les mortiers seulement, par une modelisation s'inspirant de la methode des plans d'experiences et aboutissant a une prevision des resistances mecaniques. Cette methodologie pourra etre extrapolee aux betons

On constate souvent un developpement preferentiel de l'alteration des gres au voisinage des joints de mortier. Ce memoire concerne donc l'etude des mecanismes regissant les interactions entre les mortiers et les roches greseuses, interactions dues au contraste chimique existant entre ces deux materiaux. Dans un premier temps, nous avons mis en evidence l'influence de ph basiques, caracteristiques des mortiers, sur la durabilite des gres. Cette influence se traduit par une degradation des proprietes des gres, liee a une generalisation de la micro-fissuration des grains de quartz dans les roches. Ce ph fortement basique s'est egalement avere un activateur de l'alteration des gres en presence d'autres facteurs d'alteration classiques (solutions sulfatees et salines). En effet, la synergie de ces processus conduit a une acceleration de l'alteration. Ces resultats montrent que l'acceleration de la degradation des materiaux au voisinage des gres est etroitement liee au ph des mortiers. Les mecanismes regissant l'alteration des gres in situ ont ete precises a travers l'etude de sandwichs pierre-mortier. Ces mecanismes reposent sur des processus de diffusion engendres par les gradients de concentration des ions oh#- existant de part et d'autre de l'interface. Une reduction des interactions chimiques entre les mortiers et les gres a ete obtenue grace a l'utilisation d'adjuvants pouzzolaniques. Ces materiaux sont en effet capables de consommer la portlandite des mortiers et de favoriser donc sa precipitation sous forme stable et peu mobile. La diminution de la concentration en ions oh#- dans le mortier permet de reduire les phenomenes diffusionnels et de passiver l'interface pierre-mortier

Les sols fins constituant une piste ou les sous couches d'une chaussee sont aujourd'hui stabilises par adjonction de liant hydraulique: la chaux ou le ciment. Notre travail a ete de concevoir une installation mobile qui transforme des sols naturels argileux, par sechage/broyage puis calcination, en pouzzolanes de synthese destinees a remplacer le ciment. Dans un premier temps, les procedes industriels bases sur des echanges thermiques en suspension ou flash sont retenus. Les parametres de calcination flash (temperature, duree) font defaut dans la litterature. Cependant les resultats bibliographiques obtenus par calcination traditionnelle (durees de 10 mn au moins) ont permis d'etablir un modele thermochimique qui simule l'evolution de la transformation. Celui-ci applique a la calcination flash (durees de l'ordre de la s) donne des resultats que nous comparons aux valeurs experimentales, obtenues sur un calcinateur flash de laboratoire construit pour ce travail, et sur un pilote existant. Les proprietes mineralogiques et structurales des produits calcines flash sont analysees; deux essais de reactivite a la chaux permettent de tester les liants obtenus et d'optimiser les temperatures de calcination flash. Deux argiles de type kaolinite, une montmorillonite et un sol naturel sont traites. A partir de cette etude, nous avons etabli le bilan thermique d'une installation industrielle complete, debouchant sur un schema de conception du calcinateur et du refroidisseur

L'utilisation de ressources lignocellulosiques renouvelables connaît à l'heure actuelle un indéniable regain d'intérêt pour l'élaboration de matériaux de construction. Partant de ce constat, un premier axe de travail a vu l'élaboration de bétons de végétaux constitués de granulats de végétaux lignocellulosiques et d'un liant pouzzolanique. Les broyats de tige de chanvre et de tournesol ont ainsi été sélectionnés pour leurs similarités et leur disponibilité dans la région Auvergne. En parallèle, un liant pouzzolanique constitué de 80% en masse de sable de ponce volcanique provenant d'une carrière locale, de 20% de chaux aérienne et d'un activateur a été formulé. Les résultats obtenus montrent la similitude des caractéristiques des granulats de chanvre et de tournesol ainsi que des performances mécaniques et thermiques des bétons légers (<500kg.m-3) constitués de ces végétaux. Les matériaux formulés satisfont aux critères fixés dans les règles professionnelles de la construction en chanvre. Dans un deuxième axe de travail, l'analyse bibliographique réalisée a permis d'identifier la qualité d'interface entre les particules végétales et le liant minéral comme un des principaux verrous scientifiques concernant les bétons de végétaux. Les problèmes de prise à cœur de ces matériaux mériteraient en effet d'être reliés avec ceux observés à l'interface liant/bois. Deux voies d'amélioration sont ainsi explorées dans une approche multi-échelles mêlant analyses physico-chimiques et essais mécaniques: le traitement préalable des particules végétales et l'adjuvantation spécifique du liant. La première stratégie a consisté à réaliser sur les granulats végétaux deux types de modifications: un recouvrement à l'huile de lin et un traitement en solution aqueuse de Ca(OH)2. Afin d'analyser à court terme l'interaction entre les particules ainsi modifiées et le liant frais, un dispositif de mesure spécifique dit de la plaque immergée est utilisé. Les résultats montrent une amélioration de l'interphase liant/végétal après le traitement des granulats en solution de Ca(OH)2. De façon surprenante, les performances mécaniques des bétons de végétaux chutent lorsque les granulats sont préalablement traités. Cette approche, en plus d'être contraignante d'un point de vue industriel, ne résout donc pas de façon satisfaisante les problèmes d'interfaces liant/bois. La seconde stratégie mise en place a nécessité l'intégration dans le liant d'un adjuvant rétenteur d'eau de type éther de cellulose dans des proportions variant de 0,5 à 1,5% par rapport à la masse des poudres. Les observations d'échantillons réalisées au MEB et couplées à une analyse EDX soulignent l'aptitude de l'éther de cellulose utilisé à améliorer les interfaces liant/bois. Une explication de l'action de ces molécules polymères sur les interfaces, basée sur la bibliographie et l'analyse du liant, est proposée. Cette approche a permis l'élaboration de bétons de végétaux immédiatement démoulables, à la compactabilité et la cohésion accrue et dont les propriétés mécaniques sont améliorées par rapport aux solutions en usage. Notons que cette amélioration n'est pas effectuée au détriment des propriétés thermiques. L'utilisation dans les bétons de végétaux d'un rétenteur d'eau ouvre dès lors des perspectives de développement : blocs préfabriqués, enduits légers, murs de béton projeté.

L’objectif de ce travail de thèse porte principalement sur la valorisation des sédiments fluviaux en couche de fondation. La caractérisation de ces sédiments nous a permis de dresser une fiche d’identité détaillée de ces sédiments incluant les propriétés physico-chimiques géotechniques et environnementales. Cette caractérisation s’avère être primordiale avant toute démarche de valorisation pour évaluer le potentiel d’utilisation des sédiments en technique routière. La déshydratation des sédiments est un prétraitement souvent indispensable. Nous avons pour cela optimisé leur déshydratation en utilisant la méthode dite de « lit de séchage ». L’influence de la déshydratation par l’ajout de polymères (adjuvant de floculation) sur les caractéristiques intrinsèques des sédiments a été explorée. Afin d’améliorer les performances mécaniques des sédiments, plusieurs traitements ont été mis aux point et expérimentés tel que les traitements aux liants hydrauliques ou l’ajout de renforts granulaires. Ces différents traitements ont été testés sur des sédiments floculés et non floculés. Pour l’optimisation de la compacité des mélanges sédiments fluviaux-ajouts granulaires (Sable Bolonnais), nous avons utilisé le modèle d’empilement compressible. Sur la base des résultats obtenus, nous avons réalisé une planche expérimentale dont l’objectif est de valider notre approche de valorisation. Un suivi mécanique et environnemental ainsi qu’une analyse des eaux de ruissèlements et de percolation ont été réalisés. Les résultats obtenus en laboratoire et in-situ nous confortent dans la perspective d’une utilisation des sédiments fluviaux en couche de fondation
The work in this thesis focuses on the valorization of river sediments in sub-base. The characterization of these sediments allowed us to draw up their detailed identity card including physico-chemical geotechnical and environmental properties. This characterization is essential before any approach aiming to evaluate the potential use of the sediments in road engineering. The dehydration of the sediments is an essential pretreatment. Their dehydration has been optimized by using a method known as “bed of drying”. The influence of dehydration on the sediments characteristics by adding polymers (auxiliary of flocculation) was explored. In order to improve the mechanical performances of sediments, several treatments were developed and tested such as hydraulic binders or addition of granular reinforcements. These various treatments were tested on flocculated and non-flocculated sediments. To optimize the compacity of river sediments-additions (Bolonnais Sand) mixtures, we used the Compressible Packing Model. These results lead us to build an experimental board to validate our approach of valorization. A mechanical and environmental follow-up and analysis of percolation and runoff waters were carried out. The results achieved in laboratory and in-situ consolidate us to use rivers sediments in sub-base

La durabilite des conteneurs de dechets radioactifs de faible activite, doit etre garantie pour 300 ans. Dans ce but des modeles previsionnels ont ete developpes: ils prennent en compte les degradations que peut subir le beton de conteneur sous l'effet d'une part des agents agressifs transportes par les eaux d'infiltration, et d'autre part d'alterations mecaniques. Un programme de recherche destine a prendre en compte les aspects mecaniques dans l'evaluation de la duree de vie des conteneurs s'est mis en place avec la commissariat a l'energie atomique. Dans une premiere etape nous avons developpe une methodologie et des outils destines a la caracterisation d'un etat de fissuration. Dans une deuxieme etape nous avons etudie la variation de certaines proprietes en fonction de l'etat de fissuration du beton. Ces grandeurs ont ete choisies car elles sont essentielles vis-a-vis du role de stockage des conteneurs, c'est-a-dire vis-a-vis des transferts dans le beton. Il s'agit de la permeabilite a l'air, et de la diffusion du tritium, du cesium 137, et des ions chlorures

Le but de ce travail est d’étudier le potentiel d’un bitume naturel (BN) extrait en Albanie pour la production des bitumes durs (BD) et des enrobés à module élevé (EME). Pour la production des BD, différentes techniques de raffinage du pétrole existent. Néanmoins, avec certains bruts pétroliers il est impossible de les fabriquer. De plus, les BD de raffinerie comportent souvent des défauts qui limitent leurs applications. Ces raisons, couplées à des questions d’approvisionnement, conduisent à chercher des méthodes de substitution. Dans ce contexte, il est intéressant d’utiliser des BN. Cette étude a montré que le BN d’Albanie donne des BD et des EME en conformité avec la Normalisation Européenne, résistants au vieillissement et performants aux basses températures. Un dosage adéquat permet de formuler des matériaux d’une dureté désirée en réponse des exigences techniques des applications routières visées tout en facilitant la gestion des stocks de bitumes dans les centrales d’enrobages
The aim of this thesis is to study the potential of a natural bitumen (NB) mined in Albania in the production of hard bitumens (HB) and that of high modulus asphalt concrete (HMAC). Various petroleum refining techniques are available for the production of HB. Nevertheless, this is impossible with some crude oils. In addition, HB from refineries often present shortcomings which limit their applications. These reasons, coupled with practical issues related to HB supply, motivate the research of alternative methods. In this industrial context it is interesting to use NB. This study has shown that the Albanian NB provides HB and HMAC in accordance with European Standards, resistant to aging and relatively performant at low temperatures. The proper dosage of this NB allows the formulation of materials of desired properties, in response to the technical requirements of the considered road applications, facilitating in this way the use of bitumen stocks in asphalt concrete production plants

Cette thèse, essentiellement expérimentale, s'inscrit dans le cadre des recherches à finalité industrielles effectuées au laboratoire de mécanique des sols, structures et matériaux de l'École centrale de paris. Le travail présenté est une synthèse de plusieurs années de collaboration avec les sociétés le Carbone Lorraine, Péchiney, Sers Carbone, Sers Graphite, Shell Française, Colas, ainsi que PSA et Metafram. L'étude de divers matériaux polyphasiques est abordé, aussi varies que les sols, les agglomérés de carbone, les bétons bitumineux ou les métaux frittes à forte porosité à base de fibres de fer. Dans la première partie de ce travail, les analogies entre les comportements mécaniques des sables et agrégats et les comportements normalement consolidé et surconsolidé des argiles sont mises en évidence, dans le but de faciliter une modélisation commune de ces matériaux. Cette démarche rend indispensable l'examen détaillé de la fiabilité des résultats expérimentaux utilises pour caractériser ces matériaux. Pour simplifier le contrôle et la cohérence de ces résultats, une méthodologie d'analyse est proposée permettant, le cas échéant, de suggérer les corrections à apporter. Ces recherches ont permis de dégager une logique générale du comportement des matériaux granulaires formes de grains élastiques, sans colle importante entre les grains, aussi bien pour les matériaux pulvérulents que pour les cohérents (non-draines). Par ailleurs, ces recherches ont été élargies en examinant, d'une part, le rôle de la rupture de particules sur la logique précédente et d'autre part, en étudiant le comportement de matériaux granulaires formes de grains ductiles (métaux frittes à forte porosité). Dans la deuxième partie de ce travail, le comportement de matériaux granulaires agglomérés avec des liants hydrocarbonés est étudié, en particulier, les agglomérés de carbone et les bétons bitumineux. On cherche également à dégager une logique de comportement de ces matériaux poly phasiques et à mettre en évidence le rôle des liquides, en séparant l'influence de la mouillabilité et de la viscosité

Dans le cadre de la lutte contre la pollution atmospherique, les producteurs de cendres volantes sont amenes a mieux desulfurer les gaz et fumees de combustion. Il en resulte d'importants changements dans la constitution des residus qui sont enrichis en soufre. C'est le cas en particulier de la cendre a sulfite de calcium. L'analyse des caracteristiques physiques, chimiques et mineralogiques de cette cendre fait apparaitre la presence de mineraux cristallises: chaux, calcite, sulfite de calcium et l'existence d'un verre silico-alumineux. Son comportement en pate avec de l'eau pure et avec de la chaux eteinte a ensuite ete etudiee: cette cendre apparait comme un liant hydraulique tres peu energique mais elle presente en revanche un caractere pouzzolanique indeniable. L'influence de cette cendre sur la maniabilite et les resistances mecaniques de mortiers et betons hydrauliques ou elle a ete introduite comme remplacant partiel du ciment a ensuite ete etudiee. La substitution d'une partie du ciment par la cendre entraine une augmentation du rapport eau/liant, essentiellement due a l'existence de particules agglomerees presentant une porosite importante: ceci occasionne une chute des performances mecaniques. Cet inconvenient peut etre toutefois evite par utilisation d'un fluidifiant reducteur d'eau. Enfin, au vu des premiers resultats d'essais acceleres, la durabilite des betons et mortiers ne semble pas etre affectee par l'introduction de cendre sulfitique. En particulier, cette cendre ne parait pas etre en mesure de contrer l'alcali-reaction

Le mémoire d'Habilitation à Diriger les Recherches (HDR) de François OLARD présente les principaux travaux de recherche et de diffusion scientifique, depuis sa thèse (2000-2003) jusqu'à aujourd'hui. Comme l'indique en partie le titre du mémoire - " Relations entre la composition, la structure et les propriétés thermo-mécaniques des matériaux bitumineux " -, le fil conducteur de ses travaux de recherche est l'optimisation des performances des matériaux bitumineux par une meilleure compréhension des relations entre leur composition, leur structure et leurs propriétés thermo-mécaniques. Une particularité des travaux de recherche de François OLARD tient à son statut de responsable de projets R&D en entreprise, impliquant la mise en adéquation du savoir et du besoin industriel. Le mémoire d'Habilitation à Diriger les Recherches met ainsi en exergue que nombre d'innovations ont pu naître de l'échange entre recherches appliquée et fondamentale, participant ainsi à l'évolution indispensable du savoir-faire en formulation et en production des matériaux bitumineux. Six thématiques majeures ont été abordées au cours des travaux de recherche: 1) Comportement thermo-mécanique des enrobés bitumineux à basses températures. Relation entre les propriétés du liant et de l'enrobé. 2) Influence des propriétés élastiques ou viscoélastiques des revêtements sur le comportement des ponts à dalle orthotrope (Projet ANR ORTHOPLUS). 3) Formulation d'enrobés bitumineux à hautes performances grâce à l'optimisation de l'empilement granulaire et l'emploi de bitumes modifiés en polymères. 4) Propriétés viscoélastiques linéaires et en fatigue des enrobés bitumineux contenant des agrégats d'enrobés recyclés. 5) Comportement des matériaux composites traités au liant hydraulique et des bétons compactés routiers incluant des fraisâts bitumineux et des fibres métalliques (Projet ANR RECYROUTE). 6) Procédés d'enrobage à basses émissions et à température réduite: enrobés dits " semi-tièdes ". Les thématiques 2 à 4 sont très liées et découlent pour partie du travail initial réalisé en thèse (thématique 1). Ainsi, les approches expérimentales et de modélisation des matériaux bitumineux, testés dans le domaine linéaire principalement, y sont très proches. La thématique 5 présente quant à elle une démarche expérimentale et d'analyse similaire, mais appliquée à deux familles de matériaux composites (graves et bétons) traitées au liant hydraulique et incluant des fraisâts bitumineux. La présence de ces fraisâts bitumineux confère en effet un comportement visco-élastique aux mélanges testés. La thématique 6 présente enfin les recherches liées à l'invention des enrobés à basses émissions et à température réduite, les enrobés bitumineux dits " semi-tièdes ", avec une évaluation des caractéristiques mécaniques et environnementales. La supervision de 23 stages étudiants (Ingénieurs et Mastères) et de 4 doctorants (Génie Civil) a rendu possible une bonne partie de ces travaux et résultats. L'ensemble du travail de recherche a donné lieu à 2 chapitres d'ouvrages scientifiques, 23 publications au sein de revues internationales à comité de lecture, 3 publications au sein de revues françaises à comité de lecture, 54 publications et présentations en conférences internationales, 30 publications de vulgarisation dans la littérature technique & professionnelle, ainsi que 3 brevets internationaux.

La modification de la microstructure, de l'interdiffusion et les interactions intermoléculaires induites par l'ajout d'EVA en couche PE de films PE/liant/PA améliorent la soudabilité et les propriétés optiques, sans dégrader les performances mécaniques ni l'adhésion. Seule la glissabilité est détériorée. L'ajout d'EVA en couche liante augmente l'adhésion PEgMAH/PA6-66 par création de liaisons hydrogène entre l'acétate de vinyle et le PA6-66 et amélioration de la mouillabilité à chaud. L'utilisation d'un PA6 ramifié dégrade l'adhésion PEgMAH/PA6 qui est gouvernée par le temps de contact entre les polymères. La glissabilité a été ajustée par l'ajout d'agents glissants en couche (PE+EVA) dont l'efficacité est limitée par la présence des couches adjacentes et la formation d'une couche de surface non homogène. L'utilisation de nanocharges en couche PA6 conduit à une amélioration significative des performances mécaniques mais modeste de l'imperméabilité à l'oxygène
The modification of the microstructure and the interdiffusion as well as the intermolecular interactions induced by addition of EVA in the PE layer PE/binder/PA packaging films improve the seal ability and the optical properties without degradation of the mechanical and adhesion performances. Only the sleep ability is deteriorated. The addition of EVA in the tie layer improve the PEgMAH/PA6-66 adhesion properties modification of the type and the density of the intermolecular interactions between tie layer, PA and EVA. The substitution of a linear PA6 by a branched leads to a degradation of the PEgMAH/PA6 adhesion properties which is mainly controlled by the contact time between the polymers. The slip ability was adjusted by addition of slip agents in the (PE+EVA) layer whose efficiency is limited by the presence of the adjacent layers and the formation of a non-uniform lubricating layer. The use of nanofillers in the PA6 layer leads to an improvement of the mechanical properties but a limited reduction of the gas permeability

Cette thèse traite des relations entre les propriétés des liants et des enrobés bitumineux à basse température. Le comportement des bitumes fut évalué avec : i)l'essai de module complexe, ii)l'essai de fluage au BBR, iii)l'essai de traction SHRP à vitesse de déformation constante et températures constantes. Un essai de flexion trois points sur éprouvettes de bitume préentaillées a aussi été développé. Le comportement thermomécanique des enrobés fut étudié en réalisant i)des essais de module complexe, ii)des mesures du coefficient de contraction thermique, iii)des essais de traction à vitesses de déformation constantes, iv)des essais de retrait thermique empêché. Des liens pertinents entre les propriétés des liants et des enrobés, et des caractéristiques suffisamment discriminantes au regard des propriétés à basse température des enrobés ont été mis en évidence. Un travail de modélisation du comportement des liants et des enrobés a enfin été réalisé en petites et grandes déformations
This thesis deals with the thermomechanical behavior of bituminous materials at low temperatures. The binder behavior was evaluated with three fundamental tests : i)the complex modulus determination, ii)the Bending Beam Rheometer and iii)the tensile strength at a constant strain rate and constant temperatures. A three point bending test on pre-notched bitumen beams was also developed. The thermo-mechanical mix behavior was studied by performing i)complex modulus tests, ii)measurements of the coefficient of thermal contraction, iii)tensile tests at constant temperatures and strain rates, and iv)Thermal Stress Restrained Specimen Tests. Apart from the determination of some pertinent links between binder and mix properties and discriminating characteristics with regard to the thermal cracking of bituminous mixes at low temperatures, the analysis has also consisted in modeling the behavior of bituminous binders and mixes, both in the small strain domain and in the large strain domain

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre l'Ecole Nationale des TPE et les entreprises routières APPIA et EUROVIA. La société pétrolière TOTAL a également été associée à l'étude. Ce travail traite de l'analyse du comportement thermo-mécanique des enrobés bitumineux aux températures basses et intermédiaires et vise à mettre en évidence les relations entre les propriétés des liants et des enrobés. Un large travail expérimental de laboratoire a été réalisé en vue de répondre à ces deux objectifs. Il s'agit notamment de mieux cerner les critères existants de caractérisation des liants, voire d'en proposer de nouveaux, en relation avec le comportement en place des enrobés.

Après une étude bibliographique sur la rhéologie et les propriétés thermo-mécaniques des bitumes, des mastics et des enrobés bitumineux, le travail expérimental mené aussi bien dans le domaine des petites déformations que des grandes déformations, est exposé.

Le comportement à basse température des bitumes a été évalué avec trois tests fondamentaux largement répandus : i)l'essai de module complexe, ii)l'essai de fluage au BBR, iii)l'essai de traction directe SHRP à vitesse de déformation constante et températures constantes. En outre, un nouvel essai de fissuration, consistant en un essai de flexion trois points sur éprouvettes de bitume préentaillées, a été développé à l'ENTPE. Les paramètres de ténacité et d'énergie de rupture des bitumes à basses températures ont pu être déterminés en utilisant les hypothèses de la MLR (Mécanique Linéaire de la Rupture).

Le comportement thermo-mécanique des enrobés bitumineux à basse température a été étudié en réalisant i)des essais de module complexe, ii)des mesures du coefficient de dilatation-contraction thermique, iii)des essais de traction à vitesses de déformation constantes, iv)ainsi que des essais de retrait thermique empêché.

Tout d'abord, des liens pertinents entre les propriétés des liants et des enrobés, et des caractéristiques suffisamment discriminantes au regard des propriétés à basse température des enrobés ont été mis en évidence. Ensuite, l'analyse a consisté à effectuer un travail de modélisation du comportement des liants et des enrobés, en petites et grandes déformations.

Un modèle rhéologique monodimensionnel, qui consiste en une généralisation du modèle analogique de Huet-Sayegh, a été développé dans le domaine des petites déformations. Ce modèle, appelé modèle “2S2P1D”, permet de simuler correctement à la fois le comportement visco-élastique linéaire des bitumes et celui des enrobés bitumineux. A partir de ce modèle, une transformation originale –indépendante du modèle– permettant de prédire le module complexe de l'enrobé à partir de celui du liant est proposée, puis validée.

Enfin, la dernière partie de cette thèse est consacrée à la loi généralisée monodimensionnelle “DBN” (Di Benedetto-Neifar) à partir de laquelle un programme a été développé sur l'interface Visual Basic du logiciel Excel. Ce programme constitue un outil simple de prévision du comportement de l'enrobé bitumineux sous diverses sollicitations (mécaniques et/ou thermiques). Ce modèle rhéologique permet de faire le lien entre les petites et les grandes déformations. Des simulations d'essais de traction à vitesses de déformation constantes, ainsi que des simulations d'essais de retrait thermique, monotones ou cycliques, sont enfin présentées.

Afin d’optimiser le procédé de production de culasses automobiles en aluminium et d’améliorer sa fiabilité, une meilleure connaissance du comportement des noyaux de fonderie est nécessaire. Les noyaux sont des matériaux composés de grains de sable liés par une résine en faible proportion, et servent à mouler les conduits et cavités intérieurs des pièces métalliques. Au cours de leur cycle de vie, les noyaux sont amenés à subir de fortes températures et des sollicitations mécaniques complexes. L’objectif de cette étude est de caractériser le comportement thermomécanique des noyaux sous diverses sollicitations selon le taux de liant, la température et surtout l’état de dégradation de ce liant. En particulier, les travaux de cette thèse s’attardent sur les mécanismes d’endommagement et de fissuration des noyaux, dont la compréhension est la clé pour optimiser l’étape de débourrage qui consiste en la fracturation et l’élimination des noyaux. Les résultats de cette thèse serviront par ailleurs à nourrir un modèle numérique simulant le débourrage des pièces. Différents modes de chargements mécaniques ont été étudiés : flexion, compression, cisaillement, push-out, fatigue, fluage ou encore compression œdométrique. Ils correspondent à différents types de sollicitations, avec ou sans confinement du noyau, et permettent de caractériser soit le cœur ou la surface du matériau. L’endommagement peut être suivi grâce à la réalisation de cycles de décharge-recharge. Dans tous les cas, le comportement mécanique du noyau est fortement dépendant des propriétés et de l’état du liant. Ainsi, la dégradation thermique induite par la coulée de l’aluminium liquide modifie et dégrade nettement les propriétés du noyau. Des parallèles peuvent ainsi être dressés entre les propriétés du liant, le comportement mécanique du matériau sable/résine et l’endommagement microstructural observé après rupture
Better knowledge about the mechanical behavior of foundry sand cores is required in order to optimize the aluminum cylinder head production process. Sand cores allow the casting of complex shape metallic parts and are made of sand grains, bound with a resin in low proportion. Sand cores are subjected to high temperatures and complex mechanical load during the production process. This study aims at characterizing the thermomechanical behavior of sand cores under various loads depending on the binder proportion, the temperature and mostly the binder thermal degradation. Particularly, we focus on the cores damage and fracture mechanisms. The understanding of such phenomena could lead to an optimization of the decoring step, consisting in the fracture and removing of the core from the metallic part. Indeed, the results of this Ph.D. thesis will be used to implement a numerical model of the decoring process. Different kinds of mechanical loads have been studied: bending, compression, shear, push-out, fatigue, creep or also oedometric tests. They correspond to different kinds of load, with or without confining pressure and allow a characterization of the bulk or the surface of the material. The core damage is followed by mechanical tests with unload-reload cycles sequences. For all the cases, the core mechanical behavior is highly dependent on the binder properties and thermal degradation. For example, the thermal degradation induced by the aluminum casting modifies and degrades significantly the core properties. Analogies could be drawn between the binder properties, bonded-sand cores mechanical behavior and the evolution of the fracture surfaces

Ce travail de thèse est consacré à l'étude des phénomènes d'initiation et de propagation d'une fissure dans un matériau bitumineux. À l'aide d'un essai innovant développé au Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, on reproduit les conditions d'initiation et de propagation d'une fissure confinée dans un film de bitume. Dans la première partie de ce travail de thèse, on aborde l'approche utilisée pour identifier les propriétés rhéologiques à l'aide du modèle de Maxwell généralisé. La détermination des séries de Prony passe par les méthodes d'optimisation linéaire et non-linéaire pour représenter précisément le module complexe du liant bitumineux dans le domaine fréquentiel. Ce comportement viscoélastique identifié est ensuite validé par l'essai de

Ce travail concerne le comportement des bétons géopolymères formulés à base de laitier et de métakaolin en utilisant une solution de silicate de sodium comme activateur. La première partie de l’étude s’attache à l’optimisation de la formulation du ciment géopolymère. Pour atteindre cet objectif, un mortier Portland de référence et vingt-quatre mortiers géopolymères ont été développés en faisant varier le rapport massique Laitier/Métakaolin (25/75, 50/50, 75/25) et le rapport molaire SiO2/Na2O, noté RM, des solutions alcalines (RM compris entre 1,0 et 2,0). Les mortiers ont été caractérisés à l’état frais (ouvrabilité et temps de prise) ainsi qu’à l’état durci en termes de résistances mécaniques à la flexion et à la compression, module d’élasticité dynamique et porosité. Les résultats ont montré que le liant géopolymère composé de 50/50 Laitier/Métakaolin avec un rapport molaire RM de 1,8 permet d’obtenir un mortier plus résistant que le mortier de référence tout en assurant une bonne ouvrabilité et une excellente stabilité à l’efflorescence. La deuxième partie du travail porte sur l’étude des performances des bétons géopolymères synthétisés avec le liant optimisé dans la première partie de la thèse. De plus, l’effet des conditions de cure ainsi que l’influence de l’incorporation des granulats recyclés sur les performances de ces bétons ont été évalués. En effet, trois modalités de cure ont été choisies, 20°C et 50% HR, 20°C et 90% HR ainsi qu’une immersion totale dans l’eau à 20°C. Quant à la valorisation des granulats recyclés, trois taux de substitution volumique ont été sélectionnés, à savoir 10, 30 et 50%. Pour tous les matériaux, les propriétés à l’état frais et les performances physiques et mécaniques à l’état durci ont été étudiées. Les résultats obtenus montrent que le durcissement dans un environnement de faible humidité relative conduit à l’obtention de faibles performances physiques et mécaniques en comparaison avec le durcissement à une humidité relative élevée et en immersion totale dans l’eau. En ce qui concerne la valorisation des granulats recyclés, il a été montré que leur introduction induit une diminution de la résistance à la compression et à la traction. En revanche, à des faibles taux de substitution (inférieure à 30%), des performances rhéologiques et mécaniques acceptables sont obtenues.Les résultats expérimentaux du présent travail ainsi qu’un nombre considérable des résultats rapportés dans la littérature ont permis d’évaluer la fiabilité des équations empiriques développées pour la prédiction des propriétés mécaniques des bétons Portland. Pour la prédiction de la résistance à la traction des bétons géopolymères, l’équation proposée pour les bétons Portland reste applicable. Par contre, une nouvelle équation a été proposée pour la prédiction du module d’élasticité
This work concerns the behavior of slag and metakaolin based geopolymer concrete formulated using a sodium silicate solution as activator. The first part of the study focuses on the optimization of the geopolymer cement. To achieve this objective, a reference Portland mortar and twenty-four geopolymer ones were developed by varying the Slag/Metakaolin weight ratio (25/75, 50/50, 75/25) and the molar ratio SiO2/Na2O, RM, of the alkaline solutions (RM between 1.0 and 2.0). The mortars were characterized in the fresh state (workability and setting time) as well as in the hardened state in terms of flexural and compressive strengths, modulus of elasticity and porosity. The results showed that the geopolymer binder composed of 50/50 Slag/Metakaolin with a molar ratio RM of 1.8 allows obtaining a more resistant mortar than the reference one while ensuring a good workability and an excellent stability against efflorescence.The second part of the work deals with the behavior of geopolymer concrete, synthesized with the binder optimized in the first part of the thesis. In addition, the effect of curing conditions and the influence of recycled aggregates incorporation on the performance of these concrete were evaluated. Indeed, three curing methods were chosen, 20°C and 50% RH, 20°C and 90% RH and a total immersion in water at 20°C. For recycled aggregates valorization, three volumetric substitution ratios were selected: 10, 30 and 50%. For all materials, the properties in the fresh state and the physical and mechanical properties in the hardened state were studied. As regards the influence of recycled aggregates, it has been shown that their introduction induces a decrease in compressive and tensile strengths. However, at low substitution ratios (less than 30%), acceptable rheological and mechanical performances are obtained.The obtained results show that curing in a low relative humidity leads to poor physical and mechanical performance compared to hardening at high relative humidity and total immersion in waterThe experimental results of this work as well as a considerable number of results reported in the literature allowed to evaluate the reliability of the empirical equations developed for the prediction of the mechanical properties of Portland concrete. For the prediction of the tensile strength of geopolymer concrete, the proposed equation for Portland concrete remains applicable. Nevertheless, a new equation has been proposed for the prediction of the elastic modulus

L'empilement maîtrisé de granules de différentes tailles est un concept utilisé dans la plupart de procédés de mise en forme de matériau. Cette organisation hiérarchique est connue pour améliorer les propriétés d'écoulement à l'étape de mise en forme et les caractéristiques mécaniques du matériau final. Il est apparu intéressant d'appliquer ce concept à la mise en forme par extrusion de supports de catalyseurs avec des petites (2 µm) et grosses (19 µm) granules d'alumine poreuse dont l'assemblage est assurée par un liant traditionnel, la boehmite peptisée et neutralisée, ou par un liant plus original, le phosphate d'aluminium. L'étude vise ainsi à évaluer l'effet du liant et de la microstructure multi-échelles apportée par l'organisation hiérarchique des granules, sur les propriétés texturales et mécaniques des supports. Le contrôle des conditions de mise en forme et l'optimisation de la formulation des deux liants ont permis d'obtenir des extrudés à microstructure comparable entre la boehmite et le phosphate d'aluminium et variable en fonction de la proportion de petites. Cette population remplit les espaces entre les grosses granules de manière optimale entre 40 et 60% pds et les desserre aux plus fortes teneurs. La rétraction du liant au cours des traitements thermiques génère un volume de macropores qui est minimisé lorsque les petites granules comblent les espaces formés par les grosses. La macroporosité minimale conduit à de meilleures résistances à la rupture (par tests d'écrasement de type brésilien) et les matériaux les plus résistants sont ceux mis en forme avec le phosphate d'aluminium. Ce résultat est expliqué par la nature très cohésive de ce liant formée in situ par réaction de l'acide phosphorique avec la boehmite et la périphérie des granules d'alumine. Dans ce cas, la rupture a lieu au sein des granules différemment des supports mis en forme avec la boehmite peptisée à l'acide nitrique qui présentent une rupture à l'interface granule-liant. Les matériaux à microstructure multi-échelles présentent également une meilleure ténacité déterminée par des essais de flexion trois points. Le phosphate d'aluminium étant un liant non-poreux conduit à des supports avec une mésoporosité plus faible. Les nouveaux supports à microstructure multi-échelles semblent prometteurs pour des nombreuses applications catalytiques sensibles aux propriétés diffusionnelles et mécaniques
The controlled packing of different sized-granules is a concept widely used in most of the shaping material processes. This hierarchical organization is known to improve the flow properties during shaping and the mechanical characteristics of the finished material. It seemed interesting to apply this concept in order to prepare catalyst supports by extrusion containing small (2 µm) and large (19 µm) porous alumina granules assembled by a traditional binder, the peptized and neutralized boehmite, or by a more original, an aluminum phosphate binder. This study aims to investigate the effect of binder type and of the multiscale microstructure achieved by the packing of different granules size on textural and mechanical support properties. The control of kneading and extrusion conditions associated with the optimized binder formulation, conducted to similar microstructures with both binders according to the amount of each granular population. Small granules fills better the residual spaces between the larges between 40 and 60 wt.% and loosens them with strongest contents. Binder shrinkage during heat treatment generates a macroporosity which is minimized when small granules fills the voids formed by the larger ones. Minimal macroporosity leads to better crushing resistance (by Brazilian test) and the most resistant materials are the ones shaped with the aluminum phosphate. This result is explained by the high cohesive capacity of this binder obtained in situ by reaction of the phosphoric acid with the boehmite and the border of the alumina granules. In this case, the breakage takes place inside the granules differently from the supports shaped with the peptized boehmite by nitric acid which present a breakage at the granule-binder interface. Also, the multiscale microstructure materials present a better tenacity determined by three point bending. Aluminum phosphate being a non-porous binder, leads to supports with a weaker mesoporosity. The new multiscale microstructure supports seem interesting for several catalytic applications that are sensitive to diffusivity and mechanical properties

La technologie Li-ion, bien que dominant le marché actuel des batteries, souffre du prix élevé et de la toxicité de certains de ses matériaux et peine à atteindre les objectifs de performances notamment fixés pour leur utilisation dans les véhicules électriques et hybrides. Face à ces limitations, la technologie lithium/soufre (Li/S) se pose en candidat prometteur pour remplacer à moyen terme la technologie Li-ion. Basée sur un matériau actif abondant et peu cher, le soufre, elle permettrait d’atteindre des densités d’énergie pratiques deux à trois fois supérieures à celles des batteries Li-ion actuelles. Cependant, les réactions électrochimiques du système Li/S impliquent une dissolution/déposition de la matière active, engendrant d’importantes variations morphologiques et la perte de matière active à l’électrode positive qui ont un impact majeur sur la capacité et la tenue au cyclage des batteries Li/S. Ainsi, une bonne compréhension de ces mécanismes de dégradation est nécessaire afin de développer de nouveaux matériaux d’électrode innovants et permettant une optimisation des performances du système Li/S. À ce titre, l’objectif premier de cette thèse était d’appliquer des techniques de caractérisation in situ novatrices permettant de relier les propriétés mécaniques et les variations morphologiques des différents matériaux d’électrode utilisés à leur comportement électrochimique. Pour ce faire, trois techniques ont été employées : l’émission acoustique, la tomographie RX et la dilatométrie. Les conclusions tirées des observations effectuées à l’aide de ces outils de caractérisation ont permis d’axer la conception d’électrodes sur l’utilisation d’un liant innovant de type polyélectrolyte. Au cours de ces travaux, nous avons notamment pu démontrer une relation entre l’activité acoustique mesurée au cours des premiers cycles de charge/décharge de différentes formulations d’électrode à leurs propriétés mécaniques. Ensuite, le couplage de la tomographie et de la diffraction RX synchrotron in situ a permis de mettre en évidence de nouveaux phénomènes liés à la dissolution et la déposition du soufre lors du 1er cycle. Enfin, la combinaison de l’étude de la variation d’épaisseur des électrodes par dilatométrie, du suivi de l’activité acoustique et d’observations tomographiques a permis d’attester des propriétés mécaniques améliorées du liant polyélectrolyte. Additionnées à ses propriétés de régulation de la diffusion des espèces soufrées, ces conclusions renforcent l’intérêt certain de ce type de liants pour les électrodes positives des batteries Li/S
Even though the Li-ion technology is dominating nowadays battery market, it is suffering from the high cost and toxicity of some of its materials as well as struggling to reach the performance goals set by always more demanding hybrid and electric vehicles. Facing the need for a new battery generation, the lithium/sulfur (Li/S) technology stands as a promising candidate for a medium term industrialization and commercialization. Based on an abundant and low-cost active material, elemental sulfur, it enables practical energy densities two to three times higher than current Li-ion batteries. However, the intermediate electrochemical reactions of this system imply many dissolutions/depositions of the active material, causing important morphological variations at the positive electrode which have a major impact on the capacity and cycling performance of the batteries. Hence a better comprehension of those degradation mechanisms is required in order to develop new and innovating electrode materials enabling an optimization of the performance of the system. Therefore, the first goal of the thesis was to employ innovative in situ characterization techniques in order to develop tools allowing to link the properties of the different electrode materials to the performance of the batteries. To do so, three techniques were used: acoustic emission, X-ray tomography and dilatometry. Then, the conclusions drawn from the observations made from the characterization tools enabled us to focus the conception of the electrodes on using a new binder based on a polyelectrolyte material. In this work, we were in particular able to demonstrate a relationship between the measured acoustic activity during the first charge/discharge cycles of different electrode formulations to their mechanical properties. Then, coupling in situ X-ray tomography and diffraction enabled us to shed light on new phenomena linked to the dissolution and deposition of sulfur during the 1st cycle. Finally, the combination of the study of thickness variation via dilatometry, of the monitoring of the acoustic activity and of tomographic observations was the key to prove the better mechanical properties of the polyelectrolyte binder. Together with its properties of regulation of the sulfur species, our conclusions strengthen the certain interest in the family of materials as a binder of positive electrodes for Li/S batteries