Compréhension des mécanismes de séchage dans les matériaux de construction : cas du plâtre

Understanding of the drying mechanisms of building materials : case of plaster

• Auteur / Autrice : Mamadou Diaga Seck
• Direction : Philippe Coussot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 18/11/2015
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Paris-Est) - Laboratoire Navier / NAVIER UMR 8205
• Jury : Président / Présidente : Robert J. Flatt
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Coussot, Jean-Baptiste d' Espinose, Paméla Faure
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Paul Duru, Yannick Peysson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plaques de plâtre

Construction -- Matériaux

Séchage

Plâtre

Mots clés libres

Séchage

Matériaux de contruction

Cinétique

Plâtre

Drying

Building materials

Kinetics

Plaster

Résumé

Les enjeux liés aux problématiques de développement durable encouragent de plus en plus d'industriels, dans le secteur du bâtiment, à se lancer dans une politique de réduction de la consommation énergétique de leurs procédés industriels. C'est dans ce cadre qu'est menée cette étude, où nous nous intéressons au cas particulier de la fabrication des plaques de plâtre, qui de par les qualités qu'elles présentent liées à leur caractère pratique et rapide à poser (temps pour le neuf que la rénovation), sont parmi les matériaux de construction les plus utilisés à l'heure actuelle. En effet pour leur fabrication, on récupère d'abord du gypse depuis la carrière que l'on calcine pour avoir de l'hémihydrate, que l'on mélange ensuite avec de l'eau pour en faire du gypse, que nous rencontrons dans les plaques de plâtre. Cependant, pour avoir une meilleure ouvrabilité lors de la préparation, on est obligé d'ajouter une quantité d'eau excédentaire par rapport à celle que nécessite la stoechiométrie de la réaction d'hydratation – quantité qu'il faudrait évacuer par la suite par séchage. Ainsi, la fabrication des plâtre s'avère être très énergivore ; c'est tout l'intérêt de la thèse où il s'agira de mieux comprendre la physique qui régit le séchage du plâtre de façon à réduire cette surconsommation énergétique. Pour mener cette étude, nous nous sommes d'abord intéressés au cas du séchage de milieux poreux assez simples (empilement de billes de verre, tubes capillaires), nous servir ensuite de la compréhension des mécanismes physiques qui régissent le séchage de ces dits-milieux, d'une part, et des observations locales (RMN, IRM, microtomographie), d'autre part, pour expliquer les différents mécanismes physiques qui entrent en jeu lors du séchage du plâtre. Cette démarche nous a donné la possibilité d'avoir une bonne maîtrise de la physique du séchage du plâtre, c'est-à-dire l'identification des différents leviers et paramètres qui régissent sa cinétique. Ceci nous a permis de mettre en place un modèle physique pour la prédiction de cette cinétique - modèle qui peut être utilisé pour une démarche d'optimisation énergétique de la fabrication des plaques de plâtre

Issues related to sustainability encourage more building material industries to engage policies in making processes energy consumption reduction. This study is conducted in this purpose, and is focused on the case of plasterboard. Indeed for plasterboard manufacturing, gypsum from quarry are first calcined to get hemihydrate, which is then mixed with water to make again gypsum we find in plasterboard. However, to get a good workability during the preparation process, it is necessary to add an excess amount of water relative to that required by the stoichiometry of the hydration reaction. This excess water should be evacuated thereafter drying. Thus, the manufacture of gypsum proved to be very energy intensive : that is the cornerstone of this thesis, during which we will try to understand the physics that govern the drying of plaster in order to reduce its energy consumption. To conduct this study, we are primarily interested in understanding of simple porous media drying (stack of glass beads, capillary tubes). Then based on our understanding of the physical mechanisms that govern their drying, on one hand, and on local observations (NMR, MRI, microtomography), on the other hand, we give an explanation to the different physical mechanisms of plaster drying. This allows us to establish a physical model to predict the drying kinetics of plaster - model that can be used for energy optimization approach during the manufacturing process of plasterboard. Its can also be used for the drying kinetics prediction of other building materials