Approche performantielle des bétons : vers une meilleure caractérisation des indicateurs de durabilité

Approach of performance based durability : towards a better characterization of sustainability indicators

• Auteur / Autrice : Ilgar Allahyari
• Direction : Myriam Carcassès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 20/05/2016
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire matériaux et durabilité des constructions (Toulouse ; 1999-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Béton -- Additifs

Matériaux -- Détérioration

Béton armé -- Carbonatation

Mots clés libres

Béton de bâtiment

Approche performantielle

Additions minérales

Indicateurs de durabilité

Carbonatation

Concrete building

Performance based approach

Mineral admixtures

Durability indicators

Carbonation

Résumé

La fabrication du ciment, par sa phase de clinkérisation, est très énergivore et émet une quantité importante de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. En effet, la production d'une tonne de clinker génère environ une tonne de CO2. Afin de réduire ces émissions, une des alternatives est l'utilisation des additions minérales dans la confection des bétons en remplacement partiel du ciment. Cette substitution apparait comme une des solutions les plus efficaces permettant à la fois de diminuer l'énergie consommée et de réduire le dégagement de CO2 dans l'atmosphère. Cette étude s'inscrit dans un projet plus global de développement des bétons de bâtiment à matrices binaires (ciment + additions) s'appuyant sur des critères de propriétés de transfert. En effet, afin de répondre à certaines exigences de durabilité, une campagne expérimentale a été menée sur des bétons confectionnés selon la norme européenne NF EN 206 qui autorise deux méthodes de formulation : * l'approche dite prescriptive, qui porte sur des obligations de moyens, * l'approche dite performantielle, qui consiste à fixer des exigences en terme de performances basées sur des indicateurs généraux ou spécifiques de durabilité. Ce travail de recherche a donc consisté à comparer les propriétés physico-chimiques de bétons à forte teneur en addition minérale (filler calcaire, cendre volante, laitier de haut fourneau et métakaolin), dérogeant à l'approche prescriptive avec celles des bétons de référence répondant à cette même norme. Cette comparaison s'est effectuée au travers d'indicateurs de durabilité généraux (porosité accessible à l'eau, perméabilité à l'oxygène, coefficient de migration des ions chlorure et teneur en Ca(OH)2) et d'indicateurs spécifiques : la résistance à la carbonatation naturelle et accélérée. D'un point de vue méthodologique, les travaux réalisés dans le cadre de cette recherche ont montré l'intérêt de l'approche performantielle pour la formulation des bétons. Mais, à l'heure actuelle, les outils disponibles, c'est à dire les indicateurs généraux et spécifiques, ne sont pas suffisants pour répondre à l'ensemble des bétons couvrant ce texte normatif. A l'échelle du matériau (béton pour une application en bâtiment), les campagnes expérimentales menées ont montré que dans la majorité des cas, les bétons à forte teneur en addition minérale (dérogeant aux spécifications) présentent des comportements proches de ceux observés sur les bétons de référence (répondant à l'approche prescriptive).

The manufacturing of cement, by its clinkering process, is very energy-consuming and emits an important quantity of greenhouse gases in the atmosphere (1 ton of clinker produced 1 ton of CO2 released into the atmosphere). To maximize this latter from an environmental point of view, it is necessary to reduce the cement content. This can be done by replacing part of the cement with mineral additives during the manufacturing phase. This substitution seems one of the most effective solutions allowing, at the same time, to decrease the energy consumed and to reduce the release of CO2 into the atmosphere. This study is part of a more comprehensive development project of concrete building binary matrices (cement + mineral additives) based on transfer properties criteria. Indeed, in order to answer certain sustainability requirements, an experimental campaign was conducted on concrete, made according to the new European standard (EN 206) that allows two methods of formulation: * a traditional prescriptive approach, based on limiting values for the composition (minimum binder content, maximum water to binder ratio, compressive strength class...) of concrete exposed to some aggressive environmental conditions, * an innovative method based on a performance approach for concrete properties. The present work aims at studying the physico-chemical properties of cementitious materials with high substitution rates of cement by mineral additions (limestone filler, fly ash, slag, metakaolin) derogating from the prescriptive approach with reference to concrete corresponding to the same standard. This comparison was made with general durability indicators (water porosity, oxygen permeability, chloride migration coefficient and portlandite content) and specific durability indicators: carbonation in natural and accelerated conditions. From a methodological point of view, the research carried out in the framework of this project has shown the interest of the performance-based approach with regards to the concrete formulation. But at the moment, the available tools, namely the general and specific indicators, are not sufficient to respond to all these types of concrete. However, considering the performance, economic and environmental criteria, laboratory results showed that concrete made according to a performance-based approach had a performance close to reference concrete and the standard prescription could still be reassessed.