Etude des propriétés thermiques et mécaniques des bétons isolants structurels incorporant des cénosphères

Characterization of thermal and mechanical properties of insulating structural concrete incorporating cenospheres

• Auteur / Autrice : Siyimane Mohaine
• Direction : Ahmed Loukili, Frédéric Alain Grondin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 19/10/2018
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes ; 2004-....)
• Jury : Président / Présidente : Albert Noumowe
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ahmed Loukili, Frédéric Alain Grondin, Albert Noumowe, Eric Garcia-Diaz, Abdelkarim Ait-Mokhtar, Siham Kamali, Fabienne Robert, Estelle Breillat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Garcia-Diaz, Abdelkarim Ait-Mokhtar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Béton -- Composition chimique

Microstructure (physique)

Conductivité thermique

Constructions -- Isolation thermique

Mots clés libres

Bétons isolants

Granulats légers

Cénosphères

Conductivité thermique

Microstructure

Insulating concrete

Lightweight aggregates

Cenospheres

Thermal conductivity

Microstructure

Résumé

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.

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.