Etude du vieillissement de boues de papeterie utilisées pour la fabrication de briques de terre cuite : influence des produits de dégradation sur les caractéristiques céramiques des matériaux

Study of paper sludge ageing for their use in fired clay bricks formulation : influence of the degradation products on the ceramic characteristics of the materials

• Auteur / Autrice : Noémie Courtois
• Direction : Isabelle Pochard, Jean-Yves Hihn
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 03/03/2021
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut UTINAM (Univers, transport, interfaces, nanostructures, atmosphère et environnement, molécules) (Besançon) - Univers- Transport- Interfaces- Nanostructures- Atmosphère et environnement- Molécules (UMR 6213) / UTINAM
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Françoise Delpech
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Pochard, Jean-Yves Hihn, Françoise Delpech, Cécile Nouvel, Nicolas Roche, Laurent Tourneret
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Nouvel, Nicolas Roche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellulose

Briques -- Fabrication

Mots clés libres

Brique de terre cuite

Boues de papeterie

Digestion

Cellulose

Acides gras volatils

Fired clay brick

Paper sludge

Digestion

Cellulose

Volatile fatty acids

Résumé

Des boues de papier peuvent être incorporées au sein des mélanges industriels argileux pour l'élaboration de briques en terre cuite. Cette incorporation a plusieurs objectifs et avantages, notamment au niveau de l'optimisation du séchage des briques via l’effet hydrophile des fibres de papier, ainsi que pour la création de porosité au sein des briques améliorant leur résistance thermique. Or, certains phénomènes néfastes peuvent apparaître à l’échelle industrielle : fissuration des briques et apparition d'efflorescences (blanchiment de la surface des briques), notamment lorsque les boues de papier présentent un certain vieillissement. Cette thèse a pour but d'étudier et d'identifier les substances provoquant ces phénomènes et de définir les conditions dans lesquelles leur apparition est favorisée. Nous étudierons pour cela le vieillissement de boues de papier ainsi que leur incorporation à des mélanges argileux. L'influence de la nature et de l’état des boues de papier sur le comportement des produits finis sera ainsi étudiée via le façonnage et la caractérisation (paramètres physico-chimiques et céramiques) de mélanges recomposés argiles et boues de papier. Les AGV identifiés lors du vieillissement ont une influence, dépendant de la matière fibreuse (longueur des fibres, ratio cellulose/lignine), sur les caractéristiques céramiques des matériaux (diffusivité et séchage). Ces modifications peuvent conduire à l’apparition des défauts lorsqu’un seuil de 10 mg d’AGV/g de boues de papier, incorporées à 12% dans la phase argileuse, est dépassé. Enfin, une réflexion est menée sur les conditions optimales de stockage et d'utilisation permettant de réduire ou de contrôler l'apparition des phénomènes indésirables.

Paper sludge can be incorporated in industrial clayey mixtures used in fired-clay bricks formulation. This incorporation has several aims and benefits, especially for drying optimization of the products, due to hydrophilic effect of paper fibers, and creating porosity which improves the fired brick thermal insulation. However, some drawbacks may occur such as brick cracking or efflorescence (bleaching of brick surfaces), in particular when the added paper sludge presents a significant ageing. The purpose of this thesis consists in identifying the parameters responsible for cracks and efflorescence on the bricks and defining the conditions preventing the defects occurrence. Therefore, the ageing of paper sludges as well as their incorporation into clayey mixtures were studied. Several paper sludges of different compositions and degradation states were tested, and their impacts on the formulated bricks characteristics (physico-chemical and ceramic parameters) were investigated. Volatile Fatty Acids produced during paper sludge ageing were identified as key parameters to explain defect formations on the bricks, with a threshold value of 10 mg VFA/g of paper sludge, incorporated at 12% in the clay phase. Depending on the fibrous paper sludge characteristics (fiber length, cellulose/lignin ratio), VFAs have an influence on the water diffusivity and drying of the bricks. Finally, suggestions are made for the optimization of storage conditions of paper sludges before utilization and brick/paper sludge formulation. This would result in significant reduction of production defects.