Thèse soutenue

Faisabilité d’élaboration des poudres pré-géopolymères par mécanosynthèse : caractérisation physico-chimique et application aux pâtes, mortiers et enrobés bitumineux
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Auteur / Autrice : Maroua Zerzouri
Direction : Rabah HamzaouiSaliha Alehyen
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences des Matériaux
Date : Soutenance le 20/12/2021
Etablissement(s) : Université Gustave Eiffel en cotutelle avec Université Mohammed V (Rabat)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Constructibilité (Cachan, Val de Marne) - Institut de Recherche en Constructibilité (Cachan, Val de Marne)
Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Torrenti
Examinateurs / Examinatrices : Rabah Hamzaoui, Saliha Alehyen, Ouali Amiri, Ammar Yahia, Elhassania Elherradi, Assia Djerbi, Layella Ziyani
Rapporteurs / Rapporteuses : Ouali Amiri, Ammar Yahia

Résumé

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Les géopolymères sont des matériaux inorganiques fabriqués à partir de composés d’origine naturelle (kaolin, par exemple), ou issus de déchets industriels (cendres volantes, laitiers de hauts fourneaux…). Leurs excellentes propriétés physico-chimiques et mécaniques justifie l’intérêt grandissant qu’ils suscitent dans le domaine de la construction. Toutefois, leur potentiel d’utilisation reste limité en raison de l’emploi, lors de leur préparation, de solutions alcalines fortement concentrées présentant des risques sanitaires importants et d’une difficulté de stockage et transport ; d’où la nécessité d’implémenter des techniques de confection sans solvant. Cette thèse vise à proposer une nouvelle méthode d’élaboration de poudres pré-géopolymères (PGP) par « mécanosynthèse » faciles à transporter et à stocker. Plusieurs matières premières, de différentes natures et compositions chimiques, ont été testées comme précurseurs aluminosilicatés (cendres volantes, métakaolin, laitier de hauts fourneaux et argile) ; elles ont été activées par différents mélanges alcalins (NaOH, KOH, Na2SiO3 et CaO), à des ratios massiques fixés. L’effet de plusieurs paramètres de procédé a été considéré, notamment le temps et la vitesse de broyage. Les poudres pré-géopolymères produites ont été ensuite incorporées dans des formulations de pâtes, de mortiers et d’enrobés bitumineux. Les propriétés physico-chimiques et mécaniques des pâtes produites ont été étudiées. Les résultats obtenus ont été comparés à ceux des pâtes confectionnées par la méthode classique dans les mêmes conditions. La cinétique de la réaction de géopolymérisation des pâtes a été suivie par spectrométrie infrarouge in situ juste après l’hydratation des PGP. Par ailleurs, le procédé de mécanosynthèse indirecte a été utilisé pour améliorer la réactivité de l’argile.Les résultats ont mis en évidence l’efficacité du procédé de mécanosynthèse pour l’élaboration de poudres pré-géopolymères. Celles-ci donnent lieu après hydratation à des pâtes géopolymères avec une structure semblable à celle des géopolymères classiques. Ce procédé a également permis d’améliorer les performances mécaniques des produits géopolymères. Les poudres pré-géopolymères à base d’argile illitique produites par mécanosynthèse indirecte donnent lieu à des pâtes avec une résistance mécanique atteignant 72,5 MPa après 28 jours de cure à 20 °C et 50 % d’humidité relative, contre 12,5 MPa dans le cas classique. Les résultats obtenus sur les mortiers à base de PGP-laitier montrent des résistances mécaniques qui atteignent 38 MPa après 28 jours de cure.Enfin, les résultats préliminaires sur les enrobés bitumineux à base de PGP révèlent une meilleure tenue à l’eau et résistance à l’orniérage, même après 100.000 cycles, que celles des formules de référence sans PGP