Elaboration d'un matériau cimentaire à base de la plante d’Alfa d'origine marocaine

Elaboration of a cementitious material based on the alfa plant of Moroccan origin

• Auteur / Autrice : Soukaina Ajouguim
• Direction : Chafika Djelal-Dantec, Latifa Saadi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur Génie Civil
• Date : Soutenance le 30/05/2022
• Etablissement(s) : Artois en cotutelle avec Université Cadi Ayyad (Marrakech, Maroc)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGCgE - Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : LGCgE - Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement
• Jury : Président / Présidente : Sofiane Amziane
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Chafika Djelal-Dantec, Latifa Saadi, Sofiane Amziane, Karim Miled, Nouzha Lamdouar, Jonathan Page, Lahcen Boukhattem, Karima Abdelouahdi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Karim Miled, Nouzha Lamdouar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matière -- Propriétés

Alfa

Propriétés mécaniques

Mortier

Mots clés libres

Fibres d'Alfa

Calorimétrie

Propriétés mécaniques

Traitements de surface

Contraintes de cisaillement

Durabilité

Alfa fibers

Calorimetry

Mechanical properties

Surface treatments

Shear stresses

Durabilité

Résumé

La plante d’Alfa est une plante endémique qui s’étend sur une large zone à travers l’Afrique du Nord. Cette étude vise à valoriser l’Alfa en tant que fibre dans un mortier cimentaire basé sur une formulation de composite ciment-verre. Une compagne expérimentale a été réalisée en étudiant deux morphologies de fibres d’Alfa: coupées à des longueurs différentes (10, 20 et 30 mm), et broyées (longueur inférieure à 2 mm), en faisant varier le taux d’ajout des fibres d’Alfa (1, 2 et 3 % en volume). Une amélioration de la résistance à la flexion a été notée pour les mortiers avec 1 %vol. de fibres par rapport au mortier de référence. Néanmoins, une chute de résistance a été observée après 90 jours de durcissement. Ce comportement peut être attribué à plusieurs facteurs : la modification des réactions d’hydratation, une minéralisation des fibres, ou une mauvaise adhésion fibre/matrice. De plus, les résultats montrent que l'augmentation de l'un ou l'autre type de fibres (coupées ou broyées) génère une diminution de la résistance à la compression par rapport au mortier témoin. De plus, les résultats montrent que l'introduction de l'un ou l'autre type de fibres (coupées ou broyées) génère une diminution de la résistance à la compression par rapport au mortier témoin. Ce résultat a été confirmé par une diminution de la chaleur dégagée lors de la réaction d’hydratation et par une augmentation de la porosité accessible à l’eau à l’intérieur de la matrice. Des traitements de surface des fibres d’Alfa (alcalin, hydrothermal, enrobage par ciment sulfo-alumineux, ultrasons et enzymatique) ont été réalisés afin d’améliorer leur comportement à long terme. Une amélioration des résistances à la flexion pour les mortiers avec 1 %vol. de fibres traitées a été constaté après 90 jours, contrairement aux fibres non traitées. Ceci a été confirmé par une modification des réactions d’hydratation des composites. Un facteur de compatibilité a été calculé entre la fibre et le mortier, soulignant une meilleure compatibilité pour les composites de fibres d’Alfa traitées alcalin et hydrothermal. Afin de mesurer les interactions (contrainte de cisaillement) entre la fibre d’Alfa et le mortier de ciment, un dispositif de mesure spécifique basé sur une fibre immergée dans le mortier a été mis en place. Une augmentation des contraintes de cisaillement des fibres après traitement a été notée, ce qui suggère une amélioration des propriétés d’adhésion fibre/mortier. Les mortiers contenant des fibres traitées ont montré que les performances mécaniques des composites fibrés sont maintenues jusqu’à 70 cycles d’humidification/séchage. En conclusion, les mortiers avec 1 %vol. des fibres d’Alfa de longueur de 10 mm traitées alcalin et hydrothermal, peuvent convenir pour l’élaboration de matériaux destinés à la construction.

The Alfa plant is indigenous and spans a large zone throughout North Africa. This study aims to valorize the Alfa plant into fiber-reinforced mortar based on a cement-glass composite mix design. Two Alfa fiber morphologies are considered herein: different cutting lengths (10, 20 and 30 mm), and grinding using a knife mill (shorter than 2 mm). These fibers were added to mortars at various volume ratios: 1, 2 and 3 %. An improvement in flexural strength is noticed for mortars reinforced with 1 %vol. of fibers compared to the control mortar. However, a drop of the flexural strength is observed after 90 days of curing. This behavior can be attributed to several factors: modification of hydration reactions, fiber mineralization, or poor fiber/matrix adhesion. In addition, results show that the introduction of either type of fiber (cut or ground) generates a decrease in compressive strength compared to the control mortar. This outcome can be confirmed by both the decrease in heat released during the hydration reaction and water-accessible porosity inside the matrix.Surface treatments of the Alfa fibers (alkaline, hydrothermal, coating with sulfo-aluminate cement, ultrasound and enzymatic) were carried out in order to improve the fibers long-term behavior. At 90 days of curing, an improvement of flexural strength is observed for mortars reinforced with 1 %vol. of treated fibers compared to mortar with untreated fibers. This was confirmed by a modification of the hydration reactions of the composites. The fiber/matrix compatibility factor is measured. Results show that a better compatibility is noticed for alkali and hydrothermal treated Alfa fiber composites. In order to measure the interactions (shear stress) between the Alfa fiber and mortar, a specific measuring device based on a fiber immersed in the mortar was set up. An increase in the shear stresses of the fibers after treatment was observed. This lead to enhance the fiber/mortar adhesion properties. Mortars with treated fibers show that the mechanical performance of the composite is maintained up to 70 wetting/drying cycles. In conclusion, mortars with 1 %vol. of alkaline and hydrothermally treated Alfa fibers with 10 mm length could be suitable for the production of materials for construction.