Caractérisation multiphysique et multiéchelle de bétons imprimés en fonction des conditions de séchage

Multiphysical and multiscale characterization of printed concrete according to the drying conditions

• Auteur / Autrice : Maria Taleb
• Direction : Didier Chicot, David Bulteel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 28/09/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGCgE - Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Rozière
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francine Roudet, Olivier Bartier, Alex Montagne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-José Pac, Eric Garcia-Diaz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse multiéchelle

Dureté

Adhésion (physique)

Interfaces (sciences physiques)

Essais de compression

Indentation des matériaux

Impression 3D

Propriétés mécaniques

Séchage

Béton

Mots clés libres

Béton imprimé 3D

3D Printing

Interface

Mechanical characterization

Indentation

Hardness

Adhesion

Résumé

Pour être imprimable, l'encre cimentaire doit avoir des propriétés contradictoires qui, en s'ajoutant à d'autres paramètres d'impression, peuvent avoir une influence sur la tenue mécanique du béton imprimé et en particulier des zones interfaciales. Ce travail vise donc à étudier en particulier le lien entre les conditions d'impression (temps d'attente entre deux couches, conditions thermo-hygrométriques) et la qualité de la liaison entre les couches. L'étude de l'interface est réalisée à l'aide d'essais d'indentation classique et instrumentée aux échelles micro et macroscopiques, corrélées avec des essais de compression macro multidirectionnels. De plus, un nouveau protocole de préparation des éprouvettes à l'échelle du laboratoire est mis en place, comparables à ceux imprimés manuellement. L'objectif est de caractériser localement le matériau et ses interfaces pour identifier éventuellement des zones de fragilité. Pour cela, nous proposons un critère de fragilité interfaciale établi à partir de profils de dureté mesurés perpendiculairement au plan de l'interface. Ce critère met particulièrement bien en évidence l'influence des conditions d'impression sur la tenue mécanique de l'interface, avec par exemple une dégradation de celle-ci avec une augmentation du temps d'attente. Pour compléter notre analyse, des essais d'indentation dans le plan de l'interface menés jusqu'à rupture confirment une influence des conditions d'impression alors que les essais de compression ne montrent aucune différence significative. Sans vouloir être un essai de substitution, l'essai d'indentation, peu utilisé dans le domaine du génie civil, s'avère pourtant être très utile pour une caractérisation mécanique fine du matériau à l'échelle locale et pour l'étude du rôle de l'interface dans le comportement mécanique global du béton 3D.

To be printable, the cementitious ink must have contradictory properties which, in addition to other printing parameters, can have an influence on the mechanical strength of the printed structure. This work therefore aims to study in particular the link between the printing conditions (time gap between layers, environmental conditions) and the quality of the interface between the printed layers. The characterization of the interface is carried out using classical and instrumented indentation tests at micro and macroscopic scales, correlated with multidirectional macro compression tests. In addition, a new protocol for the preparation of laboratory-scale specimens is implemented, comparable to manually printed ones. The objective is to locally characterize the material and its interfaces in order to possibly identify fragile zones. For this, we present an interfacial weakness criterion established from hardness profiles measured perpendicularly to the plane of the interface. This criterion particularly highlights the influence of the printing conditions on the mechanical strength of the interface, with for example a degradation of the latter with an increase in the time gap between layers. To complete our analysis, instrumented indentation tests in the plane of the interface carried out until rupture confirm an influence of the printing conditions, whereas the compression tests show no significant difference. The indentation test, little used in the field of civil engineering, nevertheless proves to be very useful for a fine mechanical characterization of the material, especially the interface, at the local scale.