Formulation de bétons décarbonés à base de clinker, métakaolin et d’addition calcaire pour une application aux produits préfabriqués

Formulating low carbon footprint concrete with a mix of clinker, metakaolin and limestone for the precast industry

• Auteur / Autrice : Lucas Mosser
• Direction : Eric Garcia-Diaz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Génie Civil
• Date : Soutenance le 26/05/2023
• Etablissement(s) : IMT Mines Alès
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (Montpellier) - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil / LMGC
• Jury : Président / Présidente : Martin Cyr
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Rozière, Myriam Carcassès, Thierry Sedran, Éric Stora, Patrick Rougeau, François Jacquemot
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Martin Cyr, Emmanuel Rozière

Mots clés

Mots clés libres

Béton décarboné

Métakaolin

Addition calcaire

Traitement thermique

Compacité

Low carbon footprint

Concrete

Metakaolin

Limestone addition

Thermal treatment

Compacity

Résumé

L’objectif des travaux rapportés dans ce mémoire de thèse est la formulation de solutions à faible empreinte carbone (< 150 kg.éq.CO2/m3) et industriellement viables. En premier lieu, la substitution d’une forte teneur en clinker (65 % à 70 %) par du métakaolin et des additions calcaires est étudiée. Ensuite, l’optimum de compacité du squelette granulaire (via le Modèle d’Empilement Compressible) a été recherché pour minimiser le volume de pâte requis.L’application de leviers matériau (faible teneur en eau et adjuvantation) et procédés (traitement thermique) a permis d’approcher les performances d’une référence à base de ciment Portland. Une résistance à la compression supérieure à 14 MPa à 8 heures et des classes de résistance à 28 jours C25/30 et C40/50 ont été atteintes. Via l’approche performantielle, les classes de durabilité XC2 ou XC4, XS3e et XS3m ont pu être validées. Ces solutions décarbonées ont permis la fabrication de prémurs à l’échelle industrielle.

The aim of the presented research is to formulate industrially viable low carbon footprint concrete (< 150 kg.eq.CO2/m³). First, high substitution of clinker (65 % to 70 %) by metakaolin and limestone has been investigated to reduce the concrete’s carbon footprint. Then, granular packing compacity has been optimized with the Compressible Packing Model to reduce the required paste volume.High water content reduction (with adapted admixture content) and a thermal treatment have been applied to approach an Ordinary Portland Cement concrete’s performances. Compressive strength of superior to 14 MPa at 8 hours and strength classes of C25/30 and C40/50 have been reached. Also, through a performance approach, durability classes XC2 or XC4, XS3e and XS3m have been validated. The developed low carbon solutions were used to produce walls with integrated formwork at the industrial scale.