Etude de la demande en eau d’argiles calcinées dans le contexte du développement de ciment bas carbone

Study of the water demand of calcined clays in the context of the development of low-carbon cement

• Auteur / Autrice : Lucie Hallier
• Direction : Youssef El Hafiane, David Stanley Smith, Rémi Barbarulo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux céramiques et traitements de surface
• Date : Soutenance le 22/01/2025
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Limoges ; 2022-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche sur les CERamiques (Limoges ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Thomas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sara Bahafid, Martin Mosquet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Garrault-Gauffinet, Dimitri Deneele
• DOI : 10.70675/98646ddaz2a97z425cza5daz0056594a81d8

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ciment

Argile

Mots clés libres

Argiles calcinées

Demande en eau

Approche descriptive

Méthodes de Caractérisations

Calcined clays

Cement

Water demand

Descriptive approach

Characterisation methods

Résumé

Le développement de ciment, partiellement substitué par des argiles calcinées, se place dans un contexte internationale de forte demande en ciments bas carbone. L’objectif est de réduire l’émission de CO2 globale de l’industrie cimentaire. Les argiles calcinées représentent une alternative sérieuse en raison de leur réactivité pouzzolanique élevée et de leur grande disponibilité. Différents paramètres influençant le comportement de l'argile calcinée ont été étudiés, tels que les conditions de calcination, la nature des argiles calcinées ou l'impact de leur structure sur leur réactivité. Bien que l'utilisation d'argiles calcinées dans ce contexte soit généralement associée à une forte demande en eau, les paramètres influençant cette demande sont mal compris. Le présent travail explore la forte demande en eau des mélanges ciment-argiles calcinées dans les premiers instants de la mise en contact des matières sèches avec l’eau (< 20 min). Le développement d’une méthodologie expérimentale a permis d’explorer à différentes échelles la demande en eau des argiles calcinées et des mélanges ciment – argiles calcinées. Cette approche va de la caractérisation « instantanée » de l’état de la matière par différentes méthodes expérimentales, à l’étude en continu par microcalorimétrie de la matière et des mélanges étudiés. Le développement de ce travail a permis d’aboutir à une première approche descriptive de la demande en eau globale d’un mélange, avec la qualification et la quantification si possible de chaque contribution. Sont ainsi décrites la demande en eau à l’échelle de la particule avec l’eau de mouillage, et la demande en eau à l’échelle du mélange, avec l’eau présente dans les espaces inter et intra agglomérats, l’eau présente dans les espaces interparticulaires (système défloculé) et l’eau participant à la formation d’hydrates.

The development of cement, partially substituted by calcined clays, is taking place against a backdrop of strong international demand for low-carbon cements. The aim is to reduce the cement industry's overall CO2 emissions. Calcined clays represent a serious alternative due to their high pozzolanic reactivity and wide availability. Various parameters influencing the behaviour of calcined clay have been studied, such as calcination conditions, the nature of the calcined clays and the impact of their structure on their reactivity. Although the use of calcined clays in this context is generally associated with a high demand for water, the parameters influencing this demand are poorly understood.The present work explores the high water demand of cement-calcined clay mixtures in the first moments of dry material contact with water (< 20 min). The development of an experimental methodology has made it possible to explore the water demand of calcined clays and cement-calcined clay mixtures on different scales. This approach ranges from the ‘instantaneous’ characterisation of the state of the material using various experimental methods, to the continuous study of the material and mixtures studied using microcalorimetry. The development of this work has led to an initial descriptive approach to the overall water demand of a mixture, with the qualification and quantification, if possible, of each contribution. The water demand at the particle level, with the wetting water, and the water demand at the mixture level, with the water present in the inter- and intra-agglomerate spaces, the water present in the inter-particle spaces (deflocculated system) and the water participating in the formation of hydrates, are thus described.