Thèse soutenue

Matériaux de construction à matrice cimentaire incorporant des Matériaux à Changement de Phase solide/solide : Étude de durabilité et de mise en œuvre
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Auteur / Autrice : Lionel Plancher
Direction : Ronan HebertPatrick Di MartinoYannick Melinge
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie - Cergy
Date : Soutenance le 20/12/2021
Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géosciences et Environnement (Cergy-Pontoise)
Jury : Président / Présidente : Alexandra Bertron
Examinateurs / Examinatrices : Ronan Hebert, Patrick Di Martino, Yannick Melinge, Thierry Jouenne, Arnaud Perrot, Laurent Royon, Tran Minh Giao Nguyen
Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Jouenne, Arnaud Perrot

Résumé

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Le stockage d’énergie appliqué au secteur du bâtiment permet d’envisager d’importantes économies d’énergie et de ressource. Dans ce sens, les MCPs accumulent et relarguent de l’énergie sous forme de chaleur et améliorent ainsi l’efficacité thermique des bâtiments. Ces MCPs, incorporés dans des matériaux de constructions sont aujourd’hui commercialisés sous forme encapsulée. Cette forme n’étant pas idéale car coûteuse et pas toujours efficace, il est intéressant de se tourner vers des technologies de MCPs ne nécessitant pas d’être encapsulés. Les MCPs PUX1520 sont des MCPs solides/ solides (S/S) formés à base de PEG et de fonctions uréthanes, structurés sous forme de réseaux. L’intérêt qu’apporte ce MCP lorsqu’il est incorporé dans du plâtre a été démontré par Harlé et al. (soumis, 2021). Cette thèse a exploré la possibilité d’incorporer ce MCP dans des matériaux cimentaires et a mesuré l’impact que cela pouvait causer sur les propriétés des composites. A l’état frais, les matériaux cimentaires tels que les pâtes de ciment et les mortiers montrent une augmentation de leur consistance avec le taux de MCPs. Il a été montré que cette évolution peut être modélisée et donc prédite par un modèle combiné de Huggins et Krieger-Dougherty. A l’état durcis, trois échelles granulaires ont été analysées. Des formulations de pâte de ciments, de mortiers et de bétons incorporant des MCPs ont été testées mécaniquement. Le taux de MCPs fait chuter la résistance en compression, en traction et le module de Young. Le coefficient de Poisson, quant à lui ne semble pas être affecter par le taux de MCPs. A part dans le cas des mortiers, en comparaison aux taux de MCPs encapsulés, les PUX1520 semblent affectés les propriétés mécaniques d’une ampleur similaire. Toutefois, les modules de Young sont largement moins diminués dans le cas des PUX1520.Les MCPs sont destinés à être introduits dans des matériaux de construction et doivent donc présenter une durabilité à l’échelle de la durée de vie du bâtiment. L’humidité et la température dans l’environnement intérieur peuvent être des conditions favorables aux développement de moisissures. Ce développement peut conduire à une biodégradation des matériaux. Ainsi, la susceptibilité des MCPs à être biodégradés par des moisissures a été testée. Parmi six moisissures testées, deux ont été capables de biodégrader les MCPs. Mucor effectue cette biodégradation uniquement en présence de substrat nutritif supplémentaire alors que Penicillium est capable de le faire sans autres apport nutritif. Pour Penicillium, cette biodégradation se fait par un mécanisme oxydatif qui permet la dissociation des liaisons uréthanes des MCPs. Cette biodégradation reste limitée lorsque le MCP est utilisé pour la croissance fongique sur milieu gélosé ou en bouillon et ne se manifeste pas dans le cas de composites cimentaires. Le pH de ces matériaux est trop élevé pour permettre un développement de moisissures en conditions de laboratoire. On peut ainsi considérer que la biodégradation fongique du PUX1520 mise en évidence en laboratoire ne constitue pas un handicap pour sa mise en œuvre dans le bâtiment.L’exploration de la synthèse d’un nouveau MCP S/S a également été étudiée dans cette thèse. Le but est de faire évoluer les MCPs vers un matériau plus performant. Il a été montré que du PEG pouvait être dans un premier temps fonctionnalisé par des groupement furyles. Ces polymères fonctionnalisés ont été réticulés par des liaisons de Diels-Alder. Cette seconde synthèse a montré une conversion seulement partielle du PEG fonctionnalisé. Bien que l’aspect thermoréversible du MCP synthétisé est bien présent, ses propriétés thermiques n’ont pas atteint celles du MCP de référence.