Thèse en cours

Granulats poreux et transferts hydriques : mesure, analyse et contrôle

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Triangle exclamation pleinLa soutenance a eu lieu le 17/12/2021. Le document qui a justifié du diplôme est en cours de traitement par l'établissement de soutenance.
Auteur / Autrice : Florian Therene
Direction : Nicolas Roussel
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Sciences des Matériaux
Date : Inscription en doctorat le
Soutenance le 17/12/2021
Etablissement(s) : Université Gustave Eiffel
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : NAVIER
Equipe de recherche : Multi-échelle
Jury : Président / Présidente : Geert De schutter
Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Roussel, Jean-Baptiste D'espinose de lacaillerie, Arnaud Perrot, Emmanuel Keita, Jennifer NAëL-REDOLFI
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Baptiste D'espinose de lacaillerie, Arnaud Perrot

Mots clés

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Résumé

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En raison des ressources limitées en granulats alluvionnaires, l'utilisation de granulats recyclés est devenue de nos jours une pratique croissante dans l'industrie de la construction. Ces granulats recyclés proviennent du recyclage de déchets de démolition de bâtiments ou de routes. Ils diffèrent des granulats naturels par leur composition et leur structure. Les granulats recyclés sont des matériaux composés de granulats naturels et de pâte de ciment durcie. La porosité élevée de cette pâte de ciment durcie implique donc une absorption d'eau élevée de ces granulats. Au contact de l'eau ou de la pâte de ciment fraîche, ces granulats absorbent davantage d'eau que les granulats naturels, affectant les propriétés. En effet, une absorption élevée peut réduire l'ouvrabilité en retirant une partie de l'eau de gâchage de la matrice cimentaire. Ainsi, l'absorption d'eau des granulats est un l'un des paramètres clés à connaître pour contrôler et prédire les propriétés des bétons incorporant des granulats recyclés. Nous cherchons dans ce travail de thèse à mesurer et comprendre les transferts hydriques se déroulant entre les granulats poreux et la matrice cimentaire au sein d'un béton au jeune âge. Dans cette optique, nous choisissons d'étudier deux types de matériaux poreux différents, des matériaux poreux modèles à base de billes de verre frittés et des pâtes de ciment durcies. Dans un premier temps, nous caractérisons l'imbibition de ces granulas poreux dans l'eau pour deux méthodes d'imbibition différentes, l'imbibition unidirectionnelle et l'imbibition multidirectionnelle, correspondant à l'immersion totale de l'échantillon. Nous montrons l'influence de la dimension et de la microstructure du milieu poreux sur les cinétiques d'absorption. Nous montrons également que, dans le cas de l'imbibition multidirectionnelle, le modèle de Washburn couramment utilisé n'est pas adapté pour décrire l'intégralité de la cinétique d'imbibition selon la géométrie des échantillons testés. De ce constat, nous développons des modèles d'imbibition spécifiques aux géométrie étudiées dans ce projet. Dans un second temps, nous cherchons à caractériser les transferts d'eau entre la pâte de ciment fraîche et les granulats poreux ayant lieu dans un béton. Par spectrométrie RMN, nous montrons que l'absorption des granulats dans la pâte de ciment fraîche est plus faible par rapport aux mesures dans l'eau. Nous montrons que cette diminution de l'absorption des granulats est la conséquence de la contraction de la pâte de ciment fraîche durant l'imbibition par la diminution à l'échelle locale de la quantité d'eau de la pâte de ciment. De plus, la cinétique d'absorption est également ralentie par rapport aux mesures dans l'eau. Ce ralentissement est d'autant plus important lors de l'utilisation de superplastifiant. Ainsi, nous étudions l'origine physico-chimique de ce phénomène. Comme ces phénomènes d'absorption peuvent impacter les propriétés des bétons, nous étudions la faisabilité de la modification des cinétiques d'absorption de ces granulats recyclés par l'incorporation d'additifs directement au sein de la pâte de ciment lors du malaxage. Pour cela, nous nous intéressons à deux stratégies de traitement différentes. La première consiste à empêcher le ralentissement de l'imbibition observé dans la pâte de ciment afin d'obtenir des cinétiques d'absorption rapides afin que les granulats se saturent entièrement durant la confection du béton. Dans un second temps, nous étudions la possibilité d'accentuer le ralentissement, de façon à rendre négligeable l'absorption des granulats au cours du temps. Nous montrons qu'il est difficile d'empêcher le ralentissement de l'imbibition dans la pâte de ciment. Nous observons à l'inverse qu'il est possible d'amplifier le ralentissement de l'absorption des granulats recyclés.