Panneaux sandwichs légers et résistant au feu pour la construction durable, combinant béton fibré textile et béton léger

Lightweight and fire resistant insulating sandwich panels for sustainable construction, combining textile reinforced cementitious composites and lightweight concrete

• Auteur / Autrice : Matthieu Pettmann
• Direction : Albert Noumowe nchambou, Anne-Lise Beaucour
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie civil - Cergy
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2020
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université en cotutelle avec Vrije Universiteit Brussel
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil (Cergy-Pontoise, Val d'Oise ; 2006-....)

Mots clés

Mots clés libres

Résistance au feu

Composite matrice cimentaire

Béton léger

Panneau sandwich

Fire resistance

Textile reinforced concrete

Lightweight concrete

Sandwich panel

Résumé

À l'heure où le développement durable est une priorité mondiale et où des questions clés telles que le changement climatique qui dominent notre réflexion, des structures innovantes doivent être conçues qui utilisent moins de ressources, des matériaux plus durables et améliorent l'efficacité énergétique des bâtiments. Les panneaux sandwich combinent un noyau isolant léger - assurant une efficacité énergétique élevée - avec deux faces structurelles minces. Par rapport aux panneaux sandwich en béton préfabriqué, l'épaisseur des faces structurelles peut être réduite d'un facteur trois en utilisant du béton armé textile. Ces éléments de construction très économes en énergie et légers peuvent aider à atteindre les normes les plus élevées en termes d'efficacité énergétique et de durabilité de l'environnement de la construction. Cependant, jusqu'à présent, l'âme isolante la plus souvent utilisée est le polystyrène expansé ou le polyuréthane, qui sont difficile à recycler, ne résistent pas aux hautes températures et émettent des fumées toxiques. Dans cette étude, un nouveau panneau sandwich résistant au feu sera étudié en utilisant du béton léger comme noyau isolant. Pour promouvoir l'utilisation de ces panneaux, une conception sûre, mécaniquement et vis-à-vis du feu, doit être garantie. L'objectif du travail de recherche est donc, d'abord d'étudier le comportement mécanique et thermique du panneau sandwich en béton armé textile/béton léger à température ambiante en étudiant le comportement de chacun des matériaux constitutifs, béton armé textile et béton léger puis de leur combinaison dans la structure sandwich. Ensuite, en ce qui concerne l'aspect haute température, les performances mécaniques du matériau endommagé par le feu et la résistance à l'écaillage thermique du panneau et des matériaux associés seront étudiées. Ces investigations sont cruciales car la compacité élevée de la matrice cimentaire et sa faible épaisseur pourraient rendre le béton armé textile plus sensible à l'écaillage. Le désaccord thermique entre le renfort textile et la matrice peut conduire à des fissures à l'interface et par conséquent à une perte de performances mécaniques avec la température. Le travail comprend une partie expérimentale et numérique. Les propriétés mécaniques et thermophysiques en fonction de la température de chacun des matériaux constituant le panneau seront les données d'entrée de la modélisation thermo-mécanique du panneau.

At a time when sustainable development is a global priority, with key issues such as climate change dominating our future thinking, innovative structures must be designed that use less resources, more sustainable materials and improve the energy efficiency in buildings. Sandwich panels combine a lightweight insulating core –ensuring high energy efficiency - with two thin, structural faces. In comparison with precast concrete sandwich walls, the thickness of the structural faces can be reduced with a factor three by using Textile Reinforced Concrete (TRC). These highly energy efficient and lightweight building elements can help to achieve the higher standards in terms of energy efficiency and sustainability of our built environment. However, up to now, the insulating core that is most often used is expanded polystyrene or polyurethane, which is difficult to recycle, does not resist high temperatures and emit toxic fumes. In this study, a new firesafe sandwich panel will be investigated using lightweight concrete as insulating core. To promote the use of these panels a safe design, mechanically and with regard to fire, has to be ensured. The aim of the research work is therefore, first to study the mechanical and thermal behaviour of TRC sandwich panel, at ambient temperature, investigating the behaviour of each of the constituent materials, TRC and lightweight concrete (LWC) and then of their combination in the sandwich structure. Then, regarding the high temperature aspect, the mechanical performance of fire- damaged material and the thermal spalling resistance of TRC, LWC and TRC sandwich will be investigated. These investigations are crucial since the high compactness of the cementitious matrix and its small thickness could make the TRC more sensitive to thermal spalling. The thermal mismatch between the textile reinforcement and the matrix may lead to cracking at the interface and consequently a loss of mechanical performance with the temperature. The work includes an experimental and numerical part. The mechanical and thermophysical properties as a function of the temperature of each of the materials constituting the TRC sandwich will be the input data of the thermo-mechanical modelling of TRC sandwich.