Valorisation de co-produits calcaires pour la construction : performance et durabilité de bétons coquilliers

Valorization of limestone co-products for construction: performance and durability of seashell-based concretes

• Auteur / Autrice : Camille Martin--cavaillé
• Direction : Rachid Bennacer
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMPS - Laboratoire de Mécanique Paris-Saclay
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : OMEIR - Ouvrages, matériaux, environnement: interactions et risques
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)

Mots clés

Mots clés libres

Béton biosourcés

Co-produits coquilliers

Comportement mécanique

Transferts

Durabilité

Hygrothermie

Biobased concrete

Seashell co-products

Mechanical behavior

Transfer

Durability

Hygrothermy

Résumé

Dans une orientation de développement durable, afin de réduire la consommation de ressources naturelles et dans la continuité de la nouvelle réglementation environnementale pour l'enveloppe des bâtiments, des co-produits ou des sous–produits (des déchets) peuvent être incorporés au béton. L'utilisation de ces co-produits peut par ailleurs permettre d'améliorer certaines propriétés de ce matériau, en recherchant un compromis entre les performances de durabilité, les propriétés thermo-hygriques et la réduction de la consommation énergétique. Ainsi, des ajouts calcaires sous forme granulaires formés par des coquilles peuvent être utilisés. Ceux-ci sont présents en grande quantité sur les côtes françaises car ils sont des déchets issus de l'aquaculture mais peuvent aussi proliférer et engendrer une menace pour le littoral français, ils doivent donc être régulièrement évacuées. Les recherches pour cette application ont mis en évidence des caractéristiques intéressantes de ces sous-produits qui pourraient être valorisés dans le domaine de la construction comme nouveaux éco-matériaux notamment grâce à une porosité supplémentaire qui apporterait des propriétés de régulation hygrique et thermique et répondrait à différentes problématiques environnementales. L'objectif principal de cette étude est de comprendre les interactions co-produit calcaire/matériaux cimentaires afin de créer et de développer un béton porteur isolant et régulateur en humidité. Pour répondre à cet objectif, il est envisagé de : • Caractériser différentes sources de sous-produits et déchets de l'aquaculture calcaire afin de définir leurs aptitudes au remplacement de granulats naturels, et de corréler leurs caractéristiques avec les propriétés des produits finaux ; • Étudier différentes formulations en proportion variables en coquilles, en origine des coquilles, et en type de liant utilisé, pour une résistance mécanique suffisante pour être porteur. Cette étape permettra l'optimisation des formulations ; • Étudier les interfaces entre le granulat de coquille et la matrice et les différentes porosités interne et induites par la présence de ces coquilles. Les propriétés mécaniques et de transferts sont fortement liées à ces interfaces. Cette phase s'effectuera au travers d'observations microscopiques via le microscope optique et plus finement en usant du MEB ainsi qu'une représentation 3D par micro-tomographie ; • Caractériser la durabilité des matériaux à faible impact environnemental notamment en termes de diffusion des chlorures et de carbonatation accélérée ; • Étudier les propriétés hygriques (isotherme de sorption, MBV), hydrique (déplacement de l'eau entre les phases) et thermiques (conductivité thermique) des matériaux dans un but d'amélioration du confort hygrothermique.

In a sustainable development orientation, in order to reduce natural resources consumption and in the continuity of the new environmental regulation for the building envelope, co-products or by-products (wastes) can be incorporated into concrete. The use of these co-products can also allow to improve some properties of this material, by seeking a compromise between durability performances, thermo-hygric properties and reduction of energy consumption. Thus, limestone additions in granular form formed by seashells can be used. These are present in large quantities on French coasts because they are waste from aquaculture but can also proliferate and threaten French coastline, so that they must be regularly evacuated. Research for this application has highlighted interesting characteristics of these by-products which could be used in construction fields as new eco-materials, in particular thanks to an additional porosity which would bring properties of hygric and thermal regulation and would answer various environmental problems. The main objective of this study is to understand the interactions between limestone co-products and cement materials in order to create and develop an insulating and moisture regulating load-bearing concrete. To meet this objective, it is planned to: • Characterize different sources of limestone aquaculture by-products and wastes in order to define their suitability for replacement of natural aggregates, and correlate their characteristics with the properties of the final products; • Study different formulations in variable proportion in shells, in origin of shells, and in type of binder used, for a sufficient mechanical resistance to be load-bearing. This step will allow to optimize formulations, • Study interfaces between shell aggregates and cement matrix and different internal porosities induced by the presence of these shells. Mechanical and transfer properties are strongly linked to these interfaces. This phase will be carried out through microscopic observations via optical microscope and more finely by using the SEM as well as a 3D representation by micro-tomography; • Characterize the durability of low environmental impact materials, particularly in terms of chloride diffusion and accelerated carbonation; • Study hygric (sorption isotherm, MBV), hydric (water displacement between phases) and thermal (thermal conductivity) properties of materials in order to improve hygrothermal comfort.