Thèse soutenue

Valorisation de sédiments de dragage et de terre excavée dans la formulation de matériaux de construction imprimables
FR  |  
EN
Accès à la thèse
Auteur / Autrice : Jana Daher
Direction : Mahfoud BenzerzourGeorges Aouad
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie Civil
Date : Soutenance le 20/03/2023
Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lebanese Association for Scientific Research - Centre for Materials and Processes / CERI MP - IMT Nord Europe
Jury : Président / Présidente : Nor-Edine Abriak
Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Bernard
Rapporteurs / Rapporteuses : Salima Aggoun, Ouali Amiri

Résumé

FR  |  
EN

L’impression 3D du béton est l'une des technologies de construction les plus récentes. Elle offre des avantages et des opportunités par rapport à la méthode de construction traditionnelle, notamment la rapidité de la construction et la flexibilité de la conception architecturale. Cependant, la plupart des encres imprimables utilisées à ce jour nécessitent une forte teneur en ciment, dont la production génère de fortes émissions de CO2. La réduction de l'impact environnemental du béton imprimable est actuellement au centre des préoccupations des chercheurs qui visent à utiliser des matériaux alternatifs pour remplacer le ciment et réduire sa forte consommation dans les mélanges imprimables en 3D. Ces travaux de recherche portent sur la valorisation de matériaux alternatifs et innovants, actuellement considérés comme des déchets, dans l'impression 3D, afin de développer des mélanges imprimables à faible impact environnemental. Les matériaux alternatifs utilisés sont les sédiments de dragage, les poudres de fibres de verre polyester et la terre excavée. Ces matériaux sont choisis pour leur potentiel de valorisation, leurs propriétés intrinsèques et pour la nécessité urgente de les gérer en raison de leur grande quantité. Par ailleurs, peu de travaux sont consacrés à la valorisation de ces types de matériaux dans l'impression 3D du béton, d’où l’objectif de cette thèse. Une méthodologie expérimentale est ainsi mise en œuvre pour développer des mélanges optimaux. Tout d'abord, l'extrudabilité et la buildabilité sont évaluées et vérifiées afin de valider l’imprimabilité des mélanges développés. Ensuite, les propriétés à l’état frais et durci des mortiers imprimables sont étudiées. De plus, dans ces travaux, différentes échelles d'impression sont testées, depuis l'échelle du laboratoire jusqu’à celle d'une imprimante 3D. Dans la première partie de l’étude, le sédiment flash calciné est utilisé dans une formulation témoin imprimable, produisant un liant binaire (ciment/sédiment flash calciné) et un liant ternaire (ciment/sédiment flash calciné/filler calcaire), et les poudres de fibres de verre polyester sont utilisées, en tant que renfort, dans la formulation témoin, substituant une partie du sable. Dans la deuxième partie de l’étude, la terre est utilisée en tant que substitut total du sable. Les résultats de la première partie de l’étude montrent que plusieurs mélanges contenant du sédiment flash calciné sont imprimables. Ces mélanges contiennent 5 et 10% de sédiment lorsque le sédiment est valorisé seul, et 10 et 20% de sédiment lorsqu'il est valorisé avec 20 et 30% de filler calcaire, respectivement. Une substitution du ciment de 50% est donc atteinte avec le mélange imprimable contenant 20% de sédiment et 30% de filler calcaire. En outre, les mélanges contenant jusqu'à 10% de poudres de fibres de verre polyester sont également imprimables. D’autre part, les résultats de la deuxième partie de l’étude montrent que les formulations développées avec un taux élevé de terre excavée et une faible teneur en ciment sont imprimables et résistantes. Les formulations imprimables contiennent différentes quantités de terre, environ 2, 4 et 6 fois la quantité du ciment, la formulation la plus écologique ayant une teneur en terre de 1602 kg/m3 et une teneur en ciment de 282 kg/m3. Ces travaux de recherche mettent en évidence la possibilité de développer de nouveaux mélanges écologiques et résistants à base de matériaux de substitution, qui peuvent être utilisés dans des applications de construction par impression 3D.