Traitement par bio-minéralisation d'un biochar de boues usées en vue de son incorporation dans des matériaux cimentaires bas-carbone

Biomineralization treatment of sewage sludge biochar for its incorporation in low carbon cementitious materials

• Auteur / Autrice : Gauthier Leclercq
• Direction : Mohend Chaouche, Fatma Briki
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/12/2022
• 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

Liant bas carbone

Biochar

Traitement de surface

Bio-minéralisation

CaCO3

Sporosarcina pasteurii

Low Carbon binder

Biochar

Surface treatment

Biomineralization

CaCO3

Sporosarcina pasteurii

Résumé

Le béton est le produit manufacturé le plus utilisé au monde (plus de 10 milliards de T/an). Il est composé, entre autres, de ciment Portland dont la production est à l'origine d'environ 8% des émissions globales de CO2. Ces émissions proviennent en grande partie du processus de co-calcination du calcaire et de l'argile pour obtenir du silicate de calcium anhydre, composante majoritaire du ciment. Afin de réduire l'empreinte carbone du béton, de nombreuses activités de recherche se développent actuellement visant à remplacer en partie ou complètement le Ciment Portland par des matériaux de substitution (souvent constitués de sous –produits industriels) dans la formulation des matériaux de construction et de génie civil. Toutefois leur utilisation dans la pratique est limitée par plusieurs facteurs : faible cinétique de réaction d'hydratation (prise de résistance mécanique) à court terme, forte sensibilité aux conditions d'utilisation (notamment la température, quantité d'eau de gâchage, etc.), nécessité d'inclure des additifs chimiques pouvant représenter des risques sanitaires, etc. L'objectif de cette thèse est d'utiliser d'autres additifs plus éco-responsables par le biais de précipitation de biominéraux avec l'utilisation de bactéries. En effet, certaines bactéries peuvent induire la précipitation de biominéraux comme le carbonate de calcium sous le mécanisme bien connu de MICP (Microbial Induced Carbonate Precipitation). Ce dernier permettra de précipiter du carbonate de calcium qui pourrait compenser en partie le manque d'hydrates si l'on diminue la quantité de ciment dans les bétons et ainsi diminuer l'apport de ciment pour les matériaux cimentaires. La formation de biominéraux par certaines bactéries et l'impact de cette activité bactérienne sur de nouveaux bétons bactériens seront donc étudiés durant cette thèse.

Concrete is the most widely used manufactured product in the world (more than 10 billion tons/year). It is composed, among other things, of Portland cement, the production of which is the source of approximately 8% of global CO2 emissions. These emissions come largely from the process of co-calcination of limestone and clay to obtain anhydrous calcium silicate, the main component of cement. In order to reduce the carbon footprint of concrete, many research activities are currently being developed aimed at partially or completely replacing Portland cement with substitute materials (often made up of industrial by-products) in the formulation of construction materials and of civil engineering. However, their use is limited by several factors: low hydration reaction kinetics (gain of mechanical strength) in the short term, high sensitivity to the conditions of use (in particular temperature, quantity of mixing water, etc. ), need to include chemical additives that may pose health risks, etc. The aim of this thesis is to use other and more eco-friendly additives through the precipitation of biominerals with the use of bacteria. Indeed, some bacteria have the capacity to induced biomineral precipitation such as calcium carbonate thanks to the well-known mechanism of MICP (Microbial Induced Carbonate Precipitation). The latter will make it possible to precipitate calcium carbonate into the material which could in turn partially compensate for the lack of hydrates if the quantity of cement in the concrete is reduced and thus reduce the supply of cement for cementitious materials. Both study of biominerals produced by bacteria and the impact of bacterial activity on new concrete materials will therefore be studied during this thesis.