Contribution à l'étude de la stabilisation de granulats végétaux par traitement physico-chimique - Développement intégré, étude expérimentale et validation industrielle

Contribution to the physico-chemical stabilisation of plant-based aggregates - Integrated development, experimental study and industrial application

• Auteur / Autrice : Marianne Chaussy
• Direction : David Bulteel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2020
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Frd-codem

Mots clés

Mots clés libres

Bâtiment

Béton végétal

Liant

Bas carbone

Décarbonation

Structurel

Recyclage

Biosourcé

Isolation répartie

Stabilisation

Traitement physico-chimique

Indicateur de compatibilité

Building

Plant-based concrete

Binder

Low carbon

Decarbonization

Structural

Recycling

Biosourced

Distributed insulation

Stabilization

Physicochemical treatment

Compatibility indicator

Résumé

La valorisation des biomasses végétales dans le secteur du bâtiment revêt d’un intérêt majeur dans le cadre de la transition écologique et de la décarbonation industrielle. Ces ressources végétales « puits de carbone » (stockage CO2) possèdent en effet des propriétés intrinsèques contribuant à la multifonctionnalité du béton végétal. En parallèle de l’émergence d’écomatériaux végétaux isolants voire isolants autoporteurs aux caractéristiques techniques bien établies, le développement de bétons végétaux structurel à isolation répartie fait également sens. Pour atteindre pleinement cette finalité, le verrou scientifique et technique majeur à lever réside dans l’amélioration de la compatibilité entre le granulat végétal et le liant, le plus souvent minéral de nos jours. Dans ce contexte, l’objectif de la thèse a été d’identifier et mettre en œuvre les actions pouvant permettre le développement d’une solution de stabilisation des granulats végétaux par traitement physico-chimique à moindre impact environnemental et économique. Pour optimiser à la fois la compatibilité en interaction cimentaire et le ratio volumique liant/granulat végétal, un indicateur de compatibilité a été défini permettant principalement d’évaluer la qualité de l’hydratation des mortiers cimentaires, en fonction de différents types de traitements physico-chimiques. L’influence du ratio volumique liant/granulat végétal est également étudié en tenant compte des critères de résistance en compression, de conductivité thermique et de fin de vie (potentiel de recyclage du déchet). Grâce à la robustesse de la méthodologie expérimentale développée, plusieurs bétons végétaux préfabriqués incorporant différents granulats végétaux (chanvre, chanvre roui, lin, colza) ont pu être élaborés, testés et validés à l’échelle1, dans une première approche. Les perspectives du travail de recherche sont nombreuses, incluant notamment la prise en compte des liants bas carbone émergents sur le marché, de même que les questions de fluage et de recyclage des bétons végétaux, appelant à rationaliser les volumes de granulats végétaux dans les formules éco-conçues, tout en trouvant le juste équilibre avec les performances multifonctionnelles visées.

The use of plant biomass in the building sector is of major interest in the context of ecological transition and industrial decarbonization. Thes « carbon sink » plant resources (CO2 storage) have intrinsic properties that contribute to the mulfunctionality of plant-based concrete. Alongside the emergence of insulating or even self-supporting plant-based ecomaterials with well-established technical characteristics, the development of structural plant-based concretes with distributed insulation also makes sense. To fully achieve this goal, the major scientific and technical hurdle to be avercome lies in improving the compatibility between the plant aggregate and the binder, which these days is most often mineral. In this context, the aim of the thesis was to identify and implement actions that could enable the development of a solution for stabilizing plant aggregates by physico-chemical treatment with less environmental and economic impact. In order to optimize both cementitious interaction compatibility and the binder/plant aggregate volume ratio, a compatibility indicator was defined, mainly enabling the hydration quality of cementitious mortars to be assessed, as a function of different types of physico-chemical treatment. The influence of the binder/plant aggregate volume ratio is also studied, taking into account compressive strength, thermal conductivity and end-of-life criteria (waste recycling potential). Thanks to the robustness of the experimental methodology developed, several prefabricated plant-based concretes incorporating different plant aggregates (hemp, retted hemp, flax and rapeseed) have been developed, tested and validated on a scale of 1, as a first approach. The prospectes for this research work are numerous, including in particular the consideration of low-carbon binders emerging on the market, as well as the issues of creep and recycling of plant-based concretes, calling for rationalization of the volumes of plant-based agreggates in eco-designed formulas, while striking the right balance with the multi-functional performances targeted.