Optimisation de la réutilisation de déchets de coquilles d'huitres dans des bétons très bas carbone

Optimisation of the reuse of oyster seashell wastes in very low carbon concrete

• Auteur / Autrice : Shijie Guo
• Direction : David Gregoire
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Exactes et leurs Applications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Fluides Complexes et leurs Réservoirs

Mots clés

Mots clés libres

Béton bas carbone

Déchets de coquilles d'huître

Construction durable

Low-carbon concrete

Oyster shell wastes

Sustainable construction

Résumé

Ce projet de doctorat vise à développer des formulations de bétons très bas carbone en valorisant les déchets de coquilles d'huîtres comme granulats durables. L'ostréiculture génère chaque année d'importantes quantités de coquilles usagées, posant des problèmes environnementaux et de gestion des déchets. Leur intégration dans le béton constitue une voie de valorisation écologique, mais la forme aplatie et irrégulière des coquilles entraîne une forte porosité intergranulaire, réduisant les performances mécaniques par rapport aux granulats classiques. L'objectif est d'optimiser le squelette granulaire en combinant des coquilles d'huîtres et des granulats traditionnels afin de minimiser la porosité tout en garantissant un taux de réutilisation d'au moins 50 %. L'utilisation du ciment vert Hoffmann (sans clinker) permet de réduire davantage l'empreinte carbone et de favoriser une construction plus durable. La méthodologie comprend : (1) Caractérisation des granulats : mesure de la densité, de l'absorption d'eau et de la porosité intergranulaire afin d'évaluer la capacité de compactage des différents types de granulats ; (2) Optimisation du mélange : emploi d'une interpolation par spline pour identifier les combinaisons de granulats présentant une porosité minimale et un compromis optimal entre recyclage et résistance ; (3) Fabrication et essais des bétons : essais de compression et de flexion sur éprouvettes cylindriques et prismatiques, avec suivi de l'ouverture de fissure (CMOD), complétés par des mesures de vitesse ultrasonore (UPV) afin d'évaluer l'évolution du module dynamique et du coefficient de Poisson pendant la cure, et d'analyser la zone de processus de rupture et l'effet d'échelle ; (4) Évaluation in situ : suivi du béton de démonstration de Biarritz pour observer l'évolution structurale et la durabilité du matériau en conditions réelles, confirmant les résultats obtenus en laboratoire. Ce projet vise à établir un cadre de béton bas carbone alliant fiabilité mécanique, valorisation des ressources et responsabilité environnementale, contribuant au développement de matériaux de construction durables issus de coproduits marins.

This PhD project aims to develop low-carbon concrete formulations by recycling oyster shell waste as sustainable aggregates. Oyster farming generates large quantities of discarded shells, creating disposal and environmental challenges. Incorporating these shells into concrete provides an eco-friendly valorization route, but their flattened and irregular shapes lead to high intergranular porosity, which reduces mechanical performance compared with conventional aggregates. The research focuses on optimizing the granular skeleton by combining oyster shells with classical aggregates to minimize porosity while maintaining a reuse rate of at least 50%. Hoffmann Green Cement (clinker-free) is employed to further reduce the carbon footprint and promote sustainable construction. The methodology includes: (1) Aggregate characterization – measurement of density, water absorption, and intergranular porosity to evaluate the packing properties of different aggregate types; (2) Mix design optimization – use of spline interpolation to identify aggregate combinations with minimum porosity, achieving a balance between recyclability and mechanical strength; (3) Concrete casting and testing – compressive and flexural experiments on cylindrical and beam specimens, with Crack Mouth Opening Displacement (CMOD) monitoring, complemented by Ultrasonic Pulse Velocity (UPV) measurements to assess the evolution of dynamic modulus and Poisson's ratio during curing, and to analyze fracture process zones and size effect; (4) On-site concrete evaluation – monitoring of the Biarritz demonstration block to study the structural evolution and durability of the material under real environmental conditions, validating laboratory results. This project seeks to establish a low-carbon concrete framework that combines mechanical reliability, resource recycling, and environmental responsibility, providing both scientific and engineering foundations for the high-value reuse of marine by-products in sustainable construction.