Tesi sul tema "Coffrage (construction en béton) – Environnement"

Dans un contexte où le développement durable est devenu une priorité majeure, les entreprises du secteur du bâtiment doivent faire face, à de nouvelles exigences en termes de respect de l’environnement. En particulier, lors de la mise en œuvre du béton dans les coffrages, une huile de démoulage d’origine minérale faiblement biodégradable est couramment utilisée comme couche séparatrice anti-adhérente. La nature de cette huile génère des risques importants de pollution environnementale. De nouvelles formulations d’huile de décoffrage d’origine végétale ont ainsi été développées.L’apparition de cette nouvelle gamme de produit nécessite une connaissance suffisante de leur comportement à l’interface béton/huile/coffrage. Ce mémoire contribue à l’étude de l’influence de la formulation du béton sur le comportement tribologique à l’interface béton/coffrage en présence de deux huiles de démoulage de nature différente (une huile végétale et une huile minérale). La zone du béton à l’approche du coffrage a été étudiée à l’état durci et frais sans huile de démoulage. Tout d’abord, l’évolution de la densité apparente du béton à l’approche d’une paroi a été évaluée en fonction de la pression de contact et du volume de pâte. Puis, une analyse complète de cette zone à l’interface à l’état frais a été réalisée afin d’estimer le rapport E/L et la quantité de pâte mobilisée à l’approche de la paroi coffrante. Une étude physico-chimique a été effectuée en reconstituant les milieux interstitiels de l’interface béton/huile/coffrage contenant un dosage différent en superplastifiant et en huile. Plusieurs techniques adaptées à ces milieux complexes, ont été utilisés afin d’évaluer la formation de savons et de déterminer la stabilité des émulsions obtenues. Cette thèse se conclue par une étude du frottement du béton frais contre une paroi coffrante avec et sans huile de démoulage à l’aide d’un tribomètre plan/plan. Plusieurs formulations de béton sont étudiées. Les résultats obtenus ont permis de comprendre le mode d’action des éléments fins et le dosage en superplastifiant aux interfaces béton/coffrage et béton/huile/coffrage. Dans le cas de l'huile d'origine végétale, le savon formé à partir des esters et des acides gras contribue à réduire les frottements en stabilisant l’émulsion et en organisant l’interface. Cependant, la présence du superplastifiant est indispensable pour avoir des performances élevées dans le cas de l’huile minérale
In a context where sustainable development has become a major priority, the companies in the building field must face to new requirements in terms of respect of the environment. In particular, during the concrete pouring, a mineral release agent, poorly biodegradable is currently used as separating layer non-stick. The nature of this oil creates significant risks of environmental pollution. New formulations of release agent of vegetable origin were developed.The appearance of this new product range requires a sufficient knowledge of their behavior at the interface concrete/release agent/formwork. This report contributes to the study the effect of the concrete composition on the tribological behavior at the interface concrete/formwork with two release agents of different nature (vegetable release agent and mineral release agent). The zone of concrete near the formwork was studied without release agents. First, the evolution of the density of the concrete at the approach of a wall was evaluated as a function of the contact pressure and the past volume. Then, a comprehensive analysis of this fresh layer was carried out to estimate the W/B ratio and the amount of paste mobilized close to the formwork. A physicochemical study was performed by reconstituting the interstitial medium of the interface concrete/release agent/formwork containing a different dosage of oil and superplasticizer. Several adapted techniques to these complex medium were used to evaluate the formation of soaps and to determine the stability of the obtained emulsions. This thesis ends with a study of the friction of fresh concrete against the formwork with and without release agent using a plan/plan tribometer. Many formulations of concrete are studied. The results were allowed to understand the mechanism of action of the fines element and the dosage of superplasticizer at the interfaces concrete/formwork and concrete/release agent/formwork. In the case of vegetable release agent, the soap formed from the esters and fatty acids contributes to reduce the friction by stabilizing the emulsion and organizing the interface. However, the presence of the superplasticizer is necessary to obtain a high performance for the mineral release agent

Dans un contexte où le développement durable est devenu une priorité majeure, les entreprises du secteur du bâtiment doivent faire face, à de nouvelles exigences en termes de respect de l’environnement. En particulier, lors de la mise en œuvre du béton dans les coffrages, une huile de démoulage d’origine minérale faiblement biodégradable est couramment utilisée comme couche séparatrice anti-adhérente. La nature de cette huile génère des risques importants de pollution environnementale. De nouvelles formulations d’huile de décoffrage d’origine végétale ont ainsi été développées.L’apparition de cette nouvelle gamme de produit nécessite une connaissance suffisante de leur comportement à l’interface béton/huile/coffrage. Ce mémoire contribue à l’étude de l’influence de la formulation du béton sur le comportement tribologique à l’interface béton/coffrage en présence de deux huiles de démoulage de nature différente (une huile végétale et une huile minérale). La zone du béton à l’approche du coffrage a été étudiée à l’état durci et frais sans huile de démoulage. Tout d’abord, l’évolution de la densité apparente du béton à l’approche d’une paroi a été évaluée en fonction de la pression de contact et du volume de pâte. Puis, une analyse complète de cette zone à l’interface à l’état frais a été réalisée afin d’estimer le rapport E/L et la quantité de pâte mobilisée à l’approche de la paroi coffrante. Une étude physico-chimique a été effectuée en reconstituant les milieux interstitiels de l’interface béton/huile/coffrage contenant un dosage différent en superplastifiant et en huile. Plusieurs techniques adaptées à ces milieux complexes, ont été utilisés afin d’évaluer la formation de savons et de déterminer la stabilité des émulsions obtenues. Cette thèse se conclue par une étude du frottement du béton frais contre une paroi coffrante avec et sans huile de démoulage à l’aide d’un tribomètre plan/plan. Plusieurs formulations de béton sont étudiées. Les résultats obtenus ont permis de comprendre le mode d’action des éléments fins et le dosage en superplastifiant aux interfaces béton/coffrage et béton/huile/coffrage. Dans le cas de l'huile d'origine végétale, le savon formé à partir des esters et des acides gras contribue à réduire les frottements en stabilisant l’émulsion et en organisant l’interface. Cependant, la présence du superplastifiant est indispensable pour avoir des performances élevées dans le cas de l’huile minérale
In a context where sustainable development has become a major priority, the companies in the building field must face to new requirements in terms of respect of the environment. In particular, during the concrete pouring, a mineral release agent, poorly biodegradable is currently used as separating layer non-stick. The nature of this oil creates significant risks of environmental pollution. New formulations of release agent of vegetable origin were developed.The appearance of this new product range requires a sufficient knowledge of their behavior at the interface concrete/release agent/formwork. This report contributes to the study the effect of the concrete composition on the tribological behavior at the interface concrete/formwork with two release agents of different nature (vegetable release agent and mineral release agent). The zone of concrete near the formwork was studied without release agents. First, the evolution of the density of the concrete at the approach of a wall was evaluated as a function of the contact pressure and the past volume. Then, a comprehensive analysis of this fresh layer was carried out to estimate the W/B ratio and the amount of paste mobilized close to the formwork. A physicochemical study was performed by reconstituting the interstitial medium of the interface concrete/release agent/formwork containing a different dosage of oil and superplasticizer. Several adapted techniques to these complex medium were used to evaluate the formation of soaps and to determine the stability of the obtained emulsions. This thesis ends with a study of the friction of fresh concrete against the formwork with and without release agent using a plan/plan tribometer. Many formulations of concrete are studied. The results were allowed to understand the mechanism of action of the fines element and the dosage of superplasticizer at the interfaces concrete/formwork and concrete/release agent/formwork. In the case of vegetable release agent, the soap formed from the esters and fatty acids contributes to reduce the friction by stabilizing the emulsion and organizing the interface. However, the presence of the superplasticizer is necessary to obtain a high performance for the mineral release agent

Ce mémoire contribue à l'étude du frottement du béton frais contre une surface métallique. Cette étude a été menée expérimentalement au moyen d'une instrumentation (tribomètre) adapté à tous types de béton. L'originalité réside dans le fait qu'il concerne un matériau d'usage courant mais par lequel le frottement contre une surface n'a pratiquement pas fait l'objet d'étude écrite. Une nouvelle approche est utilisée afin d'aborder la prédiction des poussées du béton frais sur les coffrages. L'intérêt porte sur une nouvelle classe de béton de grande fluidité : le béton auto-plaçant. Lorsque le béton est mis en place, une couche limite, constituée d'eau et de fines, prend place aux interfaces. Celle-ci entraîne de faibles contraintes de frottement. Lorsque la pression appliquée sur le matériau est supérieure à la pression critique, des grains viennent au contact de la plaque. Le béton commence à suivre un comportement granulaire. La contrainte de frottement évolue aussi selon les vitesses ou les états de surface utilisés. Ces observations ne sont valables que pour les bétons étudiés et dans les gammes explorées. Lorsqu'il y a présence d'un agent de démoulage à l'interface, la contrainte de frottement dépend surtout des caratéristiques physico-chimiques du film. Parfois, ces agents ont la possibilité de maintenir la couche limite proche de la paroi. Cela permet, lors de l'écoulement du béton, de diminuer le frottement à la paroi par rapport à une interface sans agents. Une démarche novatrice a été réalisée dans cette étude, en utilisant les modèles des silos pour le cas des coffrages, afin de prédire les poussées. Une similitude entre l'évolution des poussées de béton et celle des milieux granulaires ensilés a été observée sur chantier. Bien sûr, les efforts mis en jeu sont différents. A partir de ces observations, plusieurs modèles issus de Janssen, ont été confrontés. Le modèle adapté au cas du béton frais permet de prédire de façon satisfaisante les poussées sur le coffrage. Les essais à l'échelle réelle coûteux pourront être remplacés en partie par des essais de tribométrie
The main objective of this thesis is to investigate the friction of fresh concrete with metallic formwork. A specially designed tribometer was developed to investigate such friction and was adapted for various types of concrete mixtures. The originality of this work lies mainly in the fact that it concerns a commonly used material for wich the friction against the forming surface has not been sufficiently investigated. A new approach is used in this study to predict the lateral pressure induced by the fresh concrete pressure. A particular interest is the formwork pressure exerted by highly flowable concrete, or self-compacting concrete. When the concrete is cast into place, a limit interface layer reduces the frictional stresses with the formwork material. When the pressure applied on the concrete is greater than a certain critical pressure, some of the cement particles and fines come into direct contact with the formwork material, and the concrete begins to follow a granular comportment. This leads to greater increase in friction stress which varies with the flow velocity between the rising fresh concrete and formwork material. When a demoulding agent is applied at the interface, the friction stress depends mainly on the physico-chimical characteristics of the resulting film of paste at the interface. In certain cases, these agents can maintain the integrity of the limit layer near the wall surface. This allows, during the flow of the plastic concrete, to reduce the friction at the wall compared to similar situation where a demoulding agent is not used. Well established models used for silos were used to predict the formwork pressure exerted by fresh concrete. Similary between the evolution of concrete pressure and ensiled granular mediums one was observed on site, though the strains are different. From these observations, several models derived from Janssen's model, have been proposed. The model adapted in the case of fresh concrete allows the prediction with satisfaction formwork pressure. This study can therefore enable the used of the designed tribometer to test a variety of material and placement parameters to predict formwork pressure instead of large-scale and often expensive field tests

Dans le domaine du génie civil, la pulvérisation d'huile de décoffrage est devenue indispensable pour limiter le frottement et l'adhérence du béton sur les parois des coffrages. Leur utilisation sur site est contraignante car leur application est chronophage et polluante. Aujourd'hui, les enjeux résident dans le développement de nouvelles solutions alternatives aux huiles en s'appuyant sur les signatures surfaciques des parois coffrantes. Bien qu’un fort travail soit réalisé sur le développement d’huiles végétales écologiques, peu d’études analysent l'impact de ces signatures sur les phénomènes interfaciaux agissant entre le béton et le coffrage. Par conséquent, dans ce travail de thèse, le frottement du béton sur des parois coffrantes a été étudié dans un premier temps à l'aide d'un tribomètre plan/plan simulant les conditions de coulée du béton. Après avoir développé un essai instrumenté à l’échelle réduite du laboratoire permettant de reproduire le processus de décoffrage d'un voile sur site, l'adhérence du béton a été ensuite quantifiée sur différentes surfaces des parois de coffrage. L'analyse des données expérimentales et la caractérisation surfacique multiphysique des parois coffrantes permettent d'établir la fonctionnalité des signatures des parois sur le frottement et l'adhérence du béton. Ces corrélations sont utilisées pour proposer une solution de décoffrage innovante permettant d’éviter ses phénomènes à l'interface béton-coffrage
In the civil engineering industry, the formwork oil spraying has become essential to avoid the concrete friction and adhesion on the formwork skins. Their usage on site is limited because their application is time consuming and polluting. Nowadays, the challenges lie in the development of new alternatives to oils based on surface signatures of formwork skins. Even though a large amount of work investigates novel formulations for ecological oils, few studies investigate the effect of these signatures on interfacial phenomena acting between concrete and formwork. Thus, in the present thesis work, the concrete friction on formwork skins has been studied first using a plan/plan tribometer simulating the condition of concrete forming. After developing a small laboratory-scale instrumented test to reproduce the formwork removal process on site, concrete adhesion was secondly quantified. The analysis of experimental data and the multi-physics characterization of formwork surfaces make it possible to establish the functionality of the signatures of skins on the friction and the adhesion of concrete, respectively. These correlations are used to propose an ideal solution of formwork limiting these phenomena to the interface concrete-formwork

Une campagne expérimentale axée sur l'étude du comportement hydrodynamique des pâtes de ciment et des bétons au jeune âge en fonction de la hauteur de matériau mis en oeuvre dans un coffrage est présentée et constitue la première phase de ce travail de recherche. Les expérimentations ont nécessité le développement de capteurs de mesure de la pression interstitielle et de la pression latérale totale. Les paramètres suivants sont analysés : teneur en eau du mélange, concentration granulaire dans un mélange, présence de la vibration, hauteur de matériau mis en oeuvre. Dans une deuxième phase, nous nous intéressons à la simulation de l'évolution des pressions dans un coffrage. La démarche adoptée repose sur une modélisation de la cinétique d'évolution de l'état de l'eau dans un milieu poreux non saturé. Nos investigations nous ont conduits à adapter l'équation de Richards à notre problématique.

Le béton de chanvre est aujourd'hui le matériau de construction agro-ressource le plus développé en Europe. Il se compose de chanvre et de liant minéral (chaux) mélangé à l'eau. Généralement, il est utilisé pour ses propriétés d'isolation thermique dans le bâtiment. La plupart des blocs de béton de chanvre qui ont été étudiés, présentent un comportement fragile et une très faible résistance mécanique. Les formulations sont généralement riches en liant et légèrement compactées. Jusqu'à présent, le béton de chanvre n'est pas considéré comme un matériau porteur. Il est principalement utilisé comme remplissage isolant, combiné avec des composants de structure en bois, béton ou maçonnerie. Une étude a testé d'autres formulations, avec des teneurs plus élevées en granulats grâce à un procédé de compactage, afin d'améliorer à la fois la rigidité et la résistance des mélanges durcis. Dans ces formulations, l’ajout des granulats de chanvre, plus légers et plus poreux que la chaux, abaisse de manière significative la conductivité thermique. Le présent travail est une étude expérimentale du comportement à la compression et au cisaillement du béton de chanvre, afin d’utiliser ce matériau bio-sourcé dans le contreventement des bâtiments à ossature bois, tout en maintenant de bonnes qualités d'isolation thermique dans le bâtiment. Deux formulations compactées, M1 et M4 ont été expérimentées, ainsi que des éprouvettes obtenues à partir de blocs de commerce Chanvribloc®. Deux séries d’essais ont été réalisées. La première est portée sur la compression uni-axiale dans chaque direction pour caractériser l'anisotropie mécanique du matériau. Cette anisotropie a été engendrée par le procédé de compactage. La deuxième série d’essais permet de caractériser le comportement de cisaillement des formulations étudiées. Dans cette étude, un dispositif spécial d’essai de cisaillement a été développé. Il permet de caractériser au cisaillement des éprouvettes sous différentes contraintes normales appliquées. Les champs de déformations des éprouvettes cisaillées ont été suivis par stéréo- corrélation d’images durant les essais. Les résultats expérimentaux de compression ont montré que ce matériau est anisotrope, même lorsqu'il est industriellement mis en place par vibrations. Le matériau a plus spécifiquement un comportement isotrope transverse. Le comportement dans le sens longitudinal est caractérisé par une ductilité très élevée, tandis que le comportement transversal est très fragile, avec un comportement très variable et instable. Les résultats expérimentaux en cisaillement montrent une ductilité élevée de ce matériau. Ce comportement est intéressant pour le contreventement et le comportement sous action sismique des bâtiments avec des murs constitués de béton de chanvre. Des modélisations et applications numériques à l’échelle structurelle d’un bâtiment à plusieurs étages ont été réalisées, pour illustrer l’utilisation des blocs de béton de chanvre en contreventement de bâtiments à ossature bois. Les formulations les plus compactées présentent un meilleur comportement sous actions sismiques modérées et moyennes, par rapport aux formulations les moins compactées à la mise en œuvre, tandis que les murs en Chanvribloc à l’état actuel, ne permettent pas de contreventer les bâtiments en zones sismiques modérés ou moyennes
Lime and hemp concrete (LHC) is nowadays the most developed bio-based aggregate building material in Europe. It consists of hemp shiv and mineral binder mixing with water. Generally, bio-based materials like LHC are used for their thermal insulation properties in building. Most blocks of Lime Hemp Concrete which have been studied, show a brittle behavior and a very low mechanical strength. The formulations are generally rich in binder and slightly compacted. Up to now, this material is then not considered as a load bearing material and is mainly used as filler insulation, combined with structure components made of wood, concrete or masonry. A study has tested other formulations, with higher contents of aggregates thanks to a compaction process, in order to improve both the rigidity and the strength of the hardened mixtures. In these formulations, shiv which has higher amount is definitely lighter and more porous than lime, which prevents a significant increase in thermal conductivity. The present work of my PhD is an experimental study of the compressive and shearing behavior of hemp concrete, in order to study the load-bearing capacity and bracing of this bio based material, while maintaining good qualities of thermal insulation in building. Two compacted formulations were tested M1 & M4, as well as samples obtained from trade-blocks Chanvribloc®. Two series of tests were performed. The first one is a uniaxial compression test in each direction for characterizing the mechanical anisotropy of the material. This anisotropy is induced by the compacting process. The second one permits to characterize the shearing behavior of the different mix-designs. In this study, an original shear device was developed, specifically designed for this kind of material, which allows shearing under controlled normal stress. An image processing performed was carried out, using a camera and ARAMIS image processing software during shear tests, to evaluate the fields of deformations and to study the behavior of the specimen during the shear test. The compressive experiments results have shown that this material is anisotropic, even when it is industrially molded by vibrations. The material has a transverse isotropic behavior. The behavior in the longitudinal direction is characterized by very high ductility, while the transverse behavior is very brittle, with a highly variable and unsteady behavior. The experimental results in shear show a high ductility of this material. These results are very promising, an interesting behavior of LHC walls in term of potential bracing. Numerical modeling and applications have been carried out to illustrate the use of hemp concrete blocks for bracing buildings. The formulation M4 exhibits a better behavior under moderate and average seismic actions, compared to the formulation M1, while the Chanvribloc walls in the present state do not allowthe buildings to be braced in moderate or medium seismic zones

Le travail de thèse s'intéresse à la prédiction de la durabilité des bétons en environnement marin par une approche probabiliste. L'objectif est de proposer une méthodologie adaptée à une démarche performantielle fondée sur la notion d'indicateurs de durabilité. L'algorithme probabiliste de niveau II et le modèle déterministe qui lui est couplé sont développés afin d'estimer l'indice de fiabilité du matériau. Les densités de probabilités des variables aléatoires sont construites. Une erreur multiplicative est introduite pour intégrer dans une même base de données des informations issues de différents bétons puis un réseau bayésien est présenté pour actualiser ces résultats par de nouvelles expérimentations. Un exemple d'application est mené pour une partie d'ouvrage immergé en eau de mer. Une approche de type ingénieur permettant d'atteindre le même niveau de fiabilité est proposée en s'appuyant sur des valeurs caractéristiques et des coefficients partiels de sécurité
A probabilistic approach to prediction of concrete's durability in marine environment is proposed in this thesis. The aim of this work is to develop a methodology linked with the performance-based approaches using the concept of durability indicators. The probabilistic FORM algorithm and the coupled deterministic model are developed to estimate the reliability index of the material. The probability distributions of the random variables are built. A multiplicative error is introduced in order to integrate information from different concretes into a single database and a Bayesian network is presented to update these results by further experiments. A practical example is proposed for a reinforced concrete immersed in sea water. A semi-probabilistic design for engineering based on characteristic values and partial safety factors is developed to achieve the same reliability

Cette recherche s'intéresse aux thèmes de la fabrication numérique, des coffrages complexes et de l'acoustique architecturale qu’elle interrelie par une approche de recherche-création. Son objectif principal est de mettre au point un processus de conception basé sur un critère de performance acoustique et une technique de fabrication pour le béton qui sera applicable pour la génération de projets futurs. Le premier chapitre recense les principales technologies de fabrication numériques pour la réalisation de coffrages non standard pour le béton. Une méthode à explorer est ensuite sélectionnée : les coffrages en cire fraisés par une découpeuse trois axes, une matière réutilisable qui conséquemment ne produit pas de déchets. Le deuxième chapitre s'intéresse à la génération de ces formes complexes en explorant le potentiel de l'acoustique architecturale couplé aux algorithmes génétiques pour les informer. Les sections suivantes ont pour but de développer une méthodologie pour la création de coffrages en cire, tout en définissant les limites et en validant les avantages de ce mode production. L'objectif est de transposer subséquemment ces particularités dans la création d'un algorithme génétique qui automatise le processus itératif de simulation, d'analyse et de création d'une géométrie acoustique non standard optimale. Pour se faire, cette recherche se poursuit par le moulage de prototypes en béton variés d'après lesquels une méthode de fabrication spécifique à la cire est élaborée. Une série de recommandations pour la modélisation propre à ces coffrages résulte de ces essais physiques. En lien avec ces dernières, des algorithmes génétiques, couplés à une simulation par lancer de rayons, sont définis. Ils génèrent un réflecteur acoustique courbe en béton qui distribue uniformément le son vers une aire déterminée, un élément qui exploite le faible coefficient d'absorption de ce matériau. Ces connaissances sont subséquemment appliquées et informées par l'exécution d'un projet de salle de concert en béton qui est le résultat de cette rétroaction entre théorie, pratique et conception.
This research adresses the themes of digital fabrication, complex formwork and architectural acoustics, which it interrelates through a research by design approach. Its main objective is to develop a design process based on an acoustic performance parameter and a fabrication technique for concrete that will be suitable to generate future projects. The first chapter identifies the main digital manufacturing technologies for the production of non-standard concrete formwork. A method to be explored is then selected: wax formwork milled by a three-axis machine, a reusable material that therefore does not produce waste. The second chapter focuses on the generation of these complex forms by exploring the potential of architectural acoustics coupled with genetic algorithms to inform them. The following sections aim to develop a methodology for the creation of wax formwork, while defining the limits and validating the advantages of this production method. The objective is to subsequently transpose these features into the creation of a genetic algorithm that automates the iterative process of simulation, analysis and creation of an optimal non-standard acoustic geometry. To achieve this, the moulding of various concrete prototypes is performed, according to which a specific wax manufacturing method is developed. A series of specific recommendations for the modelling of these formworks results from these physical tests. Pursuant to the previous findings, genetic algorithms coupled with a simulation by ray tracing are defined. They generate a curved acoustic concrete reflector that distributes sound uniformly to a specific area, an element that exploits the low absorption coefficient of this material. This work is subsequently applied and informed by the execution of a concrete concert hall project that is the result of this feedback between theory, practice and design.

Les différentes actions réglementaires ou volontaires incitent de plus en plus les fabricants de produits de construction à une politique d’évaluation environnementale. Une approche « horizontale » d’évaluation (applicable à une ou plusieurs familles de produits utilisés dans un même type d’usage) est souhaitable. Cette étude se propose de contribuer au développement d’une telle approche pour évaluer les émissions dans l’eau des produits pendant leur vie en œuvre. Les dalles en béton, les dalles en bois et les gouttières en zinc ont été désélectionnées pour l’étude. Les essais ont été conduits à deux échelles d’expérimentation : laboratoire et pilote (exposition à l’eau météorique pendant un an, avec suivi météorologique). Un modèle d’émission (chimie - transport) a été développé pour le cas des dalles en béton. Le logiciel PHREEQC a été adapté et utilisé. Les résultats montrent que pour évaluer les émissions dans l’eau des produits, dans une optique d’approche « horizontale », les étapes suivantes sont nécessaires : - la caractérisation physico-chimique du produit, qui est plus au moins complexe en fonction du produit et des connaissances déjà disponibles ; - la caractérisation du comportement à la lixiviation en conditions statiques et dynamiques. L’essai à renouvellement en continu (CMLT) apparaît mieux adapté pour l’étude de la dynamique de relargage ; - la modélisation du comportement des produits dans un certain scénario d’exposition, qui doit tenir compte des spécificités du produit et des conditions d’exposition. Les résultats obtenus en laboratoire ne sont pas directement extrapolables aux conditions naturelles d’exposition mais sont essentielles pour la modélisation
The various French and European regulatory or voluntary actions push more and more the construction products manufacturers to an environmental assessment policy. A « horizontal » approach (i. E. , applicable to one or several families of products used in a certain scenario) is considered the best route for the assessment. Moreover, it is required by the Mandate M/366 addressed to CEN. The aim of this research is to contribute to the development of this kind of approach, in order to assess the substances emission from construction products into water, during their service life. Three products were tested: concrete slabs, wood duckboards and zinc gutters. The experiments were carried out at two scales: laboratory scale (controlled conditions) and pilot scale (outdoor / not-controlled conditions, with meteorological monitoring). At pilot scale the products were exposed to meteoric water, during one year. A release model (chemical and transport modelling) was developed for the case of the concrete slabs. PHREEQC software was adapted and used. The main results show that in order to assess the substances emission from construction products into water, in a « horizontal » approach framework, the following steps are required and must take into account the product and the exposure conditions specificities: - physicochemical characterisation of the product, which could be more or less complex, depending on the product and on the knowledge already available ; - characterisation of leaching behaviour, under static (equilibrium) and dynamic conditions, which must take into account especially the use and the evolution of the product during its service life. The Continuous Monolithic Leaching Test (CMLT) seems more suitable for release dynamic assessment ; - modelling of the products behaviour in a specific exposure scenario. The laboratory data cannot be directly transferred to service conditions but they are essential for the modelling of environmental behaviour

Les matériaux de construction constituent un besoin indispensable pour les êtres humains. Le béton est, après l’eau, le matériau le plus utilisé dans le monde et la production de ciment est en perpétuelle augmentation du fait de l’accroissement de la population mondiale. En 2010 la production annuelle de ciment a atteint les 3,3 milliards de tonnes. Une progression de +6,9% a été constatée en 2015 pour une production qui a atteint 4,6 milliards de tonnes.Des études menées sur l’impact environnemental du procédé de fabrication du clinker ont révélé que pour une production d’une tonne de clinker, une quantité de l’ordre de 0,7 à 0,8 tonne de CO2 est rejetée dans l’atmosphère, soit une émission annuelle de 2,8 milliards de tonnes de CO2. Ces rejets de gaz à effet de serre sont responsables de 5% des émissions mondiales. Afin de réduire cet impact, des solutions ont déjà été proposées telles que l’utilisation de combustibles alternatifs pour la fabrication du clinker, la substitution partielle du ciment par des coproduits industriels ou le captage et stockage du carbone.Cette thèse s’inscrit dans une volonté de réduire l’impact carbone dans la fabrication des matériaux de construction et cela par l’introduction du procédé de mécanosynthèse dans le processus de production du clinker et du ciment ainsi que des géopolymères.Le travail de thèse a été divisé en 3 grandes parties :La première concerne l’optimisation du procédé de mécanosynthèse par l’ajout d’agents de contrôle (process control agents) « PCA ». L’utilisation de ces agents pour le broyage de cendres volantes et de laitiers de hauts fourneaux a permis de réduire la durée du broyage à 15 minutes, alors que sans PCA un broyage de 1h est nécessaire, voire 3h pour un broyage optimal. Les pâtes cimentaires pour lesquelles nous avons substitué jusqu’à 50% de clinker par des coproduits industriels activés par mécanosynthèse avec des PCA (nous avons utilisé de l’alcool et l’eau) ont montré des performances mécaniques supérieures à celles préparées avec 100% de ciment Portland.Les pâtes cimentaires préparées avec une substitution de 50% de laitier broyé 15 min + 4% d’alcool ont montré une amélioration des performances mécaniques (compression) de + 10%, + 15% et + 40% par rapport à une pâte de ciment référence respectivement pour 7, 28 et 90 jours.La deuxième partie vise à proposer un procédé de clinkérisation par mécanosynthèse indirecte. Dans cette partie nous avons utilisé dans un premier temps du calcaire et de l’argile (produits classiques pour la fabrication du clinker) pour la production d’un clinker équivalent. Pour atteindre notre objectif nous avons utilisé la mécanosynthèse indirecte qui consiste à coupler une activation mécanique de courte durée et un traitement thermique ne dépassant pas les 900°C. Cette technique nous a permis de produire les composés indispensables au clinker, l’alite C3S (Ca3SiO5), la belite β-C2S (Ca2SiO4) et les aluminates C3A.La dernière partie avait pour but d’utiliser le procédé de mécanosynthèse directe pour la production d’une poudre géopolymère prête à l’emploi seulement par addition d’eau. Ce procédé consiste à mélanger des aluminosilicates tels que des laitiers, des cendres volantes ou du métakaolin avec des activateurs chimiques par broyage pour l’obtention d’un produit géopolymère final.Des formulations de pâtes géopolymères ont été faites et des résultats encourageants en terme de résistance à la compression ont été obtenus
Construction materials are an essential need for humans. After Water, concrete is the most widely used material in the world and cement production is constantly increasing due to the increase in the world population. In 2010, the annual cement production reached 3.3 billion tonnes. An increase of +6.9% was recorded in 2015 for a production that reached 4.6 billion tonnesStudies conducted on the environmental impact of the clinker manufacturing process have revealed that for a production of one tonne of clinker, a quantity of 0.7 to 0.8 tonnes of CO2 is released into the atmosphere or an annual emission of 2.8 billion tonnes of CO2. These greenhouse gas emissions are responsible for 5% of global emissions. In order to reduce this impact, solutions already proposed such as the use of alternative fuels for clinker manufacture, the partial substitution of cement by industrial co-products or carbon capture and storage.This thesis is part of a desire to reduce the carbon impact in the manufacture of construction materials by introducing the mechanosynthesis process into the production process of clinker and cement as well as geopolymers.The thesis work has been divided into 3 main parts:The first part concerns the mechanosynthesis process optimization by adding process control agents (PCAs). The use of these agents for the grinding of fly ash and blast furnace slag has reduced the milling time to 15 minutes, whereas without PCA, 1 hour milling time is required, or even 3 hours for optimal milling. Cement pastes which we have substituted up to 50% clinker with industrial co-products activated by mechanosynthesis with PCAs (we have used alcohol and water) have shown higher mechanical performance than those prepared with 100% Portland cement.Cement pastes prepared with a substitution of 50% milled slag 15 min + 4% alcohol has shown an improvement in mechanical performance (compression) of + 10%, + 15% and + 40% compared to a reference cement paste for 7, 28 and 90 days respectively.The second part aims to propose a clinkerization process by indirect mechanosynthesis. We have used limestone and clay (traditional products for clinker manufacturing) to produce an equivalent clinker. To achieve our objective, we have used indirect mechanosynthesis, which consists of coupling a mechanical activation with short milling time and a heat treatment not exceeding 900°C. This technique has allowed us to produce the essential compounds of clinker, C3S alite (Ca3SiO5), β-C2S belite (Ca2SiO4) and C3A aluminates.The last part is focused on the direct mechanosynthesis process used for the production of a ready-to-use geopolymer powder only by adding water. This process consists of mixing aluminosilicates such as slag, fly ash or metakaolin with chemical activators by grinding to obtain a final geopolymer product.Geopolymer paste formulations have been made and encouraging results in terms of compressive strength have been obtained

L’objectif de ce travail est d’étudier l’interaction entre le ciment et différents types de surfaces coffrantes en analysant l’état de surface de la pâte cimentaire brute de décoffrage âgée de 24 heures et celui des surfaces coffrantes à différentes échelles ainsi que leur performance au décoffrage. Des procédures de caractérisation des surfaces associant interférométrie, MEB+EDS, spectroscopie Raman et AFM Peak Force sont mises au point. Ces caractérisations multiéchelles permettent la mise en évidence de l’impact des propriétés physicochimiques des surfaces coffrantes sur les surfaces cimentaires à différentes échelles et l’analyse de leur influence sur l’adhésion aux coffrages. L’effet de la géométrie de surface et de l’énergie de surface des surfaces coffrantes sur les caractéristiques morphologiques, chimiques et mécaniques des surfaces cimentaires est analysé, du millimètre au nanomètre, avec une discussion sur la caractérisation possible des phases cimentaires plus ou moins hydratées présentes
The objective of this work is to study the interaction between cement and different types of formwork surfaces by analysing the surface condition of the raw cement paste 24 hours old and that of formwork surfaces at different scales as well as their demoulding performance. Surface characterisation procedures combining interferometry, SEM + EDS, Raman spectroscopy and AFM Peak Force are developed. These multiscale characterisations allow the demonstration of the impact of the physico-chemical properties of formwork surfaces on cementitious surfaces at different scales and the analysis of their influence on adhesion to formwork. The effect of surface geometry and surface energy of formwork surfaces on the morphological, chemical and mechanical characteristics of cement surfaces is analysed, from millimetre to nanometre, with a discussion on the possible characterisation of cement phases more or less hydrated

Bâtir de villes face à la surpopulation tout en prenant en compte les changements climatiques, demandera de faire appel à des solutions concrètes pour répondre aux besoins sanitaires, sécuritaires et biophiliques de leurs habitants. Le but de cette thèse est d'évaluer la possibilité d'avoir un système de mur vivant qui soit durable, écologiquement juste, non limité par la localisation et la typologie du bâtiment et plus abordable que les systèmes actuellement disponibles. L'hypothèse de cette thèse est le béton, en raison de sa durabilité, son coût et son ubiquité, a le potential pour être utilisé comme un moyen de croissance pour la vie végétale et qu'il s'agit actuellement du matériau le plus réaliste pour étendre la portée de la nature dans le milieu urbain.La thèse est pluridisciplinaire et il faudra combiner les connaissances des sciences de la botanique et des matériaux, connaissances qui seront appréhendées au travers d'un prisme architectural. Ce point de vue influencera la trajectoire de la conception future du système, par exemple pour déterminer si le système pourrait être structurel et utilisé pour l'intérieur et l'extérieur des bâtiments bas, moyens et hauts, ou encore quelles ambiance architecturales et urbaines il est susceptible de créer. Cette thèse de doctorat déterminera la faisabilité des systèmes de murs vivants en béton et, si elle est validée, fournira la base pour des solutions durables de murs vivants en béton
Cities facing overpopulation amid shifting climates will require practicable solutions to meet the biophilic, health, and safety needs of city dwellers. The goal of this thesis is to determine the possibility of having a living wall system which is durable, environmentally sustainable, unlimited by location and building typology, and more affordable than currently available systems. The hypothesis of this thesis is that concrete,due to its durability, cost, and ubiquity, is capable of being used as a growing medium for plant life and is currently the most realistic material choice to significantly extend nature’s reach into the urban milieu. The thesis is multi-disciplinary and combines botany and material science, but architecture is the lens throughwhich the inter-disciplinary work is validated. This architectural lens will influence the trajectory of future system design, e.g., in determining if the system would have the potential of being structural and used for the interiors and exteriors of low, mid, and high-rise buildings. This doctoral thesis would determine the feasibility of concrete living wall systems and if validated provide the foundation for sustainable concrete living wall solutions

Lors de la mise en oeuvre du béton dans les coffrages ou lors du pompage du béton, une couche, appelée couche limite, constituée d’eau et de fines, se forme près de l’interface. Diverses études ont montré que le frottement à l’interface béton-paroi dépend essentiellement des propriétés rhéologiques de la couche limite, de sa composition et de la rugosité de la paroi. L’objectif principal de cette étude est de comprendre les phénomènes se produisant à l’interface à l’échelle des grains. Toutefois, compte tenu de la complexité de deux corps en contact : couche limite et paroi, le système étudié est simplifié. La complexité du matériau béton a ainsi été simplifiée, en considérant que ce milieu est constitué de grains sphériques monodisperses et sans cohésion. Par ailleurs, la rugosité de la paroi formée en réalité par des aspérités irrégulières, est représentée par des géométries simples. L’étude repose sur l’utilisation de deux modèles, un modèle analogique et un modèle numérique.L’approche analogique est constituée d’un dispositif expérimental monté sur le tribomètre. Le cisaillement s’effectue en déplaçant, une baguette crénelée placée sous un empilement de billes confiné par une masse. Trois baguettes représentant trois rugosités différentes sont utilisées. Les résultats expérimentaux montrent que les conditions à l’interface (vitesse, rugosité, pression) influent sur le frottement et sur les mécanismes à l’interface.L’approche numérique est basée sur la méthode des éléments distincts. La rugosité de la paroi est modélisée par un assemblage de sphères collées sur un plan mobile. Les résultats obtenus montrent une bonne concordance entre les approches numérique et expérimentale. De même, l’étude numérique réalisée en conditions périodiques et pour différentes rugosités montre que les conditions à l’interface influent sur le frottement et sur le comportement du milieu près de l’interface (profils de vitesses, épaisseur de la couche cisaillée, etc.)
When fresh concrete is placed into formworks or during concrete pumping, a layer, called boundary layer, consisting of water and fines, is formed at the interface. Various studies have shown that the friction between the concrete and the wall (form or pipe) is closely linked to the rheological properties of the boundary layer, its composition and the wall roughness. This study aims at understanding the wall-concrete interface phenomena at a grain scale. However, due to the complex nature of the two bodies in contact: boundary layer and wall, a simplified system has been considered. The concrete has been simplified by assuming that it consists of monodispersed spherical grains and without cohesion. Moreover, the irregular asperities of the wall roughness are represented by simple geometries. The study is based on the use of two models, an analog model and a numerical model.The analog approach consists of an experimental device fitted on the tribometer. The test consists in moving rough plates under stacks of confined monodispersed beads. The roughness of the plate is represented by crenels. Three plates representing different roughnesses are used. The experimental results show that the friction and the interface mechanisms are affected by the interface conditions (velocity, roughness, pressure).The numerical approach is based on the Discrete Element Method (DEM). The wall roughness is modeled by an assembly of spheres fixed on a moving plane. The results obtained by numerical simulations compared with those of the analog model show a good confrontation. As well, the numerical study carried out with periodic boundary conditions and for different roughnesses shows that the interface conditions affect the friction and the behavior of the medium near the interface (velocities profiles, thickness of the shear layer, etc.)

Ce travail s’inscrit dans un contexte favorable au développement de nouveaux bétons dans le domaine du génie civil. Il consiste en la mise au point et la caractérisation d un béton renforcé de fibres obtenues à partir des déchets de bois de palmiers dattiers. Une première partie est consacrée à l’étude expérimentale des propriétés thermophysiques des fibres naturelles du palmier dattier. On montre que les facteurs essentiels affectant la conductivité thermique sont la variété du palmier dattier et l’orientation des fibres et que le bois de pétiole de palme est la partie la plus intéressante en tant qu’isolant thermique. les fibres végétales du bois de pétiole constituent, donc une alternative intéressante aux fibres inorganiques et synthétiques .Afin de remédier aux problèmes de stabilité dimensionnelle et de dégradation, on optimise la concentration du prétraitement alcalin nécessaire pour nettoyer et modifier la surface des fibres. Les effets du traitement sont étudiés au moyen d’un microscope électronique à balayage. Les conséquences sur les propriétés mécaniques du traitement alcalin sont également mises en évidence. L’analyse des résultats conduit à choisir une concentration optimale de 0,75 % pour l’hydroxyde de sodium.On s’intéresse ensuite au comportement du matériau composite obtenu à partir de chaux et de fibres de bois de palmier. On propose une démarche expérimentale et théorique originale sur la conductivité thermique, basée sur l’homogénéisation, de différentes formulations du béton de bois de pétiole de palmier ainsi que sur l’influence de la porosité. Finalement ce béton présente d’excellentes performances de point de vue isolation thermique.Finalement, on a procédé à une simulation numérique des phénomènes de transfert de chaleur au sein du béton de pétiole afin de valider le modèle de prédiction théorique choisi. nous avons, en effet refléchi à un modèle numérique inspiré de la modélisation théorique auto-cohérente (HAC) pour prédire la conductivité thermique numérique, basé sur des sphères concentriques d’air et de bois de pétiole occupant le centre de la matrice chaux, afin de balayer numériquement toutes les possibilites de dispositions de charges dans le composite. La dernière partie propose une validation des résultats expérimentaux obtenus à partir du développement d’un modèle tridimensionnel
The growing interest in new concrete and their use in many fields of civil engineering was that we wanted to bring a new approach to the design of a new product consisting of a reinforced concrete with basel end frond palm fibers. This led us to conduct the experimental study of thermal properties of natural fibers of date palm (Phoenix dactylifera L.). The analysis of experimental results showed that the essential factors affecting the thermal conductivity are the variety of date palm and the fiber orientation and that the basel end of the frond palm is the most interesting part as thermal insulation. However, the main problem encountered when using plant fibers as reinforcement is cohesion, bonding with the matrix and dimensional instability so the composite loses its mechanical properties. In this context, an alkaline pretreatment of palm fibers was envisaged to clean and modify the fiber surface to address the problems of dimensional stability of the fibers and degradation before their use as reinforcement in the cement matrix. We also studied the influence of chemical treatment with sodium hydroxide on the mechanical properties of processed samples, they were subjected to the tensile test to estimate the fracture strength for each treatment concentration, the Young's modulus and elongation at break corresponding. Subsequently, we conducted experimental and theoretical research on the thermal conductivity of different formulations of basel end palm wood concrete composite. The study of the theoretical apparent thermal conductivity was based on an approach that relies on a process whereas the material consists of a solid matrix combined with a fluid phase (air). Finally, we performed a numerical simulation of heat transfer phenomena to assess the thermal conductivity of basel end frond palm concrete composite and validate subsequently the theoretical prediction model selected. The results showed that the numerical approach based on the isotropic orientation of the particles in the composite coincides and approaches the physical reality

Valoriser les mâchefers d’incinération des déchets non dangereux (MIDND) en matériaux de construction afin de réduire leur stockage couteux en centre d’enfouissement technique et de préserver les ressources naturelles constitue un challenge. Un frein à cette valorisation est le potentiel polluant des métaux (notamment des Eléments Traces Métalliques ETM) et des anions susceptibles d’être relargués en scénarios d’utilisation. Cette thèse évalue l’impact de l’incorporation de MIDND dans une formulation de béton prêt à l’emploi. Elle contribue à améliorer la compréhension du comportement des ETM et des anions dans différentes conditions de lixiviation et à trouver des solutions adéquates pour limiter leur mobilité. La première partie présente l’évaluation technique et environnementale de bétons prêt à l’emploi formulés en remplaçant partiellement les granulats naturels par diverses fractions granulométriques de mâchefers incorporées à différents taux de substitution. Les résultats démontrent la conformité environnementale du scénario aux exigences règlementaires des Pays-Bas. Par contre, la résistance à la compression est réduite de moitié par rapport à la formulation standard. Un prétraitement des MIDND pourrait améliorer les performances mécaniques. La seconde partie décrit l’influence de prétraitements thermique et chimique sur la mobilité des ETM. Les résultats montrent que l’efficacité du traitement thermique dépend de la température et de l’élément ciblé. Le traitement chimique optimisé lors de cette étude apparait plus efficace. La troisième partie, dédiée à la modélisation géochimique du comportement des mâchefers en scénarios de lixiviation, a permis d’identifier les phases minéralogiques qui contrôlent la mobilité des ETM. Elle montre que les phases majoritaires imposent les paramètres de la solution tels que le pH et par suite, influe sur le relargage des ETM. Ces connaissances facilitent la définition des prétraitements éventuels à appliquer aux MIDND avant valorisation
Valorisation of Municipal Solid Waste Incineration Bottom Ash (MSWI-BA) in building materials in order to reduce their expansive storage in technical burying center and preserve the natural ressources constitutes a challenge. A hindrance of this valorisation is the pollutant potential of metals (especially mineral traces elements MTE) and anions likely to be released in use scenarios. This thesis evaluates the impact of incorporation of MSWI-BA into ready-mix concrete formulation. It helps to improve the understanding of MTE and anions behaviour in different leaching conditions and to find adequate solutions to limit their mobility. The first part presents the technical and environmental performances of ready-mix concrete formulated by partially replacing of the natural aggregates with different size fractions of BA incorporated at different substitution rates. The results demonstrate that the environmental performances of the scenario comply with the regulatory requirements of the Netherlands. On the other hand, the compressive strength is reduced by half compared to the standard formulation. Pretreatment of MSWI-BA could improve the mechanical performances. The second part describes the influence of thermal and chemical pretreatments on the mobility of MTE. The results show that the efficiency of the thermal treatment depends on the temperature and the target element. Optimised chemical treatment used in this study appears to be more effective. The third part, dedicated to the geochemical modeling of BA behaviour in leaching scenarios, allowed us to identify the mineralogical phases that control the mobility of MTE. It shows that the majority phases impose the parameters of the solution such as the pH and consequently, influences on the release of the MTE. This knowledge facilitates the definition of the possible pretreatments to be applied on the MSWI-BA before its valorisation