École Doctorale

ECOLE DOCTORALE

« Mécanique, Energétique, Génie Civil, Procédés »

ED 468

Vous êtes cordialement invités à la soutenance de la thèse de
Gaël, BLANC

Le 14 mars 2017, à 10h00

Amphithéatre Fourier, INSA Toulouse

Développement de nouveaux composites cimentaires à bas module d’élasticité : propriétés mécaniques et durabilité vis-à-vis des sollicitations environnementales

Résumé
Cette thèse, menée dans le cadre d’une Convention Industrielle de Formation par la Recherche (CIFRE) avec l’entreprise MENARD, est consacrée à l’étude de la durabilité d’un procédé particulier de renforcement de sol appelé Colonnes à Module Contrôlé (CMC). Cette application consiste en la mise en place d’un réseau d’inclusions verticales semi-rigides dans un sol afin d’améliorer les caractéristiques globales du terrain avant construction. Ces travaux font suite aux travaux de thèse de François Duplan (2011-2014) sur le développement de nouveaux composites cimentaires destinés à cette application. Dans ce but, il avait optimisé des compositions de mortiers incorporant des granulats spéciaux tels que des billes d’argile expansée ou des granulats en caoutchouc issus du broyage de pneus usagés.

Les effets de l’introduction de ces granulats dans les composites ont été analysés aussi bien à l’état frais qu’à l’état durci et complètent les précédentes analyses de F. Duplan, notamment en termes d’indicateur de durabilité (perméabilité aux gaz, diffusion aux ions chlorures) et de comportement mécanique à long terme (retrait et fluage).

A l’issue d’une analyse environnementale de l’application, trois mécanismes potentiels de dégradation ont été sélectionnés pour des investigations sur la durabilité des CMC : l’attaque acide, l’attaque sulfatique externe et la dégradation par cristallisation de sels. La réalisation d’essais accélérés en laboratoire a permis de mettre en évidence la pertinence du ciment CEM III/C, utilisé actuellement par MENARD, dans la majorité des cas. La faible teneur en C₃A de ce liant permet en effet de limiter la production d’éléments expansifs dans le cas d’une attaque sulfatique externe et sa proportion limitée en hydrates du clinker (en particulier en portlandite) ainsi que le faible rapport C/S des C-S-H assurent une meilleure tenue aux attaques acides. La dégradation par remontée capillaire et cristallisation de sels dépendant avant tout des caractéristiques du réseau poreux et des conditions d’évaporation et beaucoup moins du type de ciment, l’utilisation du ciment CEM III/C présente moins d’intérêt. L’incorporation de granulats en caoutchouc ou de billes d’argile expansée dans les composites ne modifie qu’à la marge leur tenue aux mécanismes de dégradations testés.

La majorité des phénomènes de dégradation de l’application étant liée à la pénétration d’agents agressifs au cœur des composites cimentaires, la prédiction des propriétés diffusives du matériau est essentielle dans l’estimation des risques encourus par l’application. Un nouveau modèle prédictif est proposé et comporte deux échelles d’homogénéisation : la première au niveau de la pâte de ciment et la deuxième au niveau du mortier. Les résultats obtenus par ce modèle sont fidèles aux résultats expérimentaux avec des erreurs relatives inférieures à 15%. L’estimation du coefficient de diffusion est globalement plus précise pour les composites incorporant des billes d’argile expansée que pour ceux incorporant des granulats en caoutchouc, une conséquence de la forme sphérique de ces billes mieux en accord avec les hypothèses du modèle mis en œuvre.

Mots-Clés:
Colonnes à Module Contrôlé, bas module d’élasticité, indicateurs de durabilité, attaque sulfatique externe, attaque acide, cristallisation de sels, modélisation multi-échelle, propriétés de transferts

Etablissement d’inscription
Université Paul Sabatier

Composition du Jury :
Nicolas BURLION, Rapporteur

Geert DE SCHUTTER, Rapporteur

M. Karim AIT MOKHTAR, Examinateur,

Mme Sabine DARSON-BALLEUR, Examinateur,

M. Jean Louis GALLIAS, Examinateur,

Mme Ariane ABOU-CHAKRA, Co-Directeur de thèse, Examinateur

M. Gilles ESCADEILLAS, Co-Directeur de thèse, Examinateur

Anaclet TURATSINZE, Co-Directeur de thèse, Examinateur

Membre invité :
Benoit QUANDALLE, Invité