Sujet de thèse IFSTTAR

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Fiche détaillée :

Titre : Compréhension des mécanismes d’hydratation et de durabilité de bétons bas carbones

Laboratoire principal - Référent principal MAST - CPDM  -  SAILLIO Mickaël      tél. : +33 181668734

Directeur du laboratoire principal ROUSSEL Nicolas  -

Laboratoire 2 - Référent MCD  -  OMIKRINE METALSSI Othman  -    -  tél. : +33 181668363

Spécialité de la thèse Chimie

Axe 2 - COP2017 - Améliorer l'efficience et la résilience des infrastructures

Site principal Marne-la-Vallée

Etablissement d'inscription UNIVERSITE GUSTAVE EIFFEL

Ecole doctorale SCIENCES, INGENIERIE ET ENVIRONNEMENT (SIE)

Directeur de thèse prévu SAILLIO Mickaël  -  Université Gustave Eiffel  -  MAST - CPDM

Co-directeur de thèse prévu OMIKRINE METALSSI Othman  -  Université Gustave Eiffel  -  MCD

Type de financement prévu Contrat doctoral  - Université Gustave Eiffel

Résumé

Afin de réduire l’impact environnemental du béton lié à l’utilisation de ciment CEM I, de plus en plus d’additions minérales (SCM) sont utilisées en substitution[1]. Certaines de ces additions sont considérées comme quasi inertes mais d’autres (ex. les argiles calcinées) participent aux processus chimiques d’hydratation des ciments. L’assemblage final de phase (portlandite, C-S-H, ettringite …) sera donc différent et fonction du type de ciment utilisé tout comme le développement du réseau poreux. Or, c’est par cette porosité que les agents agressifs peuvent pénétrer dans le matériau pour le dégrader. Les propriétés de durabilité du béton peuvent donc être altérées (positivement ou négativement) par l’emploi de ces SCM. De plus, ces SCM n’ont pas la même cinétique de réaction qu’un ciment de type CEM I. A court terme, il est donc nécessaire d’observer l’évolution des réactions d’hydratation à plusieurs échéances. A plus longue échéance, d’autres questions peuvent aussi se poser sur la stabilité à long terme de certains hydrates comme l’ettringite dans ces nouveaux bétons. En effet, dans certaines conditions, cette phase peut se dissoudre et se reformer dans un second temps provoquant la fissuration du matériau (réactions sulfatiques). De plus, la formation d’ettringite dans le matériau durci peut également avoir lieu si des sulfates sont présents dans l’environnement (Réaction Sulfatique Externe au contact de l’eau de mer par exemple). La thèse se focalisera prioritairement sur la stabilité de cette phase dans différentes conditions environnementales mais les essais de caractérisation envisagés (DRX, ATG, FTIR, RMN, porosité par intrusion mercure, profils des sulfates par ICP …) permettront d’avoir aussi une vue globale sur la totalité de l’assemblage de phase et la microstructure.

Certaines de ces matrices cimentaires avec SCM (cendres volantes, laitiers, …) sont étudiées individuellement depuis de longues années. Ici nous nous intéressons plus particulièrement aux nouvelles matrices cimentaires de type LC3 (clinker/calcaire/métakaolin) qui font l’objet de projet de normalisation. Ces matrices cimentaires seront étudiées au cours de la thèse en parallèle de matrices cimentaires de référence avec chacun de ces composés (CEM I seul, CEM I + calcaire, CEM I + Métakaolin). La sélection de matrice cimentaire de type LC3 se fera sur un nombre limité de formulation et en fonction de ce qui est projeté d’être concrètement utilisé sur le terrain.

L’utilisation des méthodes d’investigation (physicochimiques et microstructure) citées avant permettra d’établir un lien clair entre la composition des matrices cimentaires, leur comportement en conditions d’hydratation variées et leur performance à long terme face aux agressions environnementales, notamment l’attaque sulfatique externe. Cette étude contribuera également à l’optimisation des formulations de béton durable, en favorisant l’utilisation de matériaux respectueux de l’environnement tout en garantissant la performance et la sécurité des structures.

Objectifs
- une meilleure compréhension des mécanismes d’hydratation de matrices cimentaires bas carbone
- une meilleure compréhension des mécanismes de durabilité des nouveaux bétons bas carbones
- avoir un regard critique sur la future normalisation de ces nouvelles matrices cimentaires

Références
1 https://lc3.ch/

Mots-clefs: Matériaux bas carbones, Mécanisme chimique d’hydratation, Durabilité, Ettringite

Laboratoire principal - Référent principal	MAST - CPDM - SAILLIO Mickaël tél. : +33 181668734
Directeur du laboratoire principal	ROUSSEL Nicolas -
Laboratoire 2 - Référent	MCD - OMIKRINE METALSSI Othman - - tél. : +33 181668363
Spécialité de la thèse	Chimie
Axe	2 - COP2017 - Améliorer l'efficience et la résilience des infrastructures
Site principal	Marne-la-Vallée
Etablissement d'inscription	UNIVERSITE GUSTAVE EIFFEL
Ecole doctorale	SCIENCES, INGENIERIE ET ENVIRONNEMENT (SIE)
Directeur de thèse prévu	SAILLIO Mickaël - Université Gustave Eiffel - MAST - CPDM
Co-directeur de thèse prévu	OMIKRINE METALSSI Othman - Université Gustave Eiffel - MCD
Type de financement prévu	Contrat doctoral - Université Gustave Eiffel
Résumé Afin de réduire l’impact environnemental du béton lié à l’utilisation de ciment CEM I, de plus en plus d’additions minérales (SCM) sont utilisées en substitution[1]. Certaines de ces additions sont considérées comme quasi inertes mais d’autres (ex. les argiles calcinées) participent aux processus chimiques d’hydratation des ciments. L’assemblage final de phase (portlandite, C-S-H, ettringite …) sera donc différent et fonction du type de ciment utilisé tout comme le développement du réseau poreux. Or, c’est par cette porosité que les agents agressifs peuvent pénétrer dans le matériau pour le dégrader. Les propriétés de durabilité du béton peuvent donc être altérées (positivement ou négativement) par l’emploi de ces SCM. De plus, ces SCM n’ont pas la même cinétique de réaction qu’un ciment de type CEM I. A court terme, il est donc nécessaire d’observer l’évolution des réactions d’hydratation à plusieurs échéances. A plus longue échéance, d’autres questions peuvent aussi se poser sur la stabilité à long terme de certains hydrates comme l’ettringite dans ces nouveaux bétons. En effet, dans certaines conditions, cette phase peut se dissoudre et se reformer dans un second temps provoquant la fissuration du matériau (réactions sulfatiques). De plus, la formation d’ettringite dans le matériau durci peut également avoir lieu si des sulfates sont présents dans l’environnement (Réaction Sulfatique Externe au contact de l’eau de mer par exemple). La thèse se focalisera prioritairement sur la stabilité de cette phase dans différentes conditions environnementales mais les essais de caractérisation envisagés (DRX, ATG, FTIR, RMN, porosité par intrusion mercure, profils des sulfates par ICP …) permettront d’avoir aussi une vue globale sur la totalité de l’assemblage de phase et la microstructure. Certaines de ces matrices cimentaires avec SCM (cendres volantes, laitiers, …) sont étudiées individuellement depuis de longues années. Ici nous nous intéressons plus particulièrement aux nouvelles matrices cimentaires de type LC3 (clinker/calcaire/métakaolin) qui font l’objet de projet de normalisation. Ces matrices cimentaires seront étudiées au cours de la thèse en parallèle de matrices cimentaires de référence avec chacun de ces composés (CEM I seul, CEM I + calcaire, CEM I + Métakaolin). La sélection de matrice cimentaire de type LC3 se fera sur un nombre limité de formulation et en fonction de ce qui est projeté d’être concrètement utilisé sur le terrain. L’utilisation des méthodes d’investigation (physicochimiques et microstructure) citées avant permettra d’établir un lien clair entre la composition des matrices cimentaires, leur comportement en conditions d’hydratation variées et leur performance à long terme face aux agressions environnementales, notamment l’attaque sulfatique externe. Cette étude contribuera également à l’optimisation des formulations de béton durable, en favorisant l’utilisation de matériaux respectueux de l’environnement tout en garantissant la performance et la sécurité des structures. Objectifs - une meilleure compréhension des mécanismes d’hydratation de matrices cimentaires bas carbone - une meilleure compréhension des mécanismes de durabilité des nouveaux bétons bas carbones - avoir un regard critique sur la future normalisation de ces nouvelles matrices cimentaires Références 1 https://lc3.ch/
Mots-clefs:	Matériaux bas carbones, Mécanisme chimique d’hydratation, Durabilité, Ettringite

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