Compréhension de l'altération chimique des matériaux afin d'optimiser leur valorisation dans les filières du Génie civil

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Auteur(s):  Bulteel, David
Date de soutenance : 2011
Éditeur(s) : Université Lille1 - Sciences et Technologies 

Langue : Français
Garant ou directeur :  Damidot, Denis
Classification : Sciences de l'ingénieur
Discipline : Sciences physiques
Mots-clés : Déchets industriels -- Recyclage
Durée de vie (ingénierie) --
Béton -- Détérioration
Granulats -- Réactivité
Réactions alcalis-granulats --
Routes -- Matériaux
Laitiers (métallurgie) -- Réactivité
Chaux --

Résumé : Mes principaux travaux de recherche présentés dans le cadre de cette HDR sont centrés sur le couple durabilité-valorisation des matériaux. En effet, ma préoccupation est de valoriser des matériaux réactifs chimiquement dans des bétons ou des infrastructures routières tout en préservant la durabilité des structures qui les contiennent. Ces matériaux réactifs (roches naturelles ou sous-produits industriels) utilisés comme granulat peuvent conduire à des désordres dimensionnels au niveau des structures qui les incorporent. La démarche de maîtrise des risques que nous avons instaurée est basée, sur une meilleure compréhension des mécanismes de dégradations plutôt que sur une approche empirique. Elle se décline de la façon suivante :1/ Identifier les phases réactives des matériaux à l’origine des expansions ainsi que les réactifs mis en cause dans l’altération de ces phases. Cela passe par des caractérisations chimique, physique et pétrographique très avancées des matériaux à l’état initial et au cours de l’altération. 2/ Cerner les mécanismes d’altération des matériaux et la génération du gonflement induit. Cela nécessite d’identifier les réactions chimiques mises en cause, le rôle de l’ensemble des réactifs et les manifestations physiques qui génèrent l’expansion. 3/ Elaborer des solutions permettant de réduire fortement l’altération des matériaux en limitant la présence ou l’action d’un des réactifs en jeu dans les réactions chimiques. Ainsi, à défaut d’annuler le risque expansif, il s’agit de le contenir afin de respecter les seuils réglementaires mais surtout d’assurer la pérennité des ouvrages. La mise en œuvre de cette démarche s’est faite principalement à travers deux sujets qui constituent le cœur de mon activité de recherche et sur lesquels est basée cette HDR :1/ Une pathologie d’ouvrage appelée la réaction alcali-silice qui affecte de nombreux ouvrages à travers le monde. Cela concerne des dégradations sur bétons dues à l’emploi de granulats naturels à base de phases siliceuses qui sont réactifs vis-à-vis des autres constituants du béton. Ces travaux ont conduit à la définition des variables physico-chimiques d’avancement spécifiques à la RAS sur différents granulats, à la détermination des phases minérales réactives, à la proposition d’un mécanisme réactionnel liant l’altération de la silice à l’expansion des granulats et par conséquent des bétons. La compréhension de ces mécanismes a pour but de formuler à terme des bétons durables non expansifs constitués de granulats réactifs augmentant ainsi la valorisation de ces derniers. La mesure de variables d’avancement physico-chimiques présente également un potentiel en termes d’aide au diagnostic de cette pathologie. 2/ La détérioration des chaussées employant un sous-produit industriel que sont les laitiers de conversion d’acérie LD comme granulat routier. L’altération de la chaux que contiennent les laitiers LD fait gonfler les granulats et entraîne des déformations et des fissurations de chaussées. Les caractérisations physico-chimiques et minéralogiques ont amené une meilleure compréhension du mécanisme d’altération des laitiers LD conduisant à leur instabilité dimensionnelle. Cette étude, couplée à l’analyse du processus industriel à l’origine des laitiers LD, a permis de proposer des orientations permettant la sélection de granulats de laitiers LD ayant un faible risque d’expansion pour des valorisations en techniques routières. Une ouverture est faite sur les conséquences d’un point de vue environnemental de l’altération chimique des matériaux principalement dans le cas de la valorisation de déchets et de sous-produits industriels. En effet, ces derniers peuvent contenir des polluants, il est donc essentiel d’évaluer le risque potentiel de leur émission dans l’environnement.


Résumé (anglais) : 


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