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Développement d’une méthode de réparation des matériaux cimentaires fissurés par biocicatrisation

/ Feurgard Ivan / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Université de Sherbrooke (Québec, Canada) / 20-12-2017
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La biocicatrisation, reposant sur la formation de carbonate de calcium (CaCO3) biosourcé au sein des matériaux cimentaires fissurés, est une alternative durable et écologique aux résines synthétiques. Cette thèse a pour objectif de créer une méthode de biocicatrisation de fissures d’ouvertures comprises entre 150 et 500 µm, en y injectant des bactéries par le biais d’un milieu épaissi favorisant la précipitation de CaCO3 biosourcé. Ce travail de thèse repose sur trois axes : la conception d’un milieu épaissi injectable, l’optimisation de la bioproduction de CaCO3 par la souche bactérienne B. pseudofirmus dans le milieu épaissi, et la biocicatrisation de matériaux fissurés à différentes échelles allant de l'éprouvette de mortier à la dalle de béton, in vitro et in situ. Les essais réalisés ont permis de formuler une suspension thixotropique et rhéofluidifiante à base de Welan et d’Attagel, pouvant être injectée efficacement et sans drainage dans des fissures de 150 à 800 µm d’ouverture. L’ajout d’épaississants n’a pas d’impact sur la croissance bactérienne et augmente la production de CaCO3 par les bactéries. A l’issue du traitement de biocicatrisation, la bioproduction de CaCO3 au sein des fissures a pu être démontrée par microscopie. Celle-ci, combinée avec le dépôt d’argile formé dans les fissures, contribue à leur colmatage et des fissures de 200 µm ont pu être totalement colmatées. Cette thèse a permis de mettre au point une méthode de biocicatrisation se démarquant par sa facilité d’emploi et le cumul entre colmatage abiotique et biologique.

Contribution à l’élaboration de sables de mâchefers améliorés en vue d’une valorisation dans la formulation de matériaux cimentaires

/ Minane Jacques Rémy / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 06-11-2017
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Ce travail de recherche doctorale s’intéresse spécifiquement aux déchets granulaires minéraux issus de mâchefers d’incinération de déchets non dangereux (MIDND). Il vise à l’élaboration de sables de mâchefers mieux épurés que les MIDND classiquement produits en sortie d’usine ou d’installation dans une finalité de valorisation à plus forte valeur ajoutée dans une matrice cimentaire. Dans une première partie, une méthodologie de traitement pour l’élaboration de sables de mâchefers mieux épurés que ceux standards au sens enlèvement des métaux ferreux et non-ferreux est proposée. Cette méthodologie repose sur un broyage de la fraction 0-20 mm des MIDND par le procédé BHS. La fraction 0-4 mm majoritaire obtenue est traitée par des tambours magnétiques à pôles axiaux et par de séparateur à courants de Foucault NES4T de STEINERT. Dans une seconde partie, une caractérisation physique, chimique, minéralogique et environnementale des sables de mâchefers non traités et améliorés est effectuée. Dans une finalité de valorisation en matrice cimentaire, la troisième partie de la thèse s’est focalisée sur la fraction la plus problématique des MIDND, à savoir la fraction 0-2 mm. Les fractions granulaires 0-2 mm élaborées sont utilisées en substitution volumique partielle (50% et 75%) et totale (100%) d’un sable de référence normalisé dans la formulation de mortiers cimentaires. Une caractérisation physique, mécanique et environnementale des mortiers confectionnés est réalisée à différentes échéances de cure humide, jusqu’à 180 jours. Les résistances mécaniques des mortiers à base de mâchefers sont encourageantes et prometteuses. Enfin, une caractérisation des pâtes de ciment incorporant des sables de mâchefers est effectuée par la technique d’indentation instrumentée à travers la détermination du module élastique et la dureté.

Etude du potentiel de valorisation de la Bauxaline® en matériaux de construction et de dépollution

/ Scribot Cyril / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 26-04-2017
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Les boues rouges sont des sous-produits industriels issus de l’extraction d’alumine à partir de minerais de bauxite via le procédé Bayer. Le traitement de ces boues par filtre presse permet de réduire leur teneur en eau et d’obtenir un produit pelletable dénommé Bauxaline par l’usine Alteo de Gardanne, le tonnage annuel est de 300 000 t/an. Plusieurs applications ont été envisagées pour ce sous-produit industriel: matériaux de terres cuites, coulis, granulats légers et médias filtrants de dépollution. L’incorporation de la Bauxaline dans les matériaux de terres cuites vise la fabrication de tuiles. Les essais réalisés à l’échelle du laboratoire ont permis de mettre en évidence que l’argile naturelle est substituable par de la Bauxaline à hauteur de 30%. Ce taux de substitution permet de répondre aux exigences mécaniques et environnementales, aux contraintes sanitaires liées à la radioactivité naturelle de la Bauxaline. Aussi, l’incorporation de Bauxaline apporte une valeur ajoutée aux matériaux de terres cuites en permettant d’obtenir une teinte intéressante pour un fabricant de tuiles souhaitant élargir sa gamme. L’étude de formulation de coulis auto-compactants et de granulats légers a permis de démontrer la faisabilité aux niveaux mécaniques et environnementaux de l’incorporation de la Bauxaline avec des taux de substitution significatifs. La filière dépollution est également une voie intéressante : les granulés formulés à partir de Bauxaline présentent une bonne réactivité vis-à-vis des ions phosphates. Economiquement, cette piste de valorisation est aussi prometteuse : la Bauxaline constitue un matériau peu onéreux en comparaison aux médias filtrants du marché.

Inhibition de la réaction alcali-silice par le lithium : efficacité en milieu modèle et en matrice cimentaire et compréhension des mécanismes d’inhibition

/ Rousselet Angélique / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 13-12-2016
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La réaction alcali-silice (RAS) est une réaction de dégradation des bétons. Le lithium est connu pour ses qualités d’inhibiteur de la RAS, malheureusement les quantités nécessaires à l’inhibition sont variables et les mécanismes par lesquels il agit sont encore mal connus. Les travaux menés au cours de cette thèse ont pour but d’évaluer l’efficacité du lithium à inhiber la RAS, ainsi que d’améliorer la compréhension de ses mécanismes d’action. L’efficacité de cinq composés de lithium a tout d’abord été évaluée en milieu modèle (milieu simplifié simulant la RAS), à l’aide d’un granulat réactif : le silex. Le suivi de paramètres physico-chimiques traduisant l’altération de la silice avec l’ajout de lithium a révélé que l’inhibition de la RAS n’évolue pas de manière linéaire avec la quantité de lithium introduite (effet seuil) et que le contre-ion accompagnant le lithium n’a pas d’effets sur l’inhibition. Le suivi de l’expansion d’éprouvettes de mortier contenant différentes quantités de LiOH pour trois granulats différents a également révélé la présence d’un effet seuil à l’efficacité du lithium. Afin de valoriser des déchets industriels, deux scories lithinifères ont été employées dans des mortiers et l’une d’elles s’est avérée capable d’inhiber la RAS par son contenu en lithium. Pour améliorer la compréhension des mécanismes d’inhibition, des éprouvettes de mortier dopées en LiOH ont été caractérisées par des techniques permettant de détecter le lithium telles que la ToF-SIMS. Celle-ci a révélé la présence du lithium au cœur des grains de silex dans une formulation inhibée, suggérant ainsi que le lithium inhibe la RAS en accroissant la stabilité de la silice réactive.

Modalités de transferts de l’arsenic et du chrome au sein d’un substrat naturel argileux : influence des conditions physico-chimiques et de la présence de ligands

/ Deparis Coralie / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 08-12-2016
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La compréhension du transfert des polluants et leurs mobilités dans les sols permet une meilleure approche des risques environnementaux. Elle nécessite une bonne caractérisation du substrat recevant le polluant, la connaissance de l’état de spéciation du polluant et des mécanismes de rétention mis en place : sorption, précipitation, complexation. Les mécanismes de transfert de l’arsenic (As) et du chrome (Cr) sur un substrat naturel sont étudiés dans le cadre de cette thèse. Le substrat, issu de la formation géologique de Gault, est composé majoritairement de quartz, mica et d’argile (Illite, Smectite, Kaolinite) avec la présence d’oxyde de fer sous forme de goethite. La méthodologie expérimentale repose sur une gamme de tests variée de type batch de sorption/désorption, DGT (Diffusif Gradient in Thin film), extractions séquentielles, colonnes. Un modèle géochimique de complexation de surface (MCS) est également mis en place pour approfondir la compréhension de la sorption d’As et du Cr. Les résultats montrent une rétention importante d’As (V) via des mécanismes de sorptions spécifiques sur les argiles et les oxydes de fer du substrat ainsi qu’une forte sensibilité de la sorption à la présence de phosphates dans le milieu. La sorption de Cr (VI) sur le substrat est faible. La rétention de Cr est donc soumise au processus de réduction de Cr (VI) en Cr (III), Cr (III) étant thermodynamiquement stable sous forme précipité dans une large gamme de pH-Eh. L’utilisation du MCS comme outil prédictif nécessite la levée de certains freins, liés aux systèmes complexes, mais permet de confirmer les hypothèses émissent à partir des résultats expérimentaux.

Formulation de matériaux de construction à base de sous-produits industriels avec des méthodes issues de l’intelligence artificielle

/ Sadok Abdelfeteh / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 20-10-2016
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La question environnementale est désormais une préoccupation majeure pour les gouvernements et les industriels. La gestion efficace des déchets s’inscrit dans les actions prioritaires dans une optique d’économie circulaire. Cette gestion efficace préconise en premier lieu la valorisation maximale des déchets. Le domaine du génie civil est particulièrement concerné. La valorisation des matériaux alternatifs dans le domaine du génie civil connaît un essor important ces dernières années, toutefois cette pratique connait certaines limites, notamment le manque de réglementation claire et surtout le manque d’outils et méthodes de formulation adaptées et adaptables à l’utilisation des matériaux alternatifs. Dans ce contexte, le présent travail porte sur la mise en place de méthode de formulation de matériaux de construction à base de sous-produits industriels. Cette méthode hybride basée sur des outils de l’intelligence artificielle, combine les Algorithmes Génétique (AG) comme outils optimisation multiobjectifs et la Programmation Génétique (PG) dans ses deux versions, la PG classique et la MGGP (MultiGène Genetic Programming) comme outils de modélisation des problèmes complexes par Apprentissage Automatique (Machine Learning). La méthode de formulation des matériaux de construction à base de sous produits industriels, proposée dans ce travail a été testée sur deux cas d’étude (la formulation de bétons à hautes performances et la formulation de mortiers à base de matériaux alternatifs ou multi-déchets) et validée par des testes au laboratoire. Les résultats obtenus sont concluants et très prometteurs.

Influence de l’humidité des granulats de béton recyclé sur le comportement à l’état frais et durcissant des mortiers

/ Le Thang / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 14-12-2015
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L’amélioration des techniques de caractérisation des granulats de béton recyclé (GBR) et une meilleure compréhension des propriétés des bétons fabriqués avec ces derniers permettraient de promouvoir l’utilisation des GBR. Ce travail vise à étudier l’influence de l’état de saturation des sables recyclés (SR) sur le comportement à l’état frais et durcissant des mortiers. La première partie de ce travail consiste à étudier l’absorption d’eau d’un SR par différentes méthodes. Les résultats montrent que l’absorption d’eau du SR est plus importante que celle du sable naturel (SN). Cependant, la valeur d’absorption d’eau du SR dépend étroitement de la méthode employée et du mode de pré-saturation. La deuxième partie est dédiée à l’influence de l’état de saturation sur la maniabilité des mortiers. Les résultats montrent que l’état de saturation initial, le mode de pré-saturation et le temps de pré-saturation influencent significativement la maniabilité des mortiers. L’influence de l’état de saturation du SR sur le comportement à l’état durci est ensuite étudiée à partir de deux mortiers contenant du SR à l’état sec et sursaturé. La microstructure est examinée au microscope électronique à balayage (MEB) associée à l’analyse d’images et également par essai d’indentation sous MEB. La résistance des mortiers contenant du SR est moins importante que celle des mortiers contenant du SN. L’état de saturation initial du SR influence peu la résistance en compression, la méso-porosité totale de la nouvelle zone d’interface (ITZ) et la dureté de la matrice cimentaire. En revanche, l’état de saturation du SR influence significativement la distribution de la méso-porosité dans la nouvelle ITZ.

Étude du potentiel d'autocicatrisation et de biocicatrisation de matériaux cimentaires fissurés

/ Ducasse-Lapeyrusse Jean / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Université de Sherbrooke / 18-12-2014
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Les bactéries peuvent favoriser la formation de calcite. Leur utilisation au sein des matériaux cimentaires permettrait de colmater des fissures avec ce produit compatible et durable. L'objectif principal de cette thèse est de comprendre les mécanismes de la biocicatrisation des matériaux cimentaires afin d’accélérer la cinétique et maximiser le colmatage de fissures importantes (>200 µm). L'approche de biocicatrisation étudiée consiste à imprégner les fissures à l'aide d'un milieu de culture (milieu précurseur) contenant des bactéries. 3 aspects sont étudiés : les mécanismes abiotiques de cicatrisation (sans bactéries) des fissures de mortier, la croissance bactérienne in vitro, et la biocicatrisation des fissures de mortier. L'étude des mécanismes abiotiques porte sur l'autocicatrisation naturelle et sur l'influence des milieux précurseurs (urée, lactate de calcium et gluconate de calcium) sur la cicatrisation. L'influence d'une carbonatation initiale des fissures est aussi évaluée. L'étude sur les bactéries vise à suivre leur développement et à sélectionner le milieu de culture. L'étude de la biocicatrisation consiste à suivre la cicatrisation de fissures soumises aux traitements bactériens sélectionnés. Des fissures importantes (>200 µm) peuvent être réduites à 80 % par l'action des bactéries. Certains précurseurs ont un rôle important sur la cicatrisation de fissures fraichement ouvertes : en contact avec la pâte de ciment ils favorisent la formation d'ettringite qui comble partiellement les fissures. Il n'y a pas d'effet de ces précurseurs sur les fissures préalablement carbonatées.

Réaménagement des friches industrielles en milieu urbain : approche communicationnelle systémique pour une amélioration de la décision des maîtres d'ouvrage

/ Valeyre Thomas / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 11-12-2014
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Les friches industrielles en milieu urbain représentent un grand potentiel de redéveloppement urbain mais l’aménagement sur les sites et sols polluées complexifie la prise de décision. Ces décisions sont basées sur des informations fournies par un grand nombre d’acteurs. Une méthode d’étude par la systémique communicationnelle a été retenue. Afin de modéliser ce système pour le réaménagement des friches industrielles, une méthodologie basée sur le retour d’expérience a été mise au point. Une grille a été construite dans le but de recueillir, pour chacune des sept phases des projets de réaménagement, les typologies d’acteurs, les typologies de données qu’ils acquièrent en urbanisme et en environnement et les problèmes que rencontrent ces acteurs. Enfin, un ensemble de règles permettant de modéliser l’évolution des données dans la dimension informationnelle a été défini. Les grilles de recueil ont été appliquées à trois terrains d’études. Une validation croisée des données par la méthode de triangulation en sciences humaines a été réalisée. Ces données a ensuite été utilisées pour modéliser le système communicationnel. Les résultats de la validation croisée ont montré que, les typologies d’acteurs et de données étaient fiables de par leur répétabilité. Cependant, des faiblesses ont été détectées en fin de projet : il a été difficile d’identifier les données utilisées. La structure du modèle a été étudiée et a montré que la structure des échanges était simple. Ensuite, les problèmes rencontrés par les différents acteurs ont été analysés. Ces problèmes sont principalement concentrés sur deux phases du projet : la première et la cinquième. Il a été démontré que les problèmes rencontrés sont liés à l’acquisition des données. Ce manque de données engendre des incertitudes pouvant remettre en cause le projet. En termes de perspectives, il faudrait réaliser des interviews complémentaires pour identifier les typologies manquantes en fin de projet.

Prétraitement et traitement des sédiments fluviaux en vue d’une valorisation en technique routière

/ Kasmi Abdelhafid / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 05-12-2014
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L’objectif de ce travail de thèse porte principalement sur la valorisation des sédiments fluviaux en couche de fondation. La caractérisation de ces sédiments nous a permis de dresser une fiche d’identité détaillée de ces sédiments incluant les propriétés physico-chimiques géotechniques et environnementales. Cette caractérisation s’avère être primordiale avant toute démarche de valorisation pour évaluer le potentiel d’utilisation des sédiments en technique routière. La déshydratation des sédiments est un prétraitement souvent indispensable. Nous avons pour cela optimisé leur déshydratation en utilisant la méthode dite de « lit de séchage ». L’influence de la déshydratation par l’ajout de polymères (adjuvant de floculation) sur les caractéristiques intrinsèques des sédiments a été explorée. Afin d’améliorer les performances mécaniques des sédiments, plusieurs traitements ont été mis aux point et expérimentés tel que les traitements aux liants hydrauliques ou l’ajout de renforts granulaires. Ces différents traitements ont été testés sur des sédiments floculés et non floculés. Pour l’optimisation de la compacité des mélanges sédiments fluviaux-ajouts granulaires (Sable Bolonnais), nous avons utilisé le modèle d’empilement compressible. Sur la base des résultats obtenus, nous avons réalisé une planche expérimentale dont l’objectif est de valider notre approche de valorisation. Un suivi mécanique et environnemental ainsi qu’une analyse des eaux de ruissèlements et de percolation ont été réalisés. Les résultats obtenus en laboratoire et in-situ nous confortent dans la perspective d’une utilisation des sédiments fluviaux en couche de fondation.

Cité Scientifique BP 30155 59653 VILLENEUVE D'ASCQ CEDEX Tél.:+33 (0)3 20 43 44 10