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Formulation et caractérisation d'un composite cimentaire biofibré pour des procédés de construction préfabriquée Jonathan Page

Description

Directeur :
Mohamed Boutouil
Date de début :
15/09/2014
Date de fin :
11/12/2017
Résumé
Les enjeux économiques liés à la hausse des coûts des ressources fossiles, leur raréfaction, et les impacts environnementaux inhérents à leur fabrication et à leur utilisation, conduisent les acteurs de la construction à s’orienter vers des matériaux biosourcés. Les ressources issues de la biomasse sont alors au premier plan, celles agricoles notamment, dont les fibres provenant des tiges des plantes. Parmi ces fibres, le lin se démarque en raison de ses propriétés mécaniques élevées et sa faible densité, et sa disponibilité en Normandie. L’objectif de cette étude est de développer un matériau composite innovant par l’association des fibres de lin à une matrice cimentaire, qui sera utilisé dans des procédés de construction préfabriquée. Après la caractérisation fine des constituants de départ, nous avons d’abord décrit en détail l’élaboration des mortiers et bétons biofibrés avec un focus sur la méthodologie de formulation. Puis nous avons analysé l’influence de l’incorporation des fibres de lin sur les propriétés rhéologiques (air occlus, consistance, ouvrabilité et fluidité) et physico-chimiques (pH, ATG). Les propriétés physiques (porosité, module d’élasticité) et mécaniques (contraintes à la rupture, indice de ténacité) ont été mesurées par des essais de flexion et de compression à l’état durci. Ces résultats montrent nettement que la présence des fibres de lin réduit de façon importante les propriétés technologiques des pâtes cimentaires, du fait la sensibilité des fibres au milieu très alcalin et de leur caractère fortement hydrophile. Bien que les traitements de surface des fibres expérimentés (plasma atmosphérique, enrobage coulis de ciment et laitier de hauts fourneaux ou à l’huile de lin) aient permis d’améliorer certaines propriétés des mortiers, ils n’ont pas permis de réduire dans le temps la dégradation des fibres au sein de la matrice cimentaire (hydrolyse alcaline des fibres et leur minéralisation sous l’action de l’hydroxyde de calcium). Il apparaît donc nécessaire de recourir à des liants alternatifs pour tenter d’améliorer la durabilité de ces biocomposites à fibres végétales. Ainsi, de nouvelles formulations de mortiers et bétons sont proposées, dans lesquelles le ciment Portland est remplacé partiellement par le métakaolin / le laitier de hauts fourneaux ou totalement par un ciment sulfo-alumineux, sans préjudices pour le comportement rhéologique. L’étude des nouveaux composites formulés avec le métakaolin ou le ciment sulfo-alumineux indique des niveaux de résistance mécanique et de ténacité élevés. Leurs résistances au gel supérieures au béton classique ou celui incorporant des fibres de verre tient à la forte teneur en air (les fibres jouent un rôle d’agent entraîneur d’air).
Type de financement :
Convention CIFRE
Laboratoire :
Laboratoire de l'ESITC Caen
Entreprise(s) partenaire(s) :
École doctorale :
Physique, Sciences de l’Ingénieur, Matériaux, Énergie
Cette thèse est en cours.

Mot(s)-clé(s)

  • Comportement physique et mécanique
  • Composites
  • Durabilité
  • Éco-Construction
  • Essais de laboratoire
  • Matériaux