Ma thèse de doctorat doit contribuer à la diminution du gaspillage des ressources naturelles (en particuliers les sables naturels) en étendant leur acceptabilité dans les enrobés bitumineux. La compréhension de l’effet des particules nocives, notamment la fraction argileuse contenue dans les sables, sur le comportement des mélanges bitumineux est visé. Pour évaluer le niveau de nocivité des particules fines, le test d'adsorption du bleu de méthylène noté MB (EN13043, NF EN 933-9) est appliqué, mais un tel test a été modifié à quatre reprises au cours des 22 dernières années tandis que la valeur de bleu limite, utilisée pour déterminer la conformité ou non du sable, n’a pas été modifiée. Le projet de thèse vise à modifier cette valeur limite pour étendre la gamme de sable utilisable. Cet objectif sera atteint grâce à l’identification de la composition minéralogique des sables, une recherche sur la meilleure manière de quantifier les phases qui composent les sables et une meilleure compréhension du rôle de la fraction fine sur la durabilité et les pathologies des mélanges bitumineux. Le travail de thèse est organisé en différentes tâches : 1. Tester le protocole de mesure de la valeur de bleu. Nous voulons comprendre l'effet de différents facteurs (tels que l'échantillonnage, la cinétique des additions de bleu, la température de séchage du sable avant l’essai ...) sur la mesure de la valeur de bleu. Le développement d'un appareil automatique ou d'une nouvelle méthode (qui sera validée par comparaison avec les résultats obtenus à partir de la méthode standardisée) est prévu.2. Établir une corrélation entre la valeur de bleu (ou d'autres paramètres à trouver) et la quantité de phases minérales présentes dans les sables. Un jeu de données a d’ores et déjà été établi au cours de mon stage de master. Pour atteindre cet objectif, les différentes méthodes de quantification (utilisant en particuliers la diffraction de rayons X) doivent être testées et comparées.3. Corréler la valeur de bleu couplée à la nature minéralogique des particules fines avec le comportement mécanique des mélanges sable/bitume. Nous allons étudier la dégradation en présence d’eau des propriétés du matériau bitumineux (par exemple l'adhésion du liant bitumineux sur granulat) et le rôle de la couche de particules fines qui entourent les grains de sable sur les propriétés mécaniques de ce matériau. Nous espérons comprendre en particulier l'effet de la présence d’argile gonflante dans les matériaux constitutifs de la chaussée bitumineuse.4. Améliorer le comportement des granulats non conformes par l’application d’un traitement. Après l'identification de l'origine des pathologies (nous faisons l'hypothèse que les argiles gonflantes jouent un rôle majeur), nous proposons d'appliquer un traitement en ajoutant de la chaux (ou de traiter en ajoutant des déchets qui contiendraient des substances actives comme la chaux), et de tester également l’utilisation de polymères ou du greffage avec des composés organiques des argiles comme traitement / Siliceous fines (clays) in fine aggregates used for AC pavement stimulate the moisture entering the bitumen-aggregates interface in AC mixture and create channels for water penetration. MB adsorption for qualifying fine aggregates is in accordance with the layer charge and the accessibility of consisted mineralogy in fine aggregates. However, the correlation between MB qualification for fine aggregates and fine aggregates triggering moisture susceptibility of AC mixture has not ever been addressed; moreover, the questions from MB adsorption still remain to be solved. In order to evaluate the stripping and to clarify MB adsorption on fine aggregates from a mineralogical perspective, the most common clays in natural aggregates, kaolinite, illite and montmorillonite, were extracted from their clay rocks, and used to prepare thin clay film, artificial fine aggregates and asphalt concrete mixtures consist of artificial fine aggregates. Moreover, the 5 blinded fine aggregates received from quarries without any given information were applied as the blinded experiments to confirm the practicability with mineralogical diversity. The mineralogical analysis was identifying and quantifying the mineral phases in extracted clay and fine aggregates by using X-Ray diffraction, and the quantitative results were judged by complementary test. MB adsorption was studied using drop method, UV-Photometer method and cation exchange capacity from clays and aggregates. Water-bitumen-clay interaction was studied using the sessile drop and the Oliensis spot tests on those thin clay films. The water intrusion routes in AC mixture was investigated immersing AC mixture in solution with chemical probe, whereas Duriez tests allowed measuring the moisture susceptibility of AC mixtures containing varied clay mineralogy in fine aggregates. The results show that clay mineralogy is in relation to water-bitumen-clay interaction, and it is agreed by moisture susceptibility of AC mixture indicated by Duriez test. With the dispersive nature bitumen used in this study, cohesive failure is in the light of kaolinite-AC mixture in the presence of water, whereas swelling property is responsible for the stripping in illite- and montmorillonite- AC mixture. In order to exclude the physical interferences on MB adsorption, the vale of 100% of MB adsorption on fine aggregates referred to CEC value is necessary to apply, and MB value measured from drop method efficiently excludes the significant impacts from layer charge, pH value and exchangeable cations. Although MB adsorption is in relation to clay mineralogy, this test does not sufficiently indicate the stripping of AC mixture occurred by clay in fine aggregates. There are still rooms to use the non-qualified fine aggregates for the use of AC pavement. As Rietveld method from X-Ray diffraction derives the most reasonable quantitative results, the X-Ray powder diffraction and the X-Ray orientated EG treated K-saturated clay diffraction are proposed for analyzing clay mineralogy and its swelling property for judging the use of non-qualified fine aggregates for AC mixture.MB2 and Duriez0.8 surfaces can be established on clay mineralogical map since we discovered MB adsorption and moisture susceptibility are related to clay mineralogy in fine aggregates. The fine aggregates which is not qualified by MB adsorption is going to confirm the possibility for the use of AC pavement by the mineralogical analysis through X-Ray diffraction. By adopting the quantitative results of clay on mineralogical map with Duriez0.8 surface and the swelling property of clays in fine aggregates, the use of fine aggregates for AC pavement can be properly judged according to water-bitumen-aggregates interaction and stripping which has been proved in this study

Dans le cadre de la déposition géologique profonde des déchets radioactifs, l'argile de Boom est choisie comme une des formations hôtes potentielles dans le programme belge. Par sa formation géologique, cette argile est considérée comme un matériau isotrope transversal. En effet, l'anisotropie de ses propriétés hydraulique et thermique a été mise en évidence dans plusieurs études. Il apparait maintenant nécessaire de mener une étude complète sur son comportement anisotrope. Sur le plan expérimental, l'anisotropie des propriétés thermo-hydro-mécaniques de l'argile de Boom a été mise en évidence à l'aide des mesures de la conductivité thermique, de la conductivité hydraulique, et du module de cisaillement. Grâce à ces mesures sur des carottes fraichement forées, l'endommagement dû à l'excavation de la galerie a été identifié (dans la zone près de la galerie « Connecting » à Mol, Belgique) et modélisé par un modèle empirique dont la variable d'endommagement est basée sur le volume des macro-pores. Ensuite, l'anisotropie du comportement en condition K0 a été étudiée en analysant le comportement de trois types d'éprouvettes différents (0°, 45° et 90° au plan du litage) pendant et après la re-saturation dans des cellules oedométriques et triaxiales à plusieurs états de contraintes différents. Enfin, le comportement anisotrope en condition triaxiale a été étudié en réalisant des essais triaxiaux sur trois types d'éprouvettes. Au cours de ces essais, les mesures des vitesses d'ondes Vs et Vp ont été également effectuées à l'aide des éléments piézoélectriques encastrés dans deux embases supérieure et inférieure d'une cellule triaxiale. Ces résultats ont permis de déterminer les paramètres de l'élasticité anisotrope. Sur le plan de modélisation, un modèle anisotrope avec huit paramètres anisotropes (cinq paramètres élastiques et trois paramètres plastiques) a été développé, en utilisant la théorie de Bohler (Boehler et Sawczuk, 1977). Ce modèle est basé sur un modèle élasto-plastique isotrope à deux surfaces de charge validé précédemment pour l'argile de Boom (Hong, 2013). La validation de ce modèle anisotrope a été réalisée grâce aux résultats expérimentaux des essais oedométriques et triaxiaux obtenus dans cette étude / In the program of deep geological radioactive waste disposal in Belgium, Boom Clay has been chosen as one of the potential host rocks. Due to the geological stratification, this stiff clay has been regarded as a transverse isotropic material. The anisotropy of its hydraulic and thermal properties was shown in several studies. It seems necessary now to conduct a more in-depth study on the anisotropic behaviour of Boom Clay. In terms of experimental works, the anisotropy of the thermo-hydro-mechanical properties of Boom Clay was evidenced using measurements of thermal conductivity, hydraulic conductivity and small-strain shear modulus. Through these measurements on freshly cored Boom Clay samples, the damage due to excavation of the gallery was identified (in the zone near the Connecting gallery at Mol, Belgium) and modelled using an empirical model in which the damage variable is based on the volume of macro-pores. Afterwards, the anisotropy behaviour under K0 condition was studied by analysing the behaviour of three types of specimens (0°, 45°, and 90° to the bedding plane) during and after the re-saturation in the triaxial and oedometer cells under different stress states. Finally, the anisotropic behaviour under triaxial condition was investigated through several triaxial tests on three types of specimens. During these tests, the velocity measurements of seismic waves Vs et Vp were performed thanks to the bender elements installed in the upper and bottom bases of a triaxial cell. These results were used to determine the parameters of anisotropic elasticity. In terms of modelling works, an anisotropic model with eight anisotropic parameters (fives elastic parameters and three plastic parameters) was developed using the theory of Boehler (Boehler et Sawczuk, 1977). This model is based on an elasto-plastic isotropic model with two yield surfaces elaborated previously for Boom Clay (Hong, 2013). The validation of this anisotropic model was made based on the results obtained from oedometer and triaxial tests performed in this study

Cette thèse porte sur la relation entre le procédé de préparation et la structure des nanocomposites polypropylène/argile. Les échantillons ont été préparés au mélangeur interne dans un premier temps. Des observations au microscope électronique à balayage, complétées par des analyses en diffraction des rayons X ainsi que des mesures rhéologiques ont permis de caractériser l’état de dispersion de l’argile à différentes échelles au sein du matériau. Nous avons comparé trois argiles organophiles et montré que la compatibilité chimique entre l’argile et la matrice est un facteur primordial afin d’obtenir une bonne dispersion : la Cloisite 20 et la Dellite 67G montrent de bons états de dispersion à toutes les échelles au contraire de la Cloisite 30B. Nous avons ensuite mis en évidence l’influence de la vitesse de rotation ainsi que du temps de mélange sur l’état de dispersion de l’argile. Le seuil de percolation de l’argile dans le polypropylène a été déterminé. Le lien entre état de dispersion et cristallinité du polypropylène a également été étudié.Les échantillons ont ensuite été préparés par extrusion bivis. L’influence de la vitesse de rotation sur l’état de dispersion de l’argile a été mise en évidence, tout autant que la dégradation de la matrice aux plus fortes vitesses. L’évolution de l’état de dispersion le long de la vis a montré que si l’intercalation était rapidement atteinte sur la vis, l’exfoliation progressait linéairement avant de saturer sur les dernières zones. L’utilisation d’une température de régulation plus faible ou d’une matrice plus visqueuse n’ont pas permis d’améliorer l’état de dispersion de l’argile ni d’éviter la dégradation de la matrice. Enfin, l’utilisation du logiciel Ludovic© a permis de mieux appréhender les phénomènes thermomécaniques mis en jeu lors de l’extrusion, mais également d’optimiser le procédé. / This PhD focuses on the relationship between the preparation process and the structure of polypropylene/clay nanocomposites. First, the samples were prepared via an internal mixer. Scanning electron microscopy observations, completed by X-ray diffraction analysis and rheology measurements enabled us to characterize the clay dispersion state in the nanocomposite at different scales. Three organoclays were compared. It was shown that the chemical compatibility between the clay and the matrix was essential to ensure a good dispersion: Cloisite 20 and Dellite 67G showed good dispersion states at all scales, whereas Cloisite 30B did not. The influence of rotor speed and mixing time on the clay dispersion state was shown. The percolation threshold of the clay was determined. The link between dispersion state and crystallinity was also studied.The samples were then prepared via a twin-screw extruder. The influence of screw speed on the clay dispersion state was demonstrated, as well as the matrix degradation at high screw speed. The evolution of the dispersion state along the screw profile showed that intercalation was reached early in the screw profile, whereas exfoliation evolved linearly until the last mixing elements. A lower barrel temperature, as well as a more viscous matrix did not improve the clay dispersion state, and did not prevent the matrix degradation. Finally, the Ludovic© software allowed us to apprehend the thermomechanical phenomena involved during extrusion, but also to optimize the process.

La nature complexe de l'argile a amené les chercheurs à s’intéresser à ses comportements mécaniques et microstructure. L'objectif de cette recherche est d'étudier l'influence des chemins de contrainte triaxiaux sur le comportement mécanique et sur les mécanismes qui se produisent au niveau microstructural. L’étude est réalisée en considérant à un niveau de contrainte donné, le phénomène de dilatance est approché suivant des chemins de contraintes différents. Dans un deuxième temps, l’étude se porte sur l’influence de la succion sur le comportement. Pour les argiles remaniées saturées, le comportement dilatant à un niveau de contrainte donné, atteint par deux chemins de contrainte différents a été finement analysé. L’influence du niveau de contrainte a été également abordée dans le cadre de cette étude. L’analyse microstructurale a été analysée à différentes échelles au moyen de différentes méthodes. Au niveau macroscopique, les résultats ont montré que, pour un niveau de contrainte donné, le comportement volumétrique est fonction du chemin de contrainte. La dilatance est activée dans le cas d’argiles surconsolidées principalement lorsque le chargement est purement déviatorique. Au niveau microscopique, les résultats mettent en évidence cinq modes d’orientation des particules qui pourraient être activés sous chargement triaxial. Les résultats révèlent que l’apparition de la dilatance dans les argiles remaniées fortement surconsolidées peut être attribuée à l'arrangement tortueux des particules d'argile, l'ouverture des micropores ainsi que la formation et l’ouverture de fissures mésoscopiques. Pour les argiles remaniées non saturées, les études sont réalisés par les essais macroscopiques et mésoscopiques sur l'argile Kaolin K13 et un mélange kaolinite-montmorillonite. L’évolution des succions a été mesurée au moyen d’hygromètres placés dans les extrémités supérieure et inférieure d’échantillon. Les résultats démontrent que la contrainte déviatorique d’argile non saturée, lorsque la succion est forte, commence par augmenter jusqu'à un sommet puis diminue pour rejoindre une valeur résiduelle. La résistance au cisaillement d’argile non saturée augmente généralement avec la contrainte moyenne et la succion. Cependant, dans nos essais à succion très élevée le développement d’une fissuration lors du séchage a conduit à perdre l’homogénéité du matériau et à réduire la résistance au cisaillement de l’éprouvette / The complex nature of clay has aroused great interest of researchers in its mechanical behaviour and microstructure. The objective of this research is to examine the influence of triaxial stress paths on the mechanical behaviour of remoulded clay and the mechanisms that occur at the microstructural level. The dilatancy phenomenon is particularly investigated considering a given stress level reached by following different stress paths. In the second part, this research focuses on the influence of suctions on the mechanical behaviour. For the saturated remoulded clay, the dilative behaviour at a given stress level, reached by following two different stress paths was analysed in detail. The influence of stress levels was also examined in this research. The microstructural analysis was conducted at different scales by means of different methods. The macroscopic results of saturated clay show that, at a given stress level, the volumetric behaviour greatly depends on the stress path. In the case of overconsolidated clay, the dilatancy is activated especially when triaxial shearing is performed following the purely deviatoric stress path. At the microscopic level, the results highlight five modes of particle orientation that could be activated under triaxial loading. The results also reveal that the appearance of dilatancy phenomenon in highly overconsolidated remoulded clay may be attributed to the tortuous arrangement of clay particles, the opening of micropores, and the formation and opening of mesocracks. For the unsaturated remoulded clay, the studies were performed through many macroscopic and mesoscopic tests on Kaolin K13 clay and a kaolinite-montmorillonite mixture. The evolution of suctions was measured using hygrometers placed near the upper and lower ends of clay specimens. The results show that, at a high suction level, the deviatoric stress of unsaturated clay increases to a peak and then decreases down to a residual value. The shear strength of unsaturated clay generally increases with increasing mean stress and suction. However, in the high suction tests, the development of cracks during drying led to the inhomogeneity of the specimens and thus resulted in relatively small shear strengths

Les ressources en eau sont menacées par diverses formes de pollution et les procédés de traitement proposés sont souvent complexes avec des résultats qui ne sont pas toujours satisfaisants. Cette étude vise à développer un traitement, simple et peu coûteux pour réduire au maximum la présence dans l’eau des acides humiques (AH), un polluant organique. L’approche adoptée est la mise en place d’un procédé hybride combinant l’adsorption et la photocatalyse hétérogène réalisée avec le dioxyde de titane. La méthode d’adsorption a été réalisée d’une part avec du charbon actif et d’autre part avec trois argiles provenant de la Côte d’Ivoire. Le charbon actif a été préparé à partir des coques de coco selon une procédure assez simplifiée, sans additifs chimiques, dans le souci d’obtenir un adsorbant économique et écologique. Les trois argiles brutes (Dabou, Yamoussoukro et Katiola) ont chacune subi des opérations de purification pour obtenir des fractions pures. Des tests de caractérisation réalisés par diverses techniques (analyse élémentaire, DRX, adsorption d’azote, IR, etc.) ont été effectués sur les adsorbants obtenus. Les essais d’adsorption réalisés avec le charbon ont montré qu’aucune élimination des AH n’a été observé. La raison principale serait le manque de groupements fonctionnels sur la surface du charbon préparé. Les tests d’adsorption conduit avec les argiles ont montré que ces matériaux sont capables d’éliminer les AH. Les résultats ont révélé que l’argile la plus riche en kaolinite (celle de Yamoussoukro) a une capacité d’adsorption maximale largement supérieure (115 mg/g) par rapport aux autres (20 et 15 mg/g pour Dabou et Katiola respectivement). Cette différence trouve son explication dans la composition minéralogique et structurale de chacune des argiles. Les tests de photocatalyse menés ont montré une dégradation des macromolécules d’AH en des composés de plus petites tailles. La minéralisation de la matière organique a été observée avec une réduction du carbone organique total de l’ordre de 72 et 82 % respectivement aux pH 7 et 3. En mettant en série à pH 3, les deux procédés à savoir l’adsorption suivie de la photocatalyse, une réduction de 95% du carbone organique total des AH est obtenue. Le procédé hybride ainsi réalisé montre un avantage certain car il permet d’éliminer la quasi-totalité de la pollution organique initiale. / Water resources are threatened by various forms of pollution and the proposed treatment processes are often complex with results that are not always satisfactory. This study aims to develop a simple and inexpensive treatment to minimize the presence of humic acids (HA), an organic pollutant, in water. The approach adopted is the establishment of a hybrid process combining adsorption and heterogeneous photocatalysis performed with titanium dioxide. The adsorption method was carried out primary with activated carbon and secondary with three clays from Ivory Coast. Activated carbon was prepared from coconut shell by a simplified procedure, without chemical additives, in order to obtain an economic and ecological adsorbent. The three raw clays (Dabou, Yamoussoukro and Katiola) each underwent purification operations to obtain pure fractions. Characterization tests including various techniques (elemental analysis, XRD, nitrogen adsorption, IR, etc.) were carried out on the adsorbents obtained. Adsorption tests carried out with the coal showed that no elimination of HA was observed. The main reason is the lack of functional groups on the surface of the prepared coal. The adsorption tests conducted with the clays have shown that these materials are capable of removing HA. The results revealed that the clay richest in kaolinite (Yamoussoukro) has a much higher maximum adsorption capacity (115 mg/g) compared to the others (20 and 15 mg/g for Dabou and Katiola respectively). This difference found its explanation in the mineralogical and structural composition of each of the clays. Photocatalysis tests showed a degradation of the macromolecules of HA into smaller sizes compounds. The mineralization of the organic matter was observed with total organic carbon reduction rate equal to 72 and 82% at pH 7 and 3 respectively. By placing in series the two processes namely adsorption followed by photocatalysis, the removal percentage of HA obtained at pH 3, is about 95%. This hybrid process shows an advantage since it makes it possible to eliminate almost all of the initial organic pollution.

Le stockage d’énergie joue un rôle très important dans le secteur énergétique. Concernant le stockage thermique, il est indispensable pour le fonctionnement en continue des centrales solaires à concentration (CSP) ou pour la récupération des chaleurs perdues dans des installations industrielles. Il y a de nos jours un besoin urgent de nouveaux matériaux performants pour remplacer les matériaux conventionnels à base de nitrate pour un fonctionnement à haute température. La présente thèse porte sur le développement de nouveaux matériaux à base de phosphates pour le stockage de la chaleur sensible. C’est la première étude sur l’utilisation des phosphates dans le stockage de la chaleur. Deux approches ont été explorées : le développement des matériaux liquides et des matériaux céramiques monolithiques. Dans la partie des matériaux liquides, l’objectif est de développer des phosphates ayant le même principe de fonctionnement que les sels fondus. Un grand nombre de phosphates a été étudié et les premiers critères d’évaluation sont les températures de fusion, d’évaporation ou de décomposition et la stabilité thermique. Le ternaire M(PO)3 (M = Li, Na, K avec 33,3% molaire de chaque alkali) peut fonctionner à l’état liquide entre 390 et 850°C alors que l’acide polyphosphorique peut fonctionner jusqu’à 200°C (température de solidification restant à déterminer). Concernant les matériaux céramiques, l’étude sur les monolithes de phosphates purs montre des difficultés lors de la mise en forme et la médiocre performance mécanique de ces matériaux. Le travail s’est ensuite focalisé sur les mélanges argileux-sable/phosphates. L’ajout de phosphates est indispensable pour améliorer les propriétés thermiques et mécaniques des céramiques traditionnelles de terre cuite. L’influence de la température de cuisson, la nature des phosphates et la granulométrie des phosphates a été étudié. Les propriétés physiques, thermiques, mécaniques, thermophysiques, thermomécaniques et la stabilité thermique de ces céramiques ont été étudiées entre 30 et 1000°C. Les résultats obtenus ont montré la bonne compétitivité des céramiques à base du mélange argileux-sable/phosphates par rapport aux autres matériaux de stockage thermique solides tels que le béton, les roches naturelles...Le potentiel d’application de ces céramiques a été démontré par des tests de stockage de type thermocline à l’échelle pilote utilisant les meilleurs matériaux monolithiques et de l’air comme fluide caloporteur. Différents paramètres comme la température d’entrée (350 à 850°C) et le débit du fluide caloporteur ont été étudiés pour les deux phases de charge et de décharge. En parallèle, un modèle 1D a été développé avec COMSOL-multiphysics pour simuler des étapes de charges et de décharges. Le modèle décrit les échanges de chaleur entre le solide, l'air et la paroi et tient compte de tous les paramètres liés au stockage thermocline. Les résultats de simulation sont en bon accord avec les données expérimentales obtenues lors des tests à l'échelle pilote. Ce travail a montré de forts intérêts des matériaux à base de phosphates pour le stockage thermique à des différentes gammes de températures couvrant toutes les technologies CSP et la chaleur fatale industrielle. / Energy storage plays a very important role in the energy sector. Concerning the thermal energy storage (TES), it is indispensable for the continuous operation of concentrated solar power plants (CSP) as well as for the recovery of waste heat from industrial facilities. However, there is currently an urgency to develop new TES materials in order to support nitrate-based molten salts, which are up-to-date the only commercial TES materials. This work aimed to develop new phosphate-based materials for sensible heat storage. This is the first study on the use of phosphates as heat storage material. Both liquid and solid phosphate-based materials were developed and their properties and performances in TES were investigated. For liquid materials, the goal is to design phosphates which have the similar operation principle to nitrate-molten salts. This means they are under liquid state when working as TES materials. Different alkali polyphosphates (M(PO)3, M = Li, Na, K) were studied and the first assessment criteria was the melting point, boiling point and thermal stability. Two potential materials were identified. The first one was the ternary mixture of alkali polyphosphates ( Li33.3 Na33.3 K33.3(PO)3 ) which exists under liquid form between 390 and 850°C. The second one was polyphophoric acid ( HPO3.n H2O ) which exist in liquid form up to 200°C. Its melting point will be determined. For solid phosphate-based materials, the utilization of a selected synthetic phosphate or raw phosphate ore without any additive met a major difficulty of shaping step, and the products obtained exhibited poor mechanical performances. The work is then focused on ternary mixtures of clay-sand/phosphates. With this concept, phosphates played the role of additives to improve the properties of traditional fired clay ceramics for TES purposes. Thus, a parametric study was carried out for different clay-sand/phosphate mixtures. The influence of the firing temperature, the nature of phosphates and the granulometry of phosphates were investigated. The physical, thermal, mechanical, thermophysical, and thermomechanical properties and the thermal stability were studied between 30 and 1000°C. The best product was made of 76.24 wt.% clay, 19.06 wt.% sand and 4.7 wt.% hydroxyapatite - a synthetic phosphate and 80 wt.% clay, 15 wt.% sand and 5 wt.% raw phosphate ore. They were competitive versus other solid TES materials such as concrete, natural rocks etc. The potential application of these ceramics was experimentally demonstrated by using a pilot-scale TES system with air as heat transfer fluid. Both charging and discharging phases were successfully repeated several times with various inlet air temperatures (from 350 to 850°C) and air flow rates. Finally, a dynamic 1D model was developed using Comsol Multiphysics software to simulate the charging and discharging phases of the pilot-scale TES tests. This model took into account the role of air, solid ceramic and reservoir wall and integrated all the parameters that impacted the temperature profile in the storage tank. The simulation results matched well with experimental data.

La construction en terre crue constitue une alternative écologique aux bétons de ciment. Afin de promouvoir son usage, la présente étude s’intéresse à la mise au point de bétons de terre coulables permettant une mise en œuvre analogue à celle des bétons usuels. Dans cette optique, il est nécessaire de conférer au matériau une solidification à court terme (24 h) sans attendre son séchage, afin de permettre un débanchage rapide. La voie explorée pour répondre à cette problématique s’inspire de la technique du Gelcasting utilisée dans le domaine des céramiques techniques. Celle-ci s’appuie sur la gélification de polymères préalablement introduits dans une barbotine céramique pour induire une transition liquide-solide rapide et homogène. Une étude bibliographique complétée par des essais préliminaires a mené à la sélection de l’alginate, un polymère biosourcé non toxique et gélifiant à température ambiante sous l’action de cations multivalents tels que le calcium. Ce polymère s’est révélé très prometteur. Il a permis la réalisation d’éprouvettes de mortier démoulables 24 h après coulage et présentant une résistance en compression de l’ordre de 0,1 MPa, théoriquement suffisante à un mur de 3 m de haut pour tenir sous son propre poids. Une preuve de concept à l’échelle du béton a par ailleurs pu être réalisée sous la forme d’un muret de 40 cm de haut coulé et vibré à partir d’une consistance fluide puis décoffrable en 24 h. Les performances mécaniques et hygrothermiques du matériau sec ont été validées, et la présence du polymère gélifié pourrait améliorer la résistance à l’érosion. De premiers essais ont montré que le procédé pouvait être adaptable à des terres moins calcaires que celle utilisée tout au long de l’étude. / Developing raw earthen construction is nowadays a major environmental issue, due to its low embodied energy compared to Portland cement. A solution would be to use a similar process as cement-based concrete, by casting into formworks. Nevertheless, this is limited by technical difficulties, owing to the fact that earth is not a hydraulic binder. In that perspective, this work focuses on inducing a liquid-solid transition to an earth suspension without waiting for drying, similar to cement-based materials. The approach explored to meet this challenge is inspired by the technique of Gelcasting used in the field of technical ceramics. This relies on the gelation of polymers previously introduced into a ceramic slurry to induce a rapid and homogeneous liquid-solid transition. A bibliographic study supplemented by preliminary tests led to the selection of alginate, a biosourced polymer that is non-toxic. Its gelation is allowed at ambient temperature, via addition of multivalent cations such as calcium ions. This polymer proved to be very promising. It made it possible to produce mortar specimens which could be unmoulded 24 hours after casting. A wet compressive strength close to 0.1 MPa could be reached, theoretically sufficient for a wall of 3 meters high to stand under its own weight. A proof of concept at the concrete scale was then realized as a low wall of 40 cm high casted and vibrated and then unmoulded in 24 hours. Mechanical and hygrothermal performances of the dry material were validated, and the presence of the gelled polymer could improve the resistance to erosion. Initial trials showed that the process could be adapted to low calcareous soils.

Au Québec, d’importants dépôts d’argile marine ont été mis en place lors de la dernière déglaciation. Ces argiles peuvent devenir sensibles suite au lessivage des ions contenus dans leur eau interstitielle. Des glissements de terrain majeurs peuvent alors se produire dans ces dépôts d’argile sensible, ce qui constitue une menace pour les infrastructures civiles et les populations établies dans ces secteurs. Parmi les méthodes géophysiques d’investigation de proche surface, la mesure de la résistivité électrique présente un bon potentiel pour déceler les variations de la salinité de l’eau interstitielle dans un dépôt argileux. Afin de tester ce potentiel, une campagne d’investigation géophysique et géotechnique d’un dépôt argileux a été réalisée dans la vallée du ruisseau des Vases à Brownsburg au Québec. Cette campagne incluait un profilage de polarisation provoquée de 1,6 km de longueur, six essais de pénétration au piézocône avec mesure de la résistivité électrique et cinq forages avec échantillonnage. Différentes mesures géotechniques et chimiques ont aussi été réalisées sur les échantillons d’argile et sur leur eau interstitielle. Selon les résultats obtenus, des variations de résistivité électrique, de résistance au cisaillement du sol à l’état remanié et de la salinité ont été observées le long de la vallée. Des écarts importants jusqu’à 20 Ωm ont été notés entre les différentes méthodes de mesure de la résistivité électrique. Des corrélations empiriques ont été établies entre la résistivité électrique, la salinité et la résistance au cisaillement du sol à l’état remanié. Pour les argiles de Brownsburg, une résistivité électrique supérieure à 3 Ωm indique qu’un lessivage important s’est produit et que les argiles sont suffisamment sensibles pour qu’un grand glissement de terrain s’y produise. C’est le cas de toute la section du dépôt d’argile étudié, à l’exception d’une petite portion au nord du ruisseau des Vases où le dépôt est plus épais, moins lessivé et dont la résistivité électrique est plus faible. / In Quebec, thick marine clay deposits were formed during the last glaciation. Following the leaching of salts in the pore water of these deposits, the clays can become sensitive. Such deposits of sensitive clay are prone to large landslides and constitute a threat for the population established in those areas and man-made infrastructure built on these deposits. Due to the variations in salinity of pore water in a clay deposit, the measurement of electrical resistivity appears as an appropriate near-surface geophysical method for the investigation of sensitive clays. To assess this potential of none destructive investigation, a geophysical and geotechnical campaign has been carried out in the Vases Creek Valley in Brownsburg, Quebec. In addition to a 1.6 km-long induced polarization survey, six cone penetration tests with pore pressure and electrical resistivity measurements, and five boreholes with soil sampling have been performed along this geophysical survey line. Geotechnical and chemical properties of clay samples and pore water extracted from these samples have also been measured. Significant variations in electrical resistivity, remoulded shear strength and salinity have been observed along the survey line. Difference as large as 20 Ωm between the methods has been noted. Empirical correlations have been established between electrical resistivity, salinity and remoulded shear strength. For electrical resistivity values lower than 3 Ωm in the Brownsburg clays, the salts leaching is enough to make the clay become sensitive and to increase the potential for large landslides. Except for a small section located north of the Vases Creek where the clay deposit is thicker and less leached than the other sections with electrical resistivity lower than 3 Ωm, the clay deposit investigated at Brownsburg is sensitive and prone to large landslides.

L'expérience récente montre que l'endommagement des fondations profondes sous des chargements statiques, cycliques ou dynamiques est une des causes majeures des dommages que peuvent subir les superstructures. La mise hors-service de la structure, son renversement ou son effondrement sont des effets couramment observés. Des méthodes ont été développées afin de mieux comprendre l'interaction sol-fondation-structure et ainsi contrer les effets futurs que peut engendrer un chargement latéral. Le comportement des fondations profondes sous un tel chargement est complexe et suscite grandement l'intérêt des géotechniciens. Au Québec, le phénomène est connu, Marche et Lacroix (1972) ayant présenté et analysé quelques problèmes d'instabilité. De plus, le Ministère des Transports du Québec (MTQ) utilise la méthode de Broms (1964) pour le dimensionnement de fondations profondes. Ce projet de maîtrise vise à approfondir la compréhension du phénomène d'instabilité des fondations profondes soumises à un chargement latéral statique ou cyclique. A notre connaissance, les méthodes utilisées pour le dimensionnement des pieux n'ont encore jamais été validées pour les sols post-glaciaires de l'est du Canada. L'objectif principal est donc de vérifier l'applicabilité des méthodes existantes pour les argiles sensibles du Québec par l'intermédiaire de courbes p-y obtenues expérimentalement. Pour ce faire, une revue de littérature est d'abord réalisée pour connaître l'état des connaissances sur la méthode p-y. Un programme expérimental a ensuite été développé afin de comprendre et fournir des résultats sur le comportement d'un pieu chargé latéralement. L'expérimentation a été réalisée à partir d'échantillons d'argile prélevés à Louiseville, sol réputé pour sa grande homogénéité. L'essai pot-test (Matlock, 1970) est un essai à échelle réduite qui permet la simulation d'un pieu soumis à des sollicitations statiques et cycliques. Les résultats obtenus en comportement statique fournissent les courbes p-y de l'argile étudiée. Une comparaison de ces résultats avec les méthodes théoriques existantes a ensuite été réalisée. La méthode de Matlock (1970) donne des résultats qui s'apparentent le mieux à ceux obtenus expérimentalement. Par la suite, l'analyse des résultats cycliques a permis de développer un critère de rupture, qui indique une déformation critique de l'argile sous sollicitations cycliques.

Le phénomène des glissements de terrain superficiels est jusqu'à maintenant malcompris. Cependant, les pluies diluviennes du Saguenay en juillet 1996 qui déclenchèrent plus d'un millier de glissements de ce type-là et provoquèrent de lourds dégâts ont attiré l'attention sur ce phénomène. Le ministère des transports du Québec et le département de génie géologique de l'Université Laval ont déjà mené plusieurs études sur ce sujet. Afin d'améliorer les connaissances déjà acquises, cette étude a pour but de réaliser la caractérisation mécanique de la croûte argileuse de Maskinongé et de déterminer l'influence du degré de fissuration sur la résistance de cette argile. Pour cela un programme en laboratoire a été défini sur des échantillons provenant de ce site permettant de déterminer les différents paramètres d'états et d'observer le comportement de ce matériau dans une cellule soumis à différents états de contraintes. L'analyse des données acquises a permis de mettre en évidence un certain nombre de remarques concernant l'enveloppe de rupture de l'argile de Maskinongé selon qu'il soit dans un état intact ou fissuré. De plus, des essais de cisaillement à contrainte déviatorique constante ont permis d'observer l'influence du cheminement de contrainte sur l'enveloppe de rupture.