Ce mémoire est consacré à l’étude des méthodes de cure et leurs impacts sur le retrait et la fissuration du béton projeté. Plus globalement, cette recherche traite de la problématique de la fissuration des réparations en béton. Généralement, les réparations en béton projeté génèrent rapidement de grandes surfaces de béton frais. Si elles sont mal protégées, les sollicitations liées au séchage peuvent mener à l’échec de la réparation. Une méthode de cure adéquate permet de prévenir la fissuration et d’augmenter la durabilité de la réparation. Beaucoup reste à faire en ce qui concerne les techniques de cure et de protection afin de déterminer celles qui fonctionnent vraiment. Afin d’évaluer l’apport bénéfique de différentes méthodes de cure sur le béton projeté, une méthode de mesure du retrait a été développée. Cette étape permet de combler l’absence de norme ou de méthode permettant aujourd’hui de mesurer le retrait du béton projeté et de quantifier en même temps l’impact bénéfique des méthodes de cure. Avec cette méthode, les différents produits de cure externe suivants ont été évalués et classés du plus efficace au moins efficace : un agent de cure et de scellement liquide semblable à ceux à base de solvant, un agent de cure et de scellement liquide à base d’eau, un retardateur d’évaporation et enfin, le moins efficace, un agent de cure liquide à membrane à base de résine. Par la suite, des produits de cure interne ont été testés avec la méthode de mesure développée. Les produits testés sont une fibre synthétique et une fibre de chanvre. La fibre synthétique apporte un bénéfice dès la mise en place. La fibre de chanvre semble avoir apporté des améliorations notables plus importantes vis-à-vis du retrait du béton à long terme. Finalement, une technique de cure fréquemment utilisée en chantier (jute humide et polythène) a été évaluée. Les résultats des essais de type chantier sont peu concluants et ne permettent pas d’apprécier l’apport bénéfique des paramètres testés en raison des particularités de la méthode de mesure. En conclusion, ce projet a rempli sa mission quant à la détermination des bénéfices des méthodes de cure sur le béton projeté. Il ouvre également la voie à de nombreuses applications et possibilités futures jusqu’alors non envisageable pour le béton projeté grâce à la méthode de mesure développée. / This thesis is devoted to the study of curing methods and their impacts on the shrinkage and cracking of shotcrete. More generally, this research deals with the problem of cracking of concrete repairs. Generally, shotcrete repairs quickly generate large areas of fresh concrete. If poorly protected, drying stress can lead to the failure of the repair. Curing methods prevent cracking and increase the durability of concrete repair. Much remains to be done with regard to cure and protection techniques to determine what really works. In order to evaluate the beneficial contribution of curing methods on shotcrete, a shrinkage measurement method is developed. This step makes it possible to fill the gap in the standards or methods used today to measure the shrinkage of shotcrete and at the same time to quantify the beneficial impact of curing methods on shrinkage. This method allows to start measuring shrinkage only 4 hours after placement. With this method, the following different external curing products are evaluated and classified from the most effective to the least effective : a solvent based liquid curing and sealing agent, a water-based liquid curing and sealing agent, an evaporation retarder and finally, the least effective, a resin-based membrane liquid curing agent. The solvent-based liquid curing and sealing agent provided the best results. Then internal curing products are tested with the developed measurement method. The products tested are synthetic fibre and a hemp fibre. Synthetic fibre brings an benefits as soon as the concrete is placed. Hemp fibre seems to have made more significant improvements in concrete shrinkage in the long term. Finally, a curing technique frequently used on site is evaluated. The results of this test are inconclusive and do not allow to assess the beneficial contribution of the tested parameters due to the particularities of the measurement method. In conclusion, this project fulfilled its mission to determine the beneficial effects of curing methods on shotcrete. It opens the way for many future applications and possibilities that were not previously possible for thanks to the measurement method developed.

La fissuration du béton à jeune âge est encore aujourd'hui un problème répandu dans les différents ouvrages et les moyens de s'en affranchir sont parfois difficiles à identifier. Un béton à faible E/C par exemple, aura une grande résistance mécanique, mais présentera cependant un retrait plus rapide. En condition de mouvement restreint, ce qui est le plus fréquent, les contraintes induites par ce retrait peuvent rapidement atteindre un niveau critique et conséquemment, générer de la fissuration. Le béton projeté n'échappe pas à cette réalité; son contenu généralement riche en ciment combiné à une mise en place unique peuvent le rendre encore plus vulnérable à la fissuration. Ce mémoire se consacre donc à l'étude du comportement déformationnel du béton projeté et à l'amélioration de sa résistance vis-à-vis de la fissuration causée par le retrait restreint. Afin de bien cerner l'impact des différentes composantes et caractéristiques du béton, l'étude expérimentale a été divisée en trois parties. La première repose sur l'étude du béton à son état le plus simple, soit des mélanges ne comportant que des granulats, du ciment et de l'eau. La seconde partie traite des bétons avec ajouts cimentaires (fumée de silice et cendre volante) tandis que la dernière phase porte sur l'effet des adjuvants réducteurs de retrait et des polymères. Les résultats obtenus permettent de bien illustrer l'effet des différents paramètres sur la sensibilité à la fissuration. / Early age concrete cracking is still today a widespread problem in various structures and the means to overcome it completely are sometimes difficult to identify. A low W/C concrete, for example, will have high mechanical strength, but will nevertheless undergo faster shrinkage. In restricted conditions, which is mostly the case on site, the stresses induced by this shrinkage can quickly reach a critical level and consequently generate cracking. Shotcrete is no exception to this reality; its generally high cement content combined with a unique placement method can make it even more vulnerable to cracking. This thesis is therefore devoted to the study of the deformational behavior of shotcrete and to the improvement of its resistance to cracking caused by restricted shrinkage. To clearly identify the impact of the different components and characteristics of the concrete, the experimental study was divided into three parts. The first is based on the study of concrete in its simplest state, i.e., mixtures comprising only aggregates, cement and water. The second part deals with concretes with cementitious additions (silica fume and fly ash) while the last phase deals with the effect of shrinkage-reducing admixtures and polymers. The results obtained make it possible to clearly illustrate the effect of the various parameters on the sensitivity to cracking.

Depuis plusieurs années, les efforts visant à réduire l’empreinte environnementale du béton augmentent continuellement. Parmi ces travaux, les technologies en relatives aux ajouts et remplacements cimentaires suscitent beaucoup d’intérêt, car cette piste est déjà connue et éprouvée dans l’industrie. La fumée de silice, les laitiers de hauts fourneaux ou les cendres volantes ne sont que quelques exemples courants de ces matériaux de remplacements alors que d’autres comme les balles de riz ou la poudre de verre font leur apparition sur le marché. La poudre de verre permet de réduire l’empreinte écologique des bétons; non seulement en réduisant la quantité de ciment nécessaire, mais aussi en consommant le verre recyclé qui se dirige très souvent vers les sites d’enfouissement. Dans ce projet, le verre recyclé est utilisé dans un contexte de béton projeté par voie sèche comme remplacement cimentaire partiel. Les résultats les plus intéressants ont été obtenus avec les mélanges ternaires (de verre et de fumée de silice) qui présentent des résistances en compression comparables ou supérieures aux mélanges de ciment Portland uniquement, et ce malgré un rapport E/L nettement plus élevé. Finalement, la durabilité des mélanges de béton avec poudre de verre s’est avérée bonne face aux cycles de gel-dégel, mais très faibles face à la résistance à l’écaillage. Bien que certains des mélanges étudiés ne soient pas viables pour une utilisation en génie civil où les bétons sont exposés aux sels de déglaçage, ces mélanges sont viables et présentent de nombreux pour un usage en génie minier (lorsqu’utilisé avec de l’accélérateur de prise). / For many years, efforts to reduce the environmental footprint of concrete had continuously increased. Among these work, technologies related to Supplementaru Cementitious Materials (SCM) provoke a lot of interest because this lane is already known and felt in industry. Indeed, materials like silice fume, blast furnace slag and fy ashe are few examples of commonly encountered on job sites. Since they had been used for decades, those materials are oftenly used with confidence but other materials like rice husk or glass powder are emmerging on the market. The use of glass powder can reduce the environmental footprint of concrete, not only by reducing the amount of cement required, but also by consuming post comssumed glass which heads to landfills in most countries. In this project, post consummed glass is used as a partial cement replacement into drymixt shocrete blends. The most interresting results were obtained with the ternary mixtures (silica fume, glass powder and portland cement). Those mixes performed comparably to Portland cement mixes regardind compressive strenght despite a significantly higher W/B ratio and the fresh concrete properties of these ternary blends were much more interesting than regular portland cement mixes. Finally, the durability of shotcrete mixes containing glass powder was acceptable regarding freezing and thawing resistance, but inadequate concerning deicer salts. This study suggests that the investigated mixtures with glass powder and without air entrained are not suitable for a civil application when the concrete is exposed to deicer salts. However, these mixtures are viable and have many advantages for use in mining engineering (when used with setting accelerator).

Le béton projeté par voie humide est une méthode de mise en place très populaire dans la construction de tunnels et le soutènement de parois dans les mines. L'utilisation d’un adjuvant accélérateur de prise offre des avantages significatifs en gain de productivité et pour la sécurité des travailleurs pendant la réalisation du travail. Cependant, l’effet de ces adjuvants, et particulièrement leur dosage, sur la durée de vie du béton projeté est mal compris et souvent négligé. Le dosage de l’adjuvant en chantier est souvent élevé, ce qui a pour conséquence de faire augmenter les coûts de production et réduire la qualité du béton. Cette recherche a pour objectif d’étudier l'influence de l'utilisation des accélérateurs de prise sur la durabilité du béton comme matériau, en considérant les particularités du béton projeté et en profitant des avancées faites en matière de prédiction de la durée de vie des bétons conventionnels. L’effet d’un adjuvant accélérateur de prise (à différents dosages) à base de sulfate d’aluminium (A/$) sera étudié. Les résultats permettront d’améliorer la qualité des applications de béton projeté dans l'industrie de la construction et les devis qui, chaque jour, sont plus exigeants et requièrent des performances de plus en plus élevées. Les données générées à partir des différents essais réalisés sont très intéressantes, car elles démontrent la complexité d’une telle étude à cause des changements non proportionnels des caractéristiques du béton avec différents dosages d’accélérateur de prise. De plus, les données générées illustrent bien l'influence de l’adjuvant accélérateur de prise sur la qualité du béton. / Wet-mix shotcrete is a widely used placement method in tunnelling and ground support. The use of a set accelerating admixture provides significant advantages in terms of productivity gains and worker safety during work progress. However, knowledge about adverse effects linked the use of set accelerator admixture (and particularly its dosage) is very limited. Indeed, dosage control is sometimes overlooked on the job site or the accelerator may be misguidedly overdosed, with the consequence of increasing costs and reducing the quality of the in-place shotcrete. The goal of this research is to study and better understand the effects of the use of set accelarating admixture on the durability of concrete as a material, starting with the particularities of shotcrete and taking advantage of the latest tools in modelling service life of conventional concretes. An alkali-free set accelerating admixture (at different dosages) based on aluminium-sulphate salts (A/$) will be investigated. The results will help improve the quality of shotcrete applications in the construction industry, and specifications which are increasingly demanding and require everimproving performances. The data generated from the several tests performed is very interesting, because it shows the intricacies of such an investigation due to the non-linear changes of concrete using different set accelerator dosages. It also demonstrates clearly the effects of using high dosages of set accelerating admixtures on the quality of shotcrete.

Le béton projeté est une méthode de mise en place consistant en la projection pneumatique de béton sur une surface à grande vitesse. Dans le cas de la méthode par voie sèche, le mélange granulats-ciment est introduit sec en machine, l'eau est ajoutée à la fin du transfert. Cette technique, très employée, est néanmoins génératrice de pertes importantes par rebond, pouvant s'élever jusqu'à 40% de la masse projetée. L'enjeu de la réduction des pertes est à la fois économique et environnemental. Les facteurs influents sur le rebond sont liés aux techniques de projection et à la formulation. Ce travail de thèse a pour objectif l'optimisation de la formulation du béton afin de réduire les pertes par rebond, mais également d'améliorer la durabilité. L'étude porte en particulier sur l'influence sur le rebond : du squelette granulaire, de la teneur en eau et de l'emploi d'additifs et/ou d'additions de substitution. Une approche modélisation du phénomène de rebond est également abordée. / Sprayed concrete is a concrete pneumatically projected onto a surface at high velocity. Dry-mix shotcrete is a process in which dry constituents are introduced into the machine and conveyed through a hose to the nozzle, where the water is added. This process is used in various civil engineering or construction projects; unfortunately, it can lead to high losses of concrete due to rebound (up to 40% of the total mass of material). Such losses induce overconsumption of material, which is damaging for the cost of the work and for the environment. Rebound depends on technicals parameters and mix design. The present work focuses on rebound reduction and also on durability enhancement by modification of the mix design. The influence of aggregate size distribution, water content and supplementary cimentitious material is studied. An analytical approach of rebound phenomenon is also implemented.

Les ouvrages d’assainissement en maçonnerie de meulière construits au 19ème siècle à Paris ont une forme ovoïdale et sont soumis à des sollicitations agressives qui ont largement augmenté depuis le début du 20ème siècle. Si la majorité de ces ouvrages continuent à fonctionner, leur état général se dégrade inexorablement. Comme la reconstruction n’est pas toujours possible pour des raisons de coût et d’impact social, la réhabilitation est la solution adoptée par de nombreux maîtres d’ouvrages. La thèse est une partie du projet RESAME qui a pour but de réduire les coûts de réhabilitation, d’améliorer la durabilité des réparations et de diminuer le temps d’intervention sur le site. L’objectif principal de la thèse est de mettre au point de nouvelles méthodes de restructuration plus économiques que les méthodes usuellement utilisées. Après avoir présenté les ouvrages d’assainissement et leurs types de dégradations. Les techniques d’auscultation et de réhabilitation sont données. Une synthèse bibliographique de l’application des matériaux composites sur des structures en maçonnerie est détaillée en première partie. Du fait de la géométrie et des matériaux, des voutes ont été substitué aux ovoïdes pour nos essais présentés en seconde partie. Deux procédés ont été mis au point au cours de la thèse : un chemisage mince par mortier fibré de 3 cm et un renforcement par collage de matériaux composites (Lamelles et tissus). Vingt voûtes ont subi un chargement jusqu’à la rupture. Le but de l’ensemble des essais est de déterminer les mécanismes de ruine, les charges de la première fissuration et les charges à la rupture. Un gain important est alors constaté pour les méthodes de renforcement. Les résultats obtenus sont présentés et discutés. / In 19th century, Sewerage systems constructed in Paris were egg-shaped and made of masonry. Collectors are subjected to aggressive loads which have largely increased since the early 20th century. Even, if the majority of structures are still in service, their general condition deteriorates inexorably, and as the reconstruction is not always possible for reasons of cost and social impact, rehabilitation is the solution adopted by many clients. The thesis is a part of the project RESAME designed to reduce rehabilitation costs, improve the durability of repairs and reduce response times on the site. The main objective of this thesis is to develop new methods of restructuring. After introducing sewerage systems and their types of damage, auscultation techniques and rehabilitation will be presented. A bibliographical survey of the application of composite materials on planes and curved structures masonry is detailed in first time. Because of the complexity of geometry and materials, the vaults were substituted by the ovoid for our tests presented in the second half. Two methods are developed in this thesis: a thin layer of fiber reinforced mortar (FRM) by 3 cm and reinforcement by composite materials. Twenty vaults have been loading up to failure. The purpose of the tests is to determine the failure mechanisms, the first cracking loads and breaking loads. An important gain is then observed as well as a delay in cracking for every reinforcement method. The results are presented and discussed. These two processes will be applicable on several projects soon.