Afin de garantir une mise en place adéquate au chantier ainsi que les propriétés requises à l'état durci, les producteurs de béton prêt à l'emploi doivent être capables de contrôler l'ensemble du cycle de production, du dosage des matériaux à la livraison. Les conditions météorologiques, la variabilité intrinsèque des matières premières, les conditions de livraison, ou encore le facteur humain sont autant de paramètres ayant une incidence directe sur la fluctuation des propriétés du béton à la fois à l'état frais et à l'état durci. Dans le but d'aider davantage les producteurs de béton, un système embarqué pour bétonnière a été développé depuis plus d'une dizaine d'années. Ce système aidant à assurer la qualité du béton frais s'articule essentiellement autour d'une sonde installée directement sur la paroi interne du tambour malaxeur. En plus de mesurer les mouvements du tambour, cette sonde collecte les données d'interaction avec le béton qui, une fois traitées, permettent déjà d'obtenir l'affaissement, le volume, ou encore la température du béton dans la toupie. Dans un premier temps, ce travail s'est intéressé à l'étude de l'homogénéisation du béton dans le tambour dans le cas d'une production en usine à gâchée sèche. Une fois les outils de traitement du signal mis au point, un algorithme permettant de déterminer l'atteinte de l'homogénéité en se basant sur les données mesurées par le système embarqué a été développé. À la suite de l'élaboration d'un protocole expérimental nécessaire à l'évaluation de l'homogénéité du béton produit, l'algorithme a été mis au banc d'essai au travers d'une campagne expérimentale réalisée entre autres à l'aide de la bétonnière dédiée au projet de recherche. Outre une garantie accrue de la qualité du béton, l'association du système embarqué et de l'algorithme développé participe à l'optimisation du procédé de production du béton prêt à l'emploi en usine à gâchée sèche par une rationalisation du temps et de l'énergie consacrée au malaxage. Dans un second temps, une réflexion quant à la manière d'évaluer l'homogénéisation du béton a conduit à la volonté de mettre au point un capteur basé sur une propriété jugée plus fondamentale: la densité du matériau. À la manière des nucléodensimètres, cette thèse tâche de poser les premières pierres du développement d'une nouvelle technologie de capteurs embarqués pour bétonnière utilisant la radioactivité pour la mesure de la densité. En plus de valider la technologie sur du béton frais, les travaux expérimentaux en laboratoire ont permis de déterminer les éléments techniques et l'arrangement nécessaires à l'obtention d'une précision de mesure suffisante. Outre la détermination de l'homogénéité, la mesure de la densité se révèle un outil de contrôle qualité indéniable grâce entre autres à la détection d'inhomogénéités ou encore à la mesure de la teneur en air. Finalement, face à la multiplication des données recueillies par le système embarqué, la dernière partie de cette thèse explore l'intérêt de l'utilisation des méthodes d'apprentissage automatique au travers d'une démonstration de faisabilité se concentrant sur la prédiction de l'évolution de l'affaissement au cours de la livraison. Ce travail essaie de faire ressortir les capacités de ces méthodes d'analyses récemment popularisées, mais aussi les pièges qui y sont associés. / To ensure proper concrete placement on site and targeted properties in the hardened state, ready-mixed concrete producers must be able to control the entire production cycle, from material batching to delivery. Weather conditions, intrinsic variability of raw materials, delivery conditions, or human factor are all parameters having a direct impact on the fluctuation of both fresh and hardened concrete properties, resulting in additional difficulties for producers. In order to further assist concrete producers, an on-board system for concrete truck mixers has been developed over the last ten years. This system, which helps ensure concrete quality, is essentially built around a probe installed directly on the internal wall of the drum. In addition to measuring the drum movements, this probe collects data from its interaction with concrete. This data, once processed, already offers the slump, the volume or the concrete temperature in the drum. At first, this work concentrates on the study of concrete homogenization during a dry-batch production. Once the signal processing tools were adapted, an algorithm has been developed to determine the homogeneity completion based on the data measured by the on-board system. Following the elaboration of an experimental protocol to evaluate the produced concrete homogeneity, the algorithm was put to the test through an experimental campaign using the concrete truck mixer dedicated to the research project. In addition to an increased guarantee of concrete quality, the combination of the on-board system and the developed algorithm contributes to the optimization of the ready-mixed concrete production process by a rationalization of time and energy devoted to mixing in dry-batch plants. Later, a reflection concerning the way to assess concrete homogenization led to the desire to develop a sensor based on a property considered more fundamental: the density of the material. Like nuclear gauges, this thesis laid the foundations for the development of a new on-board sensor technology for concrete truck mixers using radioactivity to measure in-drum density. In addition to validating the technology on fresh concrete, the experimental work in the laboratory helped to select the technical elements needed and the necessary arrangement to obtain sufficient measurement precision. Besides the homogeneity evaluation, density measurement proves to be an undeniable quality control tool thanks to, among other things, the detection of inhomogeneities or the measurement of concrete air content. Finally, faced with the ever-increasing amount of data collected by the system, the last part of this thesis explores the interest of using machine learning methods. The proof of concept presented focuses on predicting the concrete slump evolution during transportation from the plant to the construction site. This work highlights the capabilities of these recently popularized methods, but also the pitfalls associated with such tools.

Afin de garantir une mise en place adéquate au chantier ainsi que les propriétés requises à l'état durci, les producteurs de béton prêt à l'emploi doivent être capables de contrôler l'ensemble du cycle de production, du dosage des matériaux à la livraison. Les conditions météorologiques, la variabilité intrinsèque des matières premières, les conditions de livraison, ou encore le facteur humain sont autant de paramètres ayant une incidence directe sur la fluctuation des propriétés du béton à la fois à l'état frais et à l'état durci. Dans le but d'aider davantage les producteurs de béton, un système embarqué pour bétonnière a été développé depuis plus d'une dizaine d'années. Ce système aidant à assurer la qualité du béton frais s'articule essentiellement autour d'une sonde installée directement sur la paroi interne du tambour malaxeur. En plus de mesurer les mouvements du tambour, cette sonde collecte les données d'interaction avec le béton qui, une fois traitées, permettent déjà d'obtenir l'affaissement, le volume, ou encore la température du béton dans la toupie. Dans un premier temps, ce travail s'est intéressé à l'étude de l'homogénéisation du béton dans le tambour dans le cas d'une production en usine à gâchée sèche. Une fois les outils de traitement du signal mis au point, un algorithme permettant de déterminer l'atteinte de l'homogénéité en se basant sur les données mesurées par le système embarqué a été développé. À la suite de l'élaboration d'un protocole expérimental nécessaire à l'évaluation de l'homogénéité du béton produit, l'algorithme a été mis au banc d'essai au travers d'une campagne expérimentale réalisée entre autres à l'aide de la bétonnière dédiée au projet de recherche. Outre une garantie accrue de la qualité du béton, l'association du système embarqué et de l'algorithme développé participe à l'optimisation du procédé de production du béton prêt à l'emploi en usine à gâchée sèche par une rationalisation du temps et de l'énergie consacrée au malaxage. Dans un second temps, une réflexion quant à la manière d'évaluer l'homogénéisation du béton a conduit à la volonté de mettre au point un capteur basé sur une propriété jugée plus fondamentale: la densité du matériau. À la manière des nucléodensimètres, cette thèse tâche de poser les premières pierres du développement d'une nouvelle technologie de capteurs embarqués pour bétonnière utilisant la radioactivité pour la mesure de la densité. En plus de valider la technologie sur du béton frais, les travaux expérimentaux en laboratoire ont permis de déterminer les éléments techniques et l'arrangement nécessaires à l'obtention d'une précision de mesure suffisante. Outre la détermination de l'homogénéité, la mesure de la densité se révèle un outil de contrôle qualité indéniable grâce entre autres à la détection d'inhomogénéités ou encore à la mesure de la teneur en air. Finalement, face à la multiplication des données recueillies par le système embarqué, la dernière partie de cette thèse explore l'intérêt de l'utilisation des méthodes d'apprentissage automatique au travers d'une démonstration de faisabilité se concentrant sur la prédiction de l'évolution de l'affaissement au cours de la livraison. Ce travail essaie de faire ressortir les capacités de ces méthodes d'analyses récemment popularisées, mais aussi les pièges qui y sont associés. / To ensure proper concrete placement on site and targeted properties in the hardened state, ready-mixed concrete producers must be able to control the entire production cycle, from material batching to delivery. Weather conditions, intrinsic variability of raw materials, delivery conditions, or human factor are all parameters having a direct impact on the fluctuation of both fresh and hardened concrete properties, resulting in additional difficulties for producers. In order to further assist concrete producers, an on-board system for concrete truck mixers has been developed over the last ten years. This system, which helps ensure concrete quality, is essentially built around a probe installed directly on the internal wall of the drum. In addition to measuring the drum movements, this probe collects data from its interaction with concrete. This data, once processed, already offers the slump, the volume or the concrete temperature in the drum. At first, this work concentrates on the study of concrete homogenization during a dry-batch production. Once the signal processing tools were adapted, an algorithm has been developed to determine the homogeneity completion based on the data measured by the on-board system. Following the elaboration of an experimental protocol to evaluate the produced concrete homogeneity, the algorithm was put to the test through an experimental campaign using the concrete truck mixer dedicated to the research project. In addition to an increased guarantee of concrete quality, the combination of the on-board system and the developed algorithm contributes to the optimization of the ready-mixed concrete production process by a rationalization of time and energy devoted to mixing in dry-batch plants. Later, a reflection concerning the way to assess concrete homogenization led to the desire to develop a sensor based on a property considered more fundamental: the density of the material. Like nuclear gauges, this thesis laid the foundations for the development of a new on-board sensor technology for concrete truck mixers using radioactivity to measure in-drum density. In addition to validating the technology on fresh concrete, the experimental work in the laboratory helped to select the technical elements needed and the necessary arrangement to obtain sufficient measurement precision. Besides the homogeneity evaluation, density measurement proves to be an undeniable quality control tool thanks to, among other things, the detection of inhomogeneities or the measurement of concrete air content. Finally, faced with the ever-increasing amount of data collected by the system, the last part of this thesis explores the interest of using machine learning methods. The proof of concept presented focuses on predicting the concrete slump evolution during transportation from the plant to the construction site. This work highlights the capabilities of these recently popularized methods, but also the pitfalls associated with such tools.

Plusieurs facteurs peuvent modifier le comportement et les propriétés du béton frais durant son transport de l’usine de production jusqu’au chantier, comme les conditions météorologiques, les conditions de livraison ou le facteur humain. Pour pallier à ce phénomène, Denis Beaupré a développé une sonde rhéologique qui se fixe à l’intérieur du tambour des bétonnières, permettant la surveillance en continue des propriétés du béton frais. Dans ce contexte, la présente étude consiste en une évaluation des bénéfices économiques et environnementaux de l’intégration de ce système à des équipements de production de béton. L’impact économique est d’abord étudié en comparant des camions avec et sans sonde, à 4 étapes distinctes du processus de livraison. Le temps d’attente sur chantier des camions est diminué au minimum de 24,4% dans le cadre de l’étude grâce à l’utilisation de la sonde. L’optimisation du temps engendre un gain économique immédiat de plus de 180 000 dollars par an pour une seule usine de production de béton. La partie expérimentale a montré que l’amorçage est influencé linéairement par la valeur de l’affaissement du béton alors que le volume de déchargement par tour semble plutôt l’être par le camion lui-même. Pour le camion et la plage d’affaissement étudiés, la pression du béton exercée sur la sonde n’est plus détectée en dessous de 3m3 de chargement. La Déclaration Environnementale de Produit du béton prêt à l’emploi est utilisée pour chiffrer les gains potentiels. L’impact environnemental associé à la production d’1 m3 de béton frais est amélioré de 9% avec l’hypothèse que la sonde permette de réduire la marge de sécurité de la résistance en compression escomptée à 28 jours. Finalement, réduire cette marge de sécurité de 5 MPa grâce à la sonde a sensiblement le même bénéfice environnemental que le remplacement de 15 % du ciment par des cendres volantes. / Several factors can affect the behavior and properties of fresh concrete during transportation from the production plant to the job site, such as weather conditions, delivery conditions or the human factor. To overcome this phenomenon, Denis Beaupré has developed a rheological probe that is fixed inside the drum of concrete mixers, allowing continuous monitoring of the properties of fresh concrete. In this context, this study proposes an assessment of the economic and environmental benefits of integrating this system into concrete production. The economic impact is first studied by comparing the time spent by trucks with and without probe at 4 distinct stages of the delivery process. On-site truck waiting time is reduced by a minimum of 24.4% in the study, thanks to the use of the probe. The optimization of time generates an immediate economic gain of more than 180 000 dollars per year for a single concrete production plant. The experimental part showed that the priming is influenced linearly by the value of the slump of the concrete whereas the unloading volume per turn seems to be more influenced by the truck itself. For the truck and the subsidence range studied, the concrete pressure exerted on the probe is no longer detected below 3m3 of loading. The Environmental Product Declaration of Ready-Mix Concrete is used to quantify potential gains. The environmental impact of 1 m3 of fresh concrete is improved by 9% with the assumption that the probe can reduce the margin of safety of the expected compressive strength at 28 days. Finally, reducing this margin of safety by 5 MPa thanks to the probe has substantially the same environmental benefit as replacing 15% of the cement with fly ash.

Les fournisseurs de bétons doivent assurer la qualité de leurs produits. Ceci requiert, en premier lieu, une maîtrise de la composition du béton fabriqué. Cependant, les variations d'humidité des granulats rendent difficile le dosage précis des constituants. Le travail présenté dans ce mémoire vise à proposer des méthodes pour améliorer la régularité du dosage en eau, et pour suivre en continu l'ouvrabilité des bétons fabriqués industriellement. Dans un premier temps, un protocole original de calibrage du wattmètre en tant que outil de mesure en ligne de l'humidité du béton frais a été proposé et évalué. Les mesures de dosage en eau calibrées sont utilisées dans un deuxième temps, pour la mise au point de plusieurs algorithmes. Le premier type d'algorithme se traduit par une correction de l'écart d'eau dans la bétonnière portée, alors que le deuxième permet le calibrage des sondes hydrométriques des granulats. Les méthodes présentées sont validées sur des données acquises en centrale industrielle. Le suivi de l'ouvrabilité fait appel à la construction d'un modèle de puissance consommée par le malaxeur, reliant les caractéristiques rhéologiques du béton à la puissance totale dépensée. La détermination de l'ouvrabilité du béton par cette méthode nécessite l'utilisation d'un variateur de vitesse du malaxeur. La validation expérimentale sur des malaxeurs à différentes échelles permet de montrer qu'il est possible d'estimer convenablement le seuil de cisaillement et l'affaissement au cône d'Abrams du béton en cours de malaxage, sans connaissance préalable de sa composition.