L’objet de ce projet est l’étude de la rhéologie des bétons frais à base de ciment d’aluminate de calcium, soit: le LBC et le Ciment Fondu. L’utilisation de ce type de liant hydraulique présente un intérêt substantiel dans le domaine des bétons, tant pour les ouvrages structuraux que pour les réparations en béton. La motivation derrière cette recherche est de mieux comprendre le comportement rhéologique de ce type de béton et ainsi faciliter et élargir leur utilisation dans le domaine du génie civil. Le projet de recherche s’attarde sur différents paramètres spécifiques tels que l’influence du type d’adjuvant, de leurs dosages et de leurs combinaisons, ainsi que l’effet du type de malaxage employé et de sa durée. Pour répondre aux objectifs, la recherche est divisée en deux phases. Une première phase, où les adjuvants sont évalués individuellement, a permis de lancer la seconde, plus complexe, où des conditions de malaxage réalistes, camion toupie et bétonnière mobile, et une combinaison d'adjuvants complète sont mises à l’épreuve. Des résultats forts intéressants ont été obtenus dans cette deuxième phase. L’utilisation d’un superplastifiant en combinaison avec un accélérateur de prise simule l’usage d’une bétonnière mobile. Il est possible d'obtenir, de cette combinaison, de compenser le retard de prise occasionné par le superplastifiant en dosant convenablement l’accélérateur de prise, tout en conservant des propriétés rhéologiques adéquates pour une bonne mise en place. En plus, l’utilisation d’un superplastifiant en combinaison à un retardateur de prise, simulant les conditions de transport dans une bétonnière conventionnelle, a permis de retarder et contrôler le début de la prise. Au point de vue de l’évolution rhéologique, cette combinaison est très efficace lors d’un transport prolongé. Il est possible de retarder la prise en conservant des propriétés rhéologiques adéquates. Pour finir, l’utilisation d’un activateur de prise dans un mélange ayant subi un malaxage prolongé, adjuvanté de superplastifiant et de retardateur de prise, s’est révélée très efficace pour obtenir une durée pratique d’utilisation visée en chantier. / The purpose of this project is to study the rheology of fresh concrete made from calcium aluminates cement, namely: the LBC and Ciment Fondu. Using this type of hydraulic binder has a substantial interest in the field of concrete, both for structural works and concrete repair. The motivation behind this research is to better understand the rheological behaviour of this type of concrete and thus facilitate and expand their use in the field of civil engineering. The research project focuses on specific parameters such as the influence of type of admixture, their dosages and combinations as well, type of the mixing and it duration. In order to meet the objectives, the research is divided in two phases. A first phase, where the admixtures are individually evaluated, was necessary to launch the second and more complex phase, where realistic mixing conditions have been used. Very interesting results were obtained in this second phase. First, superplasticizers in combination with set accelerators were used to simulate a mobile concrete mixer. It is possible with this combination to compensate the set delay caused by the superplasticizer by using an appropriate dosage of set accelerator, while maintaining adequate rheological properties. Secondly, the use of a superplasticizer with a set retarder, simulating the transportation in a ready-mix truck showed promising results in delaying and controlling the setting time. In terms of rheological evolution, this combination is very effective during a prolonged transport; It is possible to delay the setting time while maintaining adequate rheological properties. The use of an activator added to a mixture which has undergone prolonged mixing and including superplasticizer and set retarder was found very effective in obtaining a practical opentime, or “pot life” for a construction site.

Le phénomène de fluage, qui est défini comme la déformation dessous une charge constante, a un effet à long terme sur la déformation des structures en béton armé. Récentes recherches montrent que la déformabilité de structures en béton armé du au fluage après quelques décades est largement sous-estimée par les normes. Plusieurs recherchent montrent que le fluage à long terme du béton suit une loi logarithmique dans le temps. Le fluage du béton provient de la microstructure du silicate de calcium (C-S-H) hydratée. Bien que de nombreux travaux expérimentaux et théoriques aient été réalisés, les mécanismes de fluage du C-S-H demeurent mal connus. Parmi les facteurs qui influent sur le comportement au fluage du CS- H, l’humidité relative (HR) est le principal. En fait, la teneur en eau dans les microspores joue un rôle important dans la rigidité, la résistance et la viscosité de la microstructure C-SH. La technique d'indentation permet de caractériser les propriétés mécaniques de la pâte de ciment à l'échelle microscopique et nanométrique à laquelle les mécanismes de fluage agissent. Par rapport aux expériences de fluage traditionnelles qui durent des mois et des années, le test d'indentation présente l'avantage d'évaluer les propriétés de fluage des matériaux à base de ciment en quelques minutes. De plus, il est plus facile pour l’échantillon d’atteindre l’équilibre humidité en raison du petit volume sondé. Pour extraire correctement les propriétés de fluage, la première étape consiste à établir une méthode d’essai d'indentation viscoélastique. Pour cette étude, la microindentation viscoélastique est analysée respectivement par une pointe sphérique et une pointe de Berkovich. Les propriétés de fluage à long terme sont bien décrites par le paramètre module de fluage de contact (C) de la complaisance au fluage logarithmique. Les propriétés mécaniques de structures C-S-H semblables à celles de Jennite et de Tobermorite à 1.4 nm sont ensuite caractérisées par une microindentation à différents niveaux d’HR. À différents niveaux d’HR, le comportement de fluage et de relaxation des C-S-H est étudié par la nanoindentation statistique sur une pâte de ciment. Le rôle de l'eau sur le comportement au fluage de C-S-H est réexaminé. De nouvelles découvertes concernant le mécanisme de fluage de C-S-H sont présentées et discutées. / The phenomenon of creep has a long-term effect on the durability of the concrete structures. It has been widely agreed that concrete creep originates from the microstructure of calciumsilicate- hydrates (C-S-H). Being a formidable problem, the creep mechanism of C-S-H is still an enigma although numerous experimental and theoretical works have been done. Among the factors affecting the creep behavior of C-S-H, relative humidity (RH) is the primary one. The water content in the micropores plays an important role in the stiffness, the strength, and the viscosity of the microstructure C-S-H. The indentation technique allows characterizing the mechanical properties of the cement paste at the microscale and the nanoscale. Notably, the phenomenon of creep can be observed during the indentation holding phase. Compared with the traditional creep experiments lasting for months and years, indentation testing has the advantage of assessing the creep properties of the cement-based materials in minutes. In addition, it is easier for the specimen to reach the moisture equilibrium because of the small volume probed. To properly extract the creep properties, the first step is to establish the scheme of viscoelastic indentation. For this study, viscoelastic microindentation is analyzed by a spherical and a Berkovich indenter tip, respectively. The long term creep properties are well captured by the parameter of contact creep modulus (C) from logarithmic creep compliance. The mechanical properties of alike C-S-H structures of jennite and 1.4 nm tobermorite are then characterized by microindentation at various levels of RH. At the two levels of RH, the creep and the relaxation behavior of C-S-H is finally investigated by the statistical nanoindentation on a cement paste. The role of the water on the creep behavior of C-S-H is re-examined. The new findings for the creep mechanism of C-S-H are presented and discussed.

Dans le but de fabriquer des panneaux ignifugés en gypse et en particules de bois présentant une meilIeure résistance à l'eau et d~ mei Heures caractéristiques mécaniques, on a ajouté au gypse une proportion de 30 % de ciment Portland. Pour définir le type d 'espèce de bois à utiliser pour la fabrication des panneaux on a déterminé la compatibilité de quatre espèces du bois avec le gypse et le ciment. Dans ce but, on a utilisé la calorimétrie isotherme. Les espèces étudiées étaient, le pin gris (Pinus banksiana), le sapin baumier (Abies balsamea), le bouleau blanc (Betula papyrifera) et le peuplier faux-tremble (Populus tremuloides). Le pin gris, le bouleau blanc et le peuplier faux-tremble ont été les plus compatibles et aptes à la fabrication de panneaux bois-gypse ou bois-gypse-ciment. Le sapin baumier cause un retard de la prise des liants inorganiques mais un prétraitement à l'eau chaude permet son utilisation pour la fabrication de panneaux. On a décidé d'utiliser le pin gris dans la fabrication des panneaux à cause de sa bonne compatibilité tant avec le gypse qu'avec le ciment. Les panneaux ont été fabriqués avec 53 % de liant inorganique, 22 % de particules de pin gris (0,5 - 2,6 mm à 10 % de teneur en humidité) et 25 % d'eau (basé sur la masse humide du panneau) et pressés à 5-7 MPa pendant 30 minutes à 60°C à une épaisseur de Il mm. On a élaboré deux types de panneaux. Le premier a utilisé seulement le gypse comme liant et le deuxième un mélange de gypse et de ciment en proportion 70:30 de la masse sèche en poudre. Les propriétés physiques et mécaniques des panneaux ont été testées selon la norme ASTM D 1037 en évaluant le gonflement en épaisseur"la"dilatation linéaire, l'absorption d'eau, la masse volumique, la résistance à la flexion, la cohésion interne, la dureté et la résistance à l'arrachement des vis, en éprouvettes sèches et saturées par immersion dans l'eau. La conductivité thermique à été déterminée selon la norme ASTM C 518 et la détermination de la dégradation thermique a été faite par analyses thermogravimétrique (TGA). Les résultats ont été comparés avec un panneau en gypse commercial. Si on les compare aux panneaux sans ciment et aux panneaux en gypse commercial ± placoplâtres¿, les panneaux en gypse et particules de bois renforcés avec du ciment Portland possèdent une meilleure stabilité dimensionnelle, une plus faible absorption d' eau, un gonflement en épaisseur plus faible, une plus grande résistance à la flexion et à l'arrachement des vis, une meilleure cohésion interne et une plus grande dureté. On a pu remarquer qu'en conditions saturées suite à l'immersion dans l'eau pendant 24 heures, toutes les caractéristiques étaient améliorées par la présence du ciment Portland. En conclusion, l'élaboration de panneaux en gypse et particules de bois renforcés avec du ciment Portland donne un bon, produit résistant à l'humidité, avec de bonnes propriétés physico-mécaniques et une résistance à la dégradation thermique acceptable. Même si ces propriétés restent plus faibles que celles de panneaux bois-ciment, le coût est moindre et la période de prise de panneaux en gypse-ciment et particules de bois est plus courte, ce qui incite l'utilisation de cette alternative.

Le béton figure parmi les matériaux de construction les plus polluants compte tenu du grand volume utilisé chaque année. La production du ciment portland, l'ingrédient clé du béton, est très énergivore et le procédé de décarbonatation génère de grandes quantités de CO2. L'industrie du ciment est responsable d'environ 5 à 7% des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Dans ce contexte, la recherche de nouveaux liants pour la fabrication de bétons verts et durables est un domaine en constante expansion. L'objectif est de développer et proposer des alternatives à l'industrie. Les ciments composés (ciment + ajouts cimentaires alternatifs) et les liants de nouvelle génération appelés "géopolymères" représentent deux alternatives intéressantes. Toutefois, il est important d'évaluer leur comportement en durabilité pour que ces matériaux soient acceptés. Ce projet de recherche s'intéresse donc à l'évaluation du comportement en durabilité de ces deux alternatives. La performance en durabilité de la poudre de verre mixte (PV) et d'une cendre volante de biomasse (CVK) contre l'alcali-réaction (RAG) a ainsi été évaluée par l'entremise d'essais d'expansion sur mortier (CSA A23.2-25A) et sur béton (CSA A23.2-14A) pour des niveaux de remplacement du ciment portland de 20% et 30%. Les résultats obtenus à ce jour montrent qu'à 20% et 30% de remplacement du ciment, ces deux ajouts cimentaires alternatifs ne rencontrent pas les exigences normatives à ce qui a trait à leur utilisation comme mesure préventive appropriée contre la RAG. La performance des géopolymères a également été évaluée dans le but de se familiariser avec les différents paramètres de synthèse, mais aussi afin de déterminer la viabilité de ces systèmes en durabilité, plus précisément contre la RAG. Les résultats sur mortier et sur béton démontrent que la nature du matériau "source", la température et la durée de cure, le temps de malaxage, la nature et la concentration de la solution d'activation, ainsi que la présence d'humidité sont les paramètres qui ont le plus d'influence sur le développement des résistances mécaniques des géopolymères. Les résultats d'essai d'expansion face à l'alcali-réaction sont très variables et aucune tendance n'a été observée sur mortier, tandis que les résultats sur béton montrent une expansion excessive à long terme.

Les infiltrations d’eau souterraines possiblement liées à un système de structures majeures représentent un défi d’ingénierie pour la mine Éléonore. Le pompage et la pré-cimentation par forages pilotes du massif sont les méthodes de mitigation préconisées pour contrôler les flux d’eau entrant dans les excavations souterraines de la mine. Bien que ces méthodes s’avèrent satisfaisantes pour réduire les flux entrant, une optimisation des techniques de pré-cimentation est souhaitable afin de réduire les quantités de ciment utilisées. Un modèle numérique 3D d’éléments finis par volumes de contrôle construit en adaptant la méthodologie de Blessent (2009) avec maillage tétraédrique a été appliqué afin de représenter le système d’écoulement en milieux poreux équivalents couplé aux structures majeures. Les résultats du calage effectué sur le modèle 3D numérique à partir d’un essai de pompage ont montré que le modèle conceptuel initial nécessite un plus grand raffinement des puits ainsi que des investigations supplémentaires sur les structures majeures les plus conductrices. Les caractéristiques calées du modèle 3D numérique ont été utilisées afin de construire un modèle conceptuel 2D de chantier typique. Des analyses de sensibilité d’injection de ciment pour trois différents modèles conceptuels de chantier avec une structure majeure conductrice ont été effectuées pour évaluer la réduction du flux entrant dans le chantier. Les résultats des analyses de sensibilité montrent que les conditions d’écoulement régional ont peu d’influence sur le flux entrant dans le chantier. Aussi, les analyses de sensibilité ont montré que dans l’éventualité d’une structure majeure interceptant le chantier, l’injection de ciment dans la structure est plus efficace pour réduire le flux entrant dans le chantier. Or, dans le cas d’une structure majeure au-dessus du chantier, l’injection de ciment entre le chantier et la structure est plus efficace que de cibler directement la structure. / Groundwater infiltrations into underground excavations represent a major engineering challenge at the Éléonore mine. Pumping and pre-grouting are the mitigation methods used to control water inflows into the mine workings. Even though these methods seem to give good results to reduce water inflows, a better understanding of the flow system throughout the domain of interest and optimisation of pre-grouting approaches can be achieved to reduce the amount of cement used for grouting. A 3D finite-element by control volume model is built with the modified approach of Blessent (2009), including a tetrahedral mesh to represent the porous media coupled to the major structures. The calibration results from the 3D numerical model with a pumping test show that an increased refinement of wells and more investigations on the structures properties on-site should be done. It is also suggested that the division of the porous mass into five hydrostratigraphic intervals should be reviewed. The calibrated properties of the 3D numerical model are then used to build a 2D conceptual model of a fictive stope with a water-conductive structure nearby. Sensitivity analysis of cement injection into the porous mass or the structure itself are performed with three different versions of this conceptual model. The results of these analysis show that a condition of regional flow through the model has no significant impact on the results. The sensitivity analysis show that for a fracture above the stope, grouting the area between the stope and the fracture is better to reduce water inflows in the stope than grouting the structure itself. Also, in the case of a structure intercepting the stope, grouting the structure as widely as possible is more efficient to reduce the inflows into the stope.

Les Cendres Volantes d’Electrofiltres (CVE) d’incinération d’ordures ménagères sont considérées comme des déchets dangereux et mises en décharges après une phase de stabilisation et de solidification par un liant hydraulique. Leur utilisation dans des matériaux cimentaires permet l’élimination d’un déchet en diminuant la demande de matériaux de construction. Cependant, avant leur incorporation dans des matériaux cimentaires, les CVE doivent subir plusieurs traitements. Premièrement, un lavage à l’eau permet de diminuer fortement la concentration en chlorures. Dans un deuxième temps, une séparation granulométrique des CVE est appliquée afin de ne sélectionner que la fraction la moins contaminée en métaux lourds, notamment en plomb et en zinc, ces métaux lourds étant connus comme retardateurs de prise. Enfin, une troisième étape consiste à oxyder l’aluminium métallique présent dans les CVE à l’aide d’un lavage basique à l’hydroxyde de sodium. S’il n’est pas oxydé durant la phase de traitement, l’aluminium métallique se transforme en aluminates dans la matrice cimentaire tout en produisant de l’hydrogène, responsable de l’apparition de vides et de fissures endommageant ainsi le matériau. Une fois traitées, les CVE peuvent alors être utilisées en substitution partielle du ciment pour une étude de leur réactivité potentielle. Les résultats de cette étude ont montré que l’activité des CVE traitées à l’hydroxyde de sodium est principalement d’origine physique (granulométrique et surface développée). Les CVE ne présentent pas de nature pouzzolanique. Les essais de lixiviation ont montré une durabilité équivalente et une très bonne stabilisation du chrome, du plomb et du zinc, qui permet de respecter les normes environnementales européennes./Municipal Solid Waste Incineration (MSWI) Electrofilter Fly Ash (EFA) is considered as hazardous waste and landfilled after stabilisation and solidification with a hydraulic binder. Its use in cementitious materials allows the elimination of a waste and a decrease of construction materials use. However, before its incorporation in cementitious materials, EFA has to be treated. Firstly, a water washing allows an important decrease in chloride concentration. In a second time, size-based separation is used to select the less heavy metals contaminated fraction, especially in lead and zinc. Indeed, these heavy metals are knows as setting retarders. Finally, a third step involves oxidizing of metallic aluminium contained in EFA during a basic washing with sodium hydroxide. Indeed, if it is not oxidize during the treatment, metallic aluminium converts in aluminates in the cementitious material, and produces hydrogen, generating cracking and voids, and damaging the cementitious material. After the treatment step, a study of the potential reactivity of EFA used in partial replacement of cement is carried out. Results show the activity of EFA treated with sodium hydroxide is mainly physical (grading and developed surface). EFA presents not pozzolanic effect. Leachability tests show an equivalent durability and a very efficient stabilisation of chrome, lead and zinc, allowing the respect of the European environmental standard. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les chapes autonivelantes sont souvent composées de ciment alumineux et de sulfate de calcium pour assurer une prise rapide. Le ciment alumineux est généralement à base de monocalcium aluminate (CA). Récemment, un nouveau ciment alumineux riche en mayénite (C12A7) a été conçu pour optimiser l’application des chapes par l’augmentation de la quantité d’ettringite formée. Le développement de l’hydratation au jeune âge (pendant les premières 24 heures) de ce type de produit est pourtant très peu connu. L’objectif principal de cette étude est d’évaluer l’interaction entre l’hydratation au jeune âge et le séchage naturel à travers un modèle de couplage. Ce modèle est appliqué à l’étude d’une pâte pure ettringitique composée de ciment riche en C12A7 et de plâtre alpha. Tout d’abord, un modèle cinétique d’hydratation, initialement développé en système dilué, a été proposé pour étudier l’hydratation d’une pâte pure ettringitique en condition endogène. Il permet de décrire l’évolution en fonction du temps de la porosité, de la teneur en eau, des quantités de phases (réactifs et hydrates). Un modèle de distribution de rayon de pores a été aussi proposé. Ce modèle permet d’obtenir la courbe de pression capillaire au jeune âge nécessaire pour la modélisation des transferts hydriques. Ensuite, une modélisation complète des transferts hydriques a été présentée. Elle a montré que l’hypothèse d’une pression de gaz constante conduit à une surestimation de perte de masse pour des matériaux à faible perméabilité. Pourtant, pour le cas des ciments alumineux, cette hypothèse peut être retenue pour simplifier le couplage avec le modèle cinétique d’hydratation. Enfin, une modélisation des couplages entre l’hydratation et la dessiccation a été développée. L’originalité de ce modèle porte sur l’intégration de la courbe isotherme issue du modèle de distribution poreuse dans la modélisation des transferts hydriques via une fonction Matlab. Le modèle a été capable de reproduire la cinétique de perte de masse d’un échantillon de pâte pure ettringite réactive soumis au séchage précoce. La nécessité de la prise en compte de l’évolution de température a été mise en évidence. De plus, le modèle a prévu un arrêt précoce de l’hydratation à la surface séchante après 10 heures d’hydratation. L’effet de la dessiccation atteint une profondeur de 5 mm sur un échantillon de 3 cm d’épaisseur. / Self-leveling flooring compounds (SLC) are often composed of calcium aluminate cements (CAC) and calcium sulfate to ensure rapid setting. The mineral composition of calcium aluminate cements is usually designed around monocalcium aluminate (CA). Recently, a new cement with the main compound of mayenite (C12A7) has been designed to optimize the application of SLC by increasing the amount of ettringite in the hydration product. However, there is a lack of knowledge related to early-age hydration (during the first 24 hours) of this type of product. The main objective of this study is to evaluate the interaction between early-age hydration and natural drying through a coupling model. This model is applied to the study of an ettringite binder composed of cement rich in C12A7 and plaster First, a kinetic model of hydration, initially developed in a diluted system, has been proposed to study the hydration of an ettringite paste under endogenous conditions. It allows to describe the evolution as a function of time of the porosity, the water content, and the quantities of phases (reactants and hydrates). A model of pore size distribution has also been proposed. This model allows us to obtain the capillary pressure curve at early-age, which is necessary for the modeling of moisture transport. Then, a complete modeling of water transfers was presented. It has shown that the assumption of constant gas pressure leads to an overestimation of mass loss for weakly permeable materials. However, for the case of CAC, this hypothesis can be retained to simplify the coupling with the kinetic model of hydration. Finally, a modeling of the coupling between hydration and desiccation has been developed. The originality of this model concerns the integration of the isothermal curve resulting from the pore size distribution model in the modeling of water transfers via a Matlab function. The model was able to reproduce the kinetics of mass loss of a sample of ettringite binder subjected to early drying. The role of temperature was also elucidated. In addition, the model predicted an early stop of hydration on the drying surface after 10 hours of hydration. The effect of desiccation reaches a depth of 5 mm on a sample with a thickness of 3 cm.

Afin de renforcer et de protéger les structures du Génie Civil vis-à-vis des incendies, un programme de recherche a été entrepris sur le développement d'un nouveau matériau composite TRC. Le composite TRC est généralement constitué de deux composants, le renfort textile et la matrice cimentaire. Les nouveaux composites du projet sont formulés d'une matrice phosphatique ou alumineuse avec des renforts textiles continus utilisant le verre, le carbone ou des hybrides. L'objectif de ce travail est d'examiner et de développer un TRC satisfaisant les critères de performances thermomécaniques. Le premier niveau de conception est de définir une méthodologie de caractérisation permettant d'identifier les caractéristiques thermomécaniques et les propriétés physico-chimiques des TRC à haute température. Plusieurs régimes de chargement thermique et mécanique couplé ainsi que des analyses thermiques ont été appliqués et pris en compte pour les différentes formulations de TRC. Dans une première partie expérimentale, l'effet du refroidissement et de la nature de la matrice sur le comportement thermomécanique de TRC a été étudié. La deuxième partie des essais explore le comportement thermomécanique et thermo-physico-chimique de deux familles de TRC. La première famille était formée d'une matrice phosphatique et des fibres de verre E. Cette partie concerne l'adhérence qui peut être développée au niveau de l'interface fibre-matrice par deux géométries différentes de textile verre E. L'efficacité du renfort est améliorée ensuite par une pré-imprégnation par une résine époxy. La deuxième famille de composite traite le renforcement d'une matrice alumineuse par des grilles de carbone. Cette famille a subi plusieurs modifications. Un chargement de la matrice par de l'alumine et de verre micronique n'a pas été suffisant pour améliorer le comportement du TRC. Une nouvelle grille de carbone a été ensuite utilisée et des couches de fibres discontinues de verre Mat AR ont été insérées dans la matrice. Ces couches de Mat AR créaient une bonne isolation thermique mais présentaient un problème de délaminage. Enfin l'ajout des fibres de polypropylène au sein d'un mortier alumineux à granulométrie étagée présentait des résultats satisfaisants. Après la recherche et la validation du TRC le plus performant, la fonction de " bouclier thermique " des matériaux isolants a été traitée afin d'améliorer la stabilité thermomécanique des TRC / In order to strengthen and protect civil engineering structures from fires, a research program was undertaken for the development of new TRC composite materials. The TRC composite generally consists of two components, the textile reinforcement and the cement matrix. The new composites of the project are formulated with an inorganic phosphate cement or an aluminous matrix with continuous textile reinforcements using glass, carbon or hybrids. The purpose of this work is to examine and develop TRC that meets the thermomechanical performance criteria. The first level of design is to define a characterization methodology, which identifies the thermomechanical characteristics and physicochemical properties of TRC subjected to high temperature. Several coupled thermal and mechanical loading regimes as well as thermal analyses were applied and taken into account for different TRC formulations. In a first experimental part, the nature of the matrix and the cooling effect on the thermomechanical behaviour of TRC were studied. The second part of the experimental work explores the thermomechanical and thermo-physico-chemical behaviour of two families of TRC. The first family of TRC was formed of a phosphate cement and E-glass textile. It examines the bond that can be developed through the fibre-matrix interface by two different geometries of textile. The effectiveness of the reinforcement is then improved by a pre-impregnation by a resin epoxy. The second family of TRC deals with the reinforcement of an aluminous matrix by carbon grids. This family has undergone several changes. Filling of the matrix with alumina and micron glass was not sufficient to improve the behaviour of TRC. A new carbon grid was then used and layers of Mat AR glass fibres were inserted into the matrix. These layers of Mat AR created good thermal insulation but presented a delamination problem. Finally, the addition of polypropylene fibres in an aluminous mortar with graded granulometry showed satisfactory results. After the search and validation of the most efficient TRC, the "heat shield" function of insulating materials was processed to improve the thermomechanical stability of TRC

En raison de l'épuisement des combustibles fossiles et en raison de son coût croissant, les déchets ont été utilisés comme combustibles alternatifs dans les fours rotatifs à ciment pendant plusieurs années. Afin de répondre aux exigences de protection de l'environnement et de qualité du produit final, il est nécessaire de comprendre et de quantifier les différents processus intervenant dans le four. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la substitution partielle des déchets (pneus usés et Refuse Derived Fuel « RDF ») et biomasse (résidus d’agriculture) dans les fours tournants de production de ciment à un taux de 50 % d’apport énergétique. Le présent projet de thèse a été financé par la République Démocratique Congo, porté par l’Université Kongo (UK), dans le cadre du renfoncement des capacités des universités congolaises. Les travaux de recherche ont été réalisés au sein du Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés (LaTEP) de l’Ecole Nationale Supérieure en Génie de Technologies Industrielles (ENSGTI)/Université de Pau et des Pays de l’Adour (France), dans le but d’étudier et de comprendre les phénomènes thermochimiques se déroulant dans les fours tournants de production de ciments, dans le cas de substitution partielle des combustibles fossiles par des combustibles alternatifs. Pour cela, un modèle mathématique à deux sous-modèles a été établi : - Le modèle monodimensionnel stationnaire du lit de solides et de l’enveloppe du four, caractérisé dans sa première partie par le mélange de la farine de ciment, de déchets et/ou biomasse, et de gaz, et alors que dans sa deuxième partie par les échanges thermiques. Le travail de modélisation est effectué à l'aide du langage de programmation Fortran 90 dans lequel sont implémentées les équations de conservations de la masse, des espèces et de l’énergie, l’équation de transport de la charge, ainsi que les équations algébriques. - Le modèle tridimensionnel instationnaire, repose sur l’utilisation de la mécanique des fluides numérique, et l’outil commercial Fluent a été retenu pour représenter les processus se déroulant au-dessus de la surface libre du lit.Le modèle complet est le couplage entre les deux sous modèles, étant donné les échanges qui s’y effectuent.Deux grands groupes de simulations ont été réalisés dans cette thèse : le cas monodimensionnel et le cas global (couplage Modèle 1D-Modèle 3D). Dans les deux situations, les simulations ont été effectuées dans le cas de fonctionnement au fuel lourd seul, puis dans celui du fonctionnement avec substitution partielle du combustible fossile par les combustibles alternatifs. Pour le modèle monodimensionnel, les simulations ont été effectuées en imposant les flux de chaleur dans la surface libre du lit et dans la paroi découverte. Alors que pour le modèle global, les simulations ont été effectuées en considérant les densités de flux de chaleur associées aux phénomènes physico-chimiques (combustion du fuel lourd, rayonnement, turbulence) se déroulant dans le volume de gaz situé au-dessus de la surface libre du lit.Les résultats ainsi obtenus nous ont permis de conclure sur l’importance de mener en amont une étude expérimentale dans un four tournant à l’échelle pilote afin de pouvoir disposer des ordres de grandeur des différents flux de chaleur au sein du four tournant. Les résultats obtenus nous ont également permis de nous rendre compte de la nécessité de disposer de la géométrie exacte (emplacement) du brûleur dans le four tournant. / Because of the depletion of fossil fuels and because of its increasing cost, waste has been used as alternative fuels in cement rotary kilns for several years. In order to fulfill the requirements of environmental protection and quality of the final product, it is necessary to understand and quantify the different processes occurring in the kiln.As part of this thesis, we focused on the partial substitution of waste (used tires and Refuse Derived Fuel "RDF") and biomass (agricultural residues) in rotary kilns producing cement at a rate of 50 % of energy supply. This thesis project was funded by the Democratic Republic of Congo, led by Kongo University (UK), as part of the capacity building of Congolese universities. The research work was carried out within the Laboratory of Thermal, Energy and Processes (LaTEP) of the National School of Engineering in Industrial Technologies (ENSGTI) /University of Pau, with the aim of to study and understand the thermochemical phenomena taking place in rotary kilns for the production of cement, in the case of partial substitution of fossil fuels by alternative fuels. For this, a mathematical model with two sub-models has been established:- The stationary one-dimensional model of the bed of solids and furnace casing, characterized in its first part by the mixing of cement flour, waste and / or biomass, and gas, and while in its second part by thermal exchanges. The modeling work is performed using the Fortran 90 programming language in which the conservation equations for mass, species and energy, the load transport equation, and the algebraic equations are implemented.- The unsteady three-dimensional model relies on the use of digital fluid mechanics, and the Fluent commercial tool has been retained to represent the processes taking place above the free surface of the bed.The complete model is the coupling between the two sub models, because of the exchanges that take place there.Two large groups of simulations have been realized in this thesis: the one-dimensional case and the global case (Model 1D-3D model coupling). In both situations, the simulations were carried out in the case of operation with heavy fuel oil alone, then in the case of operation with partial substitution of the fossil fuel by alternative fuels. For the one-dimensional model, the simulations were performed by imposing the heat flux in the free surface of the bed and in the exposed wall. Whereas for the global model, the simulations were performed considering the heat flux densities associated with physico-chemical phenomena (combustion of heavy fuel oil, radiation, turbulence) taking place in the volume of gas located above the free surface of the bed.The results thus obtained allowed us to conclude on the importance of carrying out an experimental study in a pilot scale furnace in order to be able to have orders of magnitude of the different heat flows within the rotating furnace. The results obtained also allowed us to realize the necessity to model the exact geometry (location) of the burner in the rotary kiln.

Ce travail est consacré à l'étude du comportement sous charge de longue durée du béton et s'inscrit comme une étape vers la modélisation physique du fluage propre. Ce mémoire présente d'abord une analyse des processus physicochimiques qui ont cours au sein du matériau, en parallèle avec une récapitulation de la phénoménologie du comportement macroscopique sous charge, le tout étant appuyé par une campagne expérimentale sur pâte de ciment, centrée sur l'effet de l'âge du matériau sur la déformation et sur le comportement à la décharge. Une modélisation à l'échelle macroscopique est ensuite présentée, qui prend en compte, de manière explicite, les mécanismes d'hydratation et de comportements visqueux qui agissent à l'échelle microscopique. On montre enfin comment les paramètres de ce modèle peuvent être identifiés et déterminés à partir d'essais classiques.