Le phénomène de carbonatation des matériaux cimentaires est l'une des causes majeures de la corrosion des armatures de structures en béton armé. Ce phénomène est étudié depuis de nombreuses années sur les ciments Portland ordinaires CEM I, et les mécanismes sont relativement bien identifiés. Néanmoins, on remarque que si l'on substitue une partie du ciment par des ajouts tels que des cendres volantes, la réaction pouzzolanique ou les réactions d'hydratation qui s'en suivront amèneront à un contenu molaire plus faible en CHet aboutiront à la création d'une plus grande quantité d'hydrates de type C-S-H. Le pouvoir tampon qu'exerce la portlandite sur le pH de la solution interstitielle sera affaibli et le matériau cimentaire sera potentiellement plus sensible à la présence de CO2 au travers d'une carbonatation des C-S-H qui sera plus marquée. D'un point de vue physique, les évolutions microstructurales induites par un niveau élevé de carbonatation des C-S-H deviennent complexes et peuvent accélérer la diffusion du CO2. Cette thèse a ainsi pour but de caractériser le comportement vis-à-vis de la carbonatation des ciments contenant de forts dosages en cendres volantes et de développer une modélisation des systèmes cimentaires correspondants. Des pâtes de ciment et mortiers ont été formulés avec des rapports E/C variables et différents taux volumiques de substitution en cendre volante. Après une longue cure endogène, des essais de carbonatation accélérée ont été réalisés (10% de CO2, 25°C et 63% HR). À diverses échéances, des essais destructifs (analyse thermique, porosimétrie au mercure et projection de phénolphtaléine) et non-destructifs (gammadensimétrie) ont permis de quantifier le dioxyde de carbone fixé dans chaque type d'hydrate (CH et C-S-H), les changements de microstructure induits (porosité, distribution poreuse), ainsi que l'eau de structure libérée par carbonatation. On a ainsi pu relier les changements de microstructure et la libération d'eau avec les niveaux de carbonatation de la portlandite et des C-S-H.Dans un second temps, la plateforme de modélisation, Bil (sous licence GPL), développée à l'Ifsttar a été utilisée comme support pour le développement d'un modèle aux volumes finis. Il permet de décrire simultanément des réactions chimiques couplées à un transport de matière. Les lois de comportement chimiques - microstructurales (évolution du volume molaire des C-S-H en fonction de leur état de décalcification) et hydriques (eau relarguée par la carbonatation) mises en évidence par la campagne expérimentale ont pu être ainsi introduites dans le modèle. La cinétique de dissolution de la portlandite est paramétrée par une réduction d'accessibilité des amas de cristaux de CH qui, au cours du temps, se recouvrent d'une gangue de calcite de moins en moins perméable. La contribution des C-S-H est prise en compte. Une approche thermodynamique originale permet de décrire leur état de décalcification à l'équilibre au cours de la carbonatation. Au final, de nombreuses espèces chimiques, ainsi que leur spéciation, sont introduites dans le modèle, notamment les alcalins qui ont un effet marqué sur le pH

La France possède un patrimoine très riche d'ouvrages d'art et de bâtiments fondés sur des pieux en bois. Les ponts construits sur la Loire, sur la Seine, le château de Chambord ou encore le Grand Palais à Paris en sont quelques exemples. Cependant, malgré un parc français important d'ouvrages bâtis sur des pieux en bois, le retour d'expérience sur la portance résiduelle et l'état de dégradation de leurs fondations est faible et non capitalisé. Les principaux objectifs de ce travail, qui s'intègre dans le projet Pieux Bois, sont d'une part, de définir une méthodologie d'analyse des fondations en bois des ouvrages visant à évaluer leur état de dégradation, et d'autre part, de proposer une méthode de dimensionnement des pieux en bois s'appuyant sur les caractéristiques pressiométriques des terrains. L'état de l'art réalisé dans le cadre de ce projet a permis d'identifier une centaine de ponts français construits sur des pieux en bois entre le Moyen-Âge et l'époque industrielle, principalement situés dans le lit des fleuves et de leurs affluents. Les désordres relevés sur ces ouvrages ainsi que les solutions de confortement mises en œuvre pour assurer leur pérennité ont été établis. La méthodologie d'analyse présentée dans un guide d'inspection des fondations en bois élaboré aux Pays-Bas a été validée lors de l'évaluation de l'état de dégradation des pieux de fondation d'un viaduc ferroviaire situé à proximité de Bordeaux. Les propriétés mécaniques de l'interface entre le sol (limon) et le bois ont été étudiées à partir d'une campagne d'essais en laboratoire à la boîte de cisaillement direct. Des essais de cisaillement d'interface avec le mortier et l'acier ont également été réalisés. L'influence de la rugosité des matériaux et de la teneur en eau du limon sur les propriétés de résistance d'interface a été examinée. Les essais de cisaillement en laboratoire ont été complétés par la réalisation de deux plots expérimentaux sur lesquels des pieux en bois ont été battus et chargés en compression. Les pieux ont été préalablement munis d'un système d'instrumentation accueillant un chapelet d'extensomètres amovibles. Les résultats de ces essais de chargement ont été intégrés dans une base de données d'essais de pieux en bois construite à partir de données publiées dans la littérature. La démarche mise en œuvre pour établir les règles pressiométriques présentées dans la nouvelle norme d'application nationale de l'Eurocode 7 a été reprise et modifiée. Les études statistiques menées à partir de cette base de données ont permis de proposer un modèle de calcul des résistances de pointe et de frottement des pieux en bois battus dans les argiles limons et les sables graves

Cette étude consiste à analyser les propriétés du béton destiné aux applications résidentielles dans lesquelles une partie des granulats naturels (GN) sont remplacés par des granulats recyclés (GR). On analyse les impacts sur la résistance, la durabilité et la microstructure du béton en fonction du taux de remplacement. Trois différents types des GR sont étudiés. Les essais de caractérisation des granulats recyclés, tels que la densité, l’absorption, la granulométrie, la teneur en impuretés, en matières organiques et en ions chlorure sont effectués. Les essais réalisés sur les bétons se résument essentiellement aux essais de la résistance à la compression, du retrait de séchage, de la résistance aux cycles de gels-dégels, de la perméabilité aux ions chlorure et de la résistivité électrique. Dans le but d’identifier l’effet des granulats fins recyclés sur le comportement des bétons, les analyses thermogravimétriques (ATG) et le pH des mortiers à base des granulats recyclés sont également déterminés. Les bétons évalués dans le cadre de cette étude de classes d’exposition « F-2 » et « R » sont destinés pour la construction résidentielle et des petits bâtiments. Compte tenu de critère de résistance plus sévère, le béton choisi pour les essais est de classe F-2 selon la classification de la norme CSA A23.1-14 (annexe 1 et 40). La norme prévoit que le béton soit soumis aux cycles de gels-dégels dans des conditions non saturées, mais ne soit pas exposé aux ions chlorure. À titre d’exemples, on peut nommer les murs et les poteaux extérieurs. La norme CSA établit les propriétés minimales pour un béton de classe F-2 (annexe 2). Ainsi, la formulation vise un rapport eau/liant (E/L) de 0.55 et une teneur en air de 4 à 6% selon le diamètre maximal du gros granulat utilisé (annexe 3). Les formules des bétons sont déterminées par la méthode des volumes absolus (CAN-A23.1-94 et ACI 211.1-74). Dans cette étude, le liant utilisé est le ciment de type GU, le ciment binaire à base de laitier et les ciments ternaires à base de laitier et fumée de silice ou à base de cendres volantes et fumée de silice. Les GR sont composés de gros granulats et de granulats fins. Le remplacement du GN par le granulat recyclé est effectué de la manière suivante : une proportion des granulats fins recyclés remplace le sable et une partie des gros granulats recyclés remplace les gros granulats naturels. Les proportions massiques des granulats naturels dans le mélange sont effectuées suite à une optimisation granulaire des matériaux par rapport à la courbe visée de Fuller et Thompson (Gagné et Aïtcin, 2014). Bien que certaines propriétés des bétons aux GR et ciment GU soient plus faibles, comparativement aux propriétées des bétons aux granulats naturels, il est possible d’obtenir la résistance à la compression minimale de 25 MPa à 28 jours, recommandée par la norme CSA A23.1-14 (bétons de classe F2), en optimisant le taux de remplacement des granulats recyclés de 15% pour un béton formulé avec du ciment GU et de 45% pour un béton formulé avec du ciment binaire au laitier. Mots-clés : Béton résidentiel, ciment binaire, ciment de type GU, ciment ternaire, durabilité, granulats recyclés, méthode des volumes absolus, optimisation des granulats, résistance.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Motivé par l’évolution de la production architecturale durable dans les pays d’Amérique latine, et plus particulièrement en Colombie, mon projet de recherche porte sur l’adaptation de l’architecture à ce nouveau contexte. L’approche architecturale traditionnelle à la prise en compte de l’énergie et du climat est l’architecture bioclimatique : reproduite à partir de connaissances et techniques ancestrales remontant à la conception de l’abri, cette dernière étudie les phénomènes physiques associés au confort thermique afin de les reproduire dans une nouvelle architecture. De nouvelles méthodes d’évaluation environnementale se sont développées dans les dernières décennies pour améliorer l’intégration environnementale des bâtiments. Ces méthodes privilégient la normalisation des solutions et utilisent des systèmes de certification pour reconnaître la performance environnementale et énergétique des bâtiments. Le résultat visé est la conformité aux standards internationaux de durabilité. Ce mémoire porte sur l’analyse comparative de l’architecture bioclimatique et de la certification environnementale à partir de la structure des sujets abordés par LEED, une des méthodes les plus connues d’une telle certification. Cette comparaison permet de constater que les deux approches sont motivées par les mêmes préoccupations environnementales mais que leurs méthodes d’intégration de ces préoccupations diffèrent, en particulier quant à la prise en compte des facteurs locaux et globaux. / Motivated by the development of sustainable architectural production in the countries of Latin America, particularly in Colombia, my research focuses on the adaptation of architecture to this new context. The traditional approach to the integration of energy and climate is bioclimatic architecture. This way is based on the reproduction of knowledge through the use of ancestral techniques that were acquired over time, and which evolved from shelter design. The bioclimatic architecture studies the physical phenomena in relation to thermal comfort to reproduce in a new architectural style. New environmental assessment methods have been developed in recent decades to improve environmental integration in buildings. These methods give priority to standardization of solutions and use certification systems to recognize the environmental and energy performance of buildings. The expected results are in compliance with international sustainability standards. This thesis focuses on the comparative analysis of bioclimatic architecture and environmental certification using the structure and the topics addressed by LEED, one of the best-known methods of such certification. This comparison shows that the two approaches are motivated by the same environmental concerns but their methods of integration of these concerns differ, particularly with regard to the consideration of local and global factors.

La conservation des monuments implique fréquemment une étape de substitution des parties dégradées par des pierres de tailles neuves. Cependant, la pierre d’origine est souvent indisponible, ce qui soulève la question du choix d’une pierre de remplacement compatible. La question de la compatibilité de la pierre est abordée à travers une démarche transversale considérant à la fois des critères physicochimiques et des critères d’aspect visuels. Les objectifs principaux ont été d’une part l’identification les mécanismes d’altération les plus impactants en termes de changement de couleur et d’autre part, la prise en compte du contexte visuel sur la compatibilité esthétique des matériaux de remplacement. L’étude porte sur un calcaire oolitique échantillonnée en carrière et sur des monuments bâtis à différentes époques. Il résulte que les lichens endolithiques ont un effet déterminant sur la durabilité et l’aspect à long terme de la pierre via un mécanisme protecteur d’imperméabilisation de la surface. Concernant l’aspect visuel, une méthode est proposée pour mesurer la gamme de couleur acceptable dans un monument à l’aide d’un test psychovisuel. Pour cela, une chaine de traitement d’image depuis l’acquisition jusqu'à l’affichage a été mise au point pour simuler des remplacements virtuels à partir d’images colorimetriquement calibrées. A partir d’un panel d’observateurs, un protocole de test a été conçu pour identifier la gamme de couleur indiscernable au sein d’une façade de monument. La discussion s’appuie sur des résultats préliminaires concernant la muraille de la cité médiévale d’Aigues-Mortes. / The preservation of monuments frequently involves the replacement of deteriorated stones by new ones. However, the original stone is often unavailable, which raises the question of the selection of a compatible replacement stone. In this study, the compatibility of the stone is addressed through a transverse approach considering both physicochemical and aesthetic criteria. The main aims were firstly to identify the weathering mechanisms with the greatest impact in terms of colour change and secondly to study the effect of visual context on aesthetic compatibility of replacement materials. Regarding the weathering mechanisms, the study focuses on an oolitic limestone sampled on quarry and on monuments built at different periods. It results that endolithic biological colonization determines the long-lasting durability of the stone through a waterproofing protective effect. In a second step, a methodology is proposed in order to measure the acceptable colour range in a monument using psychovisual experimentation. An image processing chain from the acquisition to the display was developed to simulate realistic virtual replacements from colorimetrically calibrated images. Based on a panel of observers, a test protocol was designed to locate color thresholds that separate a perceptible from an imperceptible replaced stone. The discussion is based on preliminary results from the Aigues-Mortes medieval city walls.

Dans le cadre du concept français de stockage géologique profond des déchets radioactifs, ilest envisagé de stocker les colis vitrifiés de déchets de Moyenne Activité à Vie Longue au sein de surconteneurs en béton. La chimie de l'eau interstitielle étant susceptible de modifier la durabilité chimique des matrices vitreuses, cette étude a été menée afin d'appréhender la phénoménologie d'altération du verre au contact d'eaux cimentaires. Des solutions représentatives des deux premiers stades de dégradation d'un ciment Portland et d'un ciment bas pH ont été étudiées. Les conditions dans lesquelles le rapport S/V (surface de verre sur volume de solution) et la chimie de la solution pilotent les mécanismes d'altération du verre sont clairement établies.Si le flux d'éléments relâchés par le verre est suffisant pour atteindre et maintenir un état de sursaturation qui permette la nucléation de phases secondaires (C-S-H et zéolithes), alors la précipitation de ces phases pilote la dissolution du verre. Les rôles antagonistes du calcium ont été mis en évidence en fonction du régime d'altération du verre. A faible rapport S/V, l'incorporationdu calcium au sein de la pellicule d'altération augmente ses propriétés passivantes. A l'inverse, àfort rapport S/V, le calcium précipite sous forme de phases cimentaires consommatrices d'élémentsréticulants de la pellicule d'altération, ce qui engendre le maintien d'une vitesse d'altération élevée.Le rôle bénéfique d'un ciment bas pH vis-à-vis de l'altération du verre est expliqué à partir de cesrésultats. Ce travail constitue une première étape visant à la compréhension fine des mécanismesd'altération du verre en milieu cimentaire. / In the French deep geological repository concept, intermediate-level vitrified wastepackages could be disposed of concrete medium. Chemical composition and pH of the interstitialleaching water are expected to influence the chemical durability of glass. Investigations have thusbeen carried out to study glass dissolution mechanisms and kinetics in contact with cement waters.Three cement pore waters were studied: the first two correspond to two stages of the Portlandcement aging and the third corresponds to equilibrium with a low pH concrete. The S/V ratio(glass-surface-area-to-solution-volume ratio) and the chemistry of cement waters are the two mainparameters that control glass alteration mechanisms.If the leaching flow from the glass allows a degree of supersaturation to be reached and maintainedwhich leads to nucleation of secondary phases, then precipitation of these phases drives glassdissolution. At a very low S/V ratio, the calcium uptake into the alteration layer increases itspassivating properties. Conversely, at a high S/V ratio, the calcium precipitates as cementitiousphases consuming elements which form the alteration layer. The glass dissolution is maintained ata high rate.This study contributes to highlighting the beneficial role of low pH cement in glass alteration, andis a first step towards understanding the mechanisms between the glass and the cement medium.

L'enjeu de la thèse est de proposer une stratégie de gestion durable de la résistance génétique à la rouille brune du blé, basée sur des sources de résistance quantitative. Nous proposons d'identifier des résistances se traduisant par une diminution des performances du pathogène sur les différentes phases du cycle infectieux. Ainsi, l'exercice de contraintes diversifiées sur le pathogène devraient ralentir son adaptation et augmenter la durabilité de la résistance. La confrontation d'un ensemble de génotypes de blé à trois isolats de rouille brune a permis de mesurer le niveau de résistance pour cinq composantes en serre (efficacité d'infection, période de latence, taille de lésion, sporulation par lésion, sporulation par unité de surface sporulante), et à différentes étapes de l'épidémie au champ. Nous avons mis en évidence une grande diversité des composantes affectées, et une variabilité importante pour toutes les composantes. Le développement d'un modèle statistique a permis d'établir que l'ensemble des composantes intervient dans la détermination du niveau de résistance à l'échelle épidémique, mais l'efficacité d'infection et la latence sont les composantes qui jouent le rôle le plus important pour déterminer le niveau de résistance au champ. L'impact d'une composante sur le niveau global de résistance change selon les étapes de l'épidémie. Les trois isolats utilisés ont exprimé un profil d'agressivité contrasté vis-à-vis des différentes composantes. La cartographie des QTLs associés aux différentes composantes de résistance a permis d'établir que la diversité phénotypique observée est liée à une diversité génotypique. / The issue of this thesis is to propose a durable management of genetic resistance to wheat leaf rust, based on quantitative resistance. We propose to identify resistance factors reducing pathogen development across the different stages of the infectious cycle. Diversifying constraints exerted by host resistance on the pathogen development should slow down the pathogen adaptation, and increase resistance durability. A set of wheat genotypes was confronted to three leaf rust isolates, and resistance level was measured for five components in the greenhouse (infection efficiency, latent period, lesion size, spore production per lesion, spore production per unit of sporulating tissue), as well as at different stages of field epidemics. Across the germplasm investigated, the resistance components involved were diversified, and their resistance level varied. Developing a statistical model, we established that all the components are involved in the resistance level observed in field epidemics, the most important components being infection efficiency and latent period. The incidence of a component on the field resistance level varied across epidemic stages. The three pathogen isolates used displayed contrasted aggressiveness profiles, according to the different resistance components. QTL mapping of resistance associated to the different components showed that phenotypic diversity corresponded to genotypic diversity.

La santé et l'environnement sont, avec l'économie et le social, deux piliers de l'alimentation durable dont la convergence est discutée. On peut les estimer respectivement à travers la qualité nutritionnelle et l'impact carbone. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous proposons d'appréhender la problématique de la convergence nutrition-environnement en adoptant deux approches différentes. Tout d'abord, nous avons estimé la conséquence, sur l'impact carbone de l'alimentation, d'une modification de choix alimentaires individuels. Puis, en classant les individus en fonction de la qualité nutritionnelle de leur alimentation, nous avons estimé si l'impact carbone était différent en fonction de cette qualité nutritionnelle. Premièrement, nous avons montré que la modification des choix alimentaires ne peut s'avérer être une stratégie de réduction majeure de l'impact carbone associé à l'alimentation. Deuxièmement, le niveau d'impact carbone ne diffère que très peu en fonction de la qualité nutritionnelle de l'alimentation. Une bonne qualité nutritionnelle semble même associée à un plus fort impact carbone. Les résultats conduisent à remettre en question l'idée communément relevée dans la littérature qu'il existerait une convergence "naturelle" dans le domaine de l'alimentation entre la promotion de la santé publique et la protection de l'environnement. Notre approche est originale, car nous avons pris en compte la variabilité de l'alimentation réelle des individus, et que nous avons estimé avec précision la qualité nutritionnelle de leur alimentation. Cette thématique constitue un vaste champ de recherches qu'il convient de défricher de façon urgente. / Health and environment are, with economy and social concerns, two pillars of food sustainability whose compatibility is discussed. They can be estimated through nutritional quality and carbon footprint respectively. In this thesis, we propose to analyze the convergence between nutrition and environment by adopting two different approaches. First, we have estimated the effect of modifying individual food choices on diet-related carbon footprint. Second, by classifying the individuals based on the nutritional quality of their diet, we compared the diet-related carbon footprint among the classes of individuals. First, we have shown that changes in food choices may not be an efficient strategy for reducing the diet-related carbon footprint. Second, the level of carbon footprint did not differ much according to the nutritional quality of diets. A high quality diet even seems associated with a higher carbon footprint.The results lead to question the idea commonly found in the food and nutrition literature that there is a “natural” convergence between promotion of public health and environmental protection. Our approach is original because we have taken into account the variability of realistic individual food consumptions and we estimated the nutritional quality of diets with precision. This topic is a vast field of researches which has to be explored urgently.

Le béton est un des matériaux les plus utilisés pour la réalisation de bâtiments et ouvrages de génie civil. En situation d'incendie, le béton peut présenter une instabilité thermique au-delà d'une certaine température. Les travaux de recherche dans le domaine permettent d'approfondir la connaissance du comportement du béton à haute température afin d'améliorer la sécurité des bâtiments et ouvrages.Le but de ce travail de recherche est d'étudier les transferts couplés de chaleur et de masse dans les bétons, en utilisant des éprouvettes de grandes dimensions. Cette étude porte sur un béton ordinaire (fc28= 37 MPa) et un béton à hautes performances (fc28=73 MPa). Des éprouvettes cylindriques de grandes dimensions (Ø60x60cm) sont confectionnées, conservées jusqu'à maturité du béton puis soumises à un cycle de chauffage-refroidissement de la température ambiante jusqu'à 600°C à une vitesse de chauffage de 0.1°C/min. Des mesures de température (en surface et à différentes profondeurs des éprouvettes), de pression et de perte de masse sont réalisées au cours du cycle de chauffage - refroidissement. Des mesures de propriétés physiques (masse volumique, perméabilité, conductivité thermique) sont aussi effectués sur des éprouvettes de petites dimensions (formes cylindrique Ø15x5 cm et prismatique 12x8x4 cm) à des températures de 80, 150, 300 et 450°C.Une analyse numérique est faite grâce à un modèle thermo-hydrique implanté dans le code CAST'3M afin de comparer les résultats expérimentaux et numériques.Cette étude a ainsi permis d'approfondir la connaissance des phénomènes couplés qui ont lieu au sein du béton lorsqu'il est porté à une température élevée et de mettre en évidence des résultats non observés sur des éprouvettes de petites dimensions.La comparaison des résultats expérimentaux et numériques a montré que le modèle numérique développé reproduit bien les transferts couplés de chaleur et de masse qui s'opèrent dans le béton lorsqu'il est chauffé de 20 à 600°C. / Concrete is one of the most materials used widely in the construction of buildings and civil engineering materials. In fire conditions, the concrete may exhibit thermal instability beyond a certain temperature. Researches in the field provide a deeper understanding of the behavior of concrete at high temperature in order to improve the safety of buildings and structures.The purpose of this research is to study the coupled heat and mass transfers in concrete, using large samples. This study focuses on an ordinary concrete (fc28 = 37 MPa) and a high-performance concrete (fc28 = 73 MPa). Cylindrical specimens large (Ø60x60cm) are fabricated, conserved until maturity of the concrete and then subjected to a cycle of heating and cooling from room temperature to 600°C at a heating rate of 0.1°C/min. Measurements of temperature (at surface and at various internal depths of the specimens), pressure and mass loss are carried out during heating-cooling. Measurements of physical properties (density, permeability, thermal conductivity) are also carried out on samples of small dimensions (cylindrical and prismatic shape: Ø15x5 cm and 12x8x4 cm) at temperatures of 80, 150, 300 and 450°C.A numerical analysis is carried out by a thermo-fluid model implanted in the code CAST'3M in order to compare the experimental and numerical results.This research has allowed to deepen the understanding of coupled phenomena which take place within the concrete when it is heated at a high temperature and to highlight results which were not observed on small samples.The results of experimental and numerical comparison showed that the numerical model developed reproduces the coupled heat and mass transfers occurring in the concrete when it is heated from 20 to 600°C.