In the construction of buildings and infrastructures, high resistance materials are used due to current design requirements, concrete being one of the main materials used in the execution of these projects whose cement content is limited to obtaining an economic concrete and of minimum retraction. This limitation requires the use of new additions such as Nano Silica (NS), which due to its nanometric structure is used as a partial replacement for cement, producing an increase in strength in concrete. The present investigation studies the partial replacement of the NS in the cement to determine its behavior in compressive strength, diametric compressive strength, water permeability coefficient. The results indicate that with an addition of 0.225% of NS the compressive strength and splitting tensile strength are increased and the water permeability coefficient decreases, all of them compared to a conventional concrete.

Le béton est le matériau de construction le plus utilisé dans le monde. Des fibres sont introduites pour le renforcement du béton de structure. Jusqu'à présent, les fibres utilisées sont généralement des fibres métalliques ou synthétiques (par exemple les fibres de polypropylène).Dans notre étude, nous nous sommes intéressés au remplacement des fibres synthétique (le polypropylène dans notre cas), par des fibres végétales naturelles à s'avoir l'alfa, une graminée méditerranéenne.Nous avons formulé et confectionné des éprouvettes de différents types de bétons renforcés aux fibres d'alfa ainsi que deux bétons témoins, le premier ordinaire et le second renforcé de fibres de polypropylène.La caractérisation a montré que les dosages en fibres d'alfa les plus performants sont ceux de 1% et 1,5% de fibres d'alfa, qui ont donnés des résistances mécaniques comparables à celles des bétons ordinaires et des bétons renforcés au polypropylène.Les tests de durabilité (attaque sulfatique externe et élévation de température) ont montré que le béton renforcé à 1% de fibre d'alfa est celui dont les résultats se rapprochent de ceux des bétons ordinaires. Le béton à 1% de fibres d'alfa constitue donc le béton optimal.L'analyse environnementale a montré que les fibres d'alfa sont beaucoup moins impactantes sur l'environnement que celles de polypropylènes quant-à l’épuisement des énergies fossiles, le changement climatique (lié à l’émission de gaz à effet de serre, parmi lesquels le CO2), l’émission atmosphérique de particules, l’écotoxicité marine et l’oxydation photochimique. / Concrete is the most used building material in the world. In order to reinforce struture concretes, different kinds of fibres are added among which metallic and synthetic (e.g. polypropylene) fibres.In our study, we have replaced polypropylene fibres by natural vegetal fibres of alfa, a grass commonly found aroud the Mediterranean.We have prepared 3 kinds of concrete : alfa-reinforced concrete (with various amounts of alfa fibres), polypropylene-reinforced concrete and ordinary concrete used as references.Characterization showed that the best amounts of alfa fibres are 1 and 1.5 %, that gave a mechanical behaviour close to that of ordinary and polypropylene-concrete.Durability tests (sulfatic attack and high temperature) showed that the concrete reinforced with 1% of alfa fibres gives the closest results compared to ordinary concrete. Concrete with 1% of alfa fibres is hence the best concrete.Environmental analyses showed that alfa fibres generate far less impacts than polypropylene fibres as regards fossil fuel depletion, climate change (linked with emissions of greenhouse gases among which CO2), atmospheric emission of particles, marine ecotoxicity and photochemical oxydation.

La cantidad de residuos se ha incrementado con el paso del tiempo, siendo actualmente una amenaza grave para el medio ambiente; tal es el caso del vidrio plano, el cual genera cantidades considerables de merma poco reutilizables en su producción. Esto ha generado que sus residuos reciban una mayor atención por las autoridades e investigadores a nivel global en los últimos años, proponiéndose usos respetuosos que contribuyan hacia un entorno más sostenible. Este estudio profundiza en la utilización del residuo de vidrio plano para la reducción de su merma y lo propone como una solución en la elaboración de un concreto ecológico, al ser incluido de forma pulverizada como adición en el concreto. Para ello, se hicieron diferentes diseños de mezcla con porcentajes variables de vidrio plano pulverizado, realizándose comparaciones con respecto a un concreto patrón para identificar su efecto en las propiedades del concreto; evaluándose los ensayos de asentamiento, resistencia a la compresión y resistencia a la compresión en condiciones de ataque por sulfatos. Los resultados muestran que la adición de vidrio plano pulverizado contribuye a la mejora del asentamiento, la resistencia a la compresión y la resistencia a la compresión en condiciones de ataque por sulfatos; y también, presenta un ahorro económico con respecto al concreto patrón. / The amount of waste has increased over time, currently being a serious threat to the environment. Such is the case of flat glass, which generates considerable quantities of waste that are not reusable in the production. This has generated that its residues receive a greater attention by the authorities and researchers to global level in the last years, proposing respectful uses that contribute towards a more sustainable surroundings. This study deepens in the use of the flat glass waste to reduce its shrinkage and proposes it as a solution in the elaboration of an ecological concrete. For this, different mixing designs were made with varying percentages of flat sprayed glass, making comparisons with respect to a concrete pattern to identify its effect on concrete properties; evaluated by slump tests, compressive strength and compressive strength in sulfate attack conditions. The results show that, the addition of pulverized flat glass contributes to the improvement of slump, compressive strength and compressive strength under sulphate attack conditions; and it presents an economic saving with respect to the reference concrete. / Trabajo de investigación

La corrosion des aciers dans les ouvrages en béton armé due aux chlorures est l’une des principales causes de dégradation des constructions notamment en façade maritime. La prédiction de la durée de vie des constructions vis-à-vis de cette pathologie, nécessite la compréhension des principaux mécanismes liés au transfert de chlorures surtout dans les matériaux insaturés (soumis au marnage ou au brouillard salin). Pour améliorer les travaux qui existent dans la littérature sur le sujet, les principaux objectifs de cette thèse sont : la caractérisation expérimentale du phénomène de double couche électrique (DCE) et l’étude de son influence sur le transfert ionique, l’étude des effets de la température et de l’hystérésis (sorption-désorption) sur le profil de chlorures, l’étude du couplage entre corrosion des aciers et transfert des chlorures. Pour atteindre ces objectifs, le travail est divisé en quatre parties. La première est consacrée à l’approche théorique du problème pour établir les équations permettant de décrire le couplage entre transferts ionique et hygrothermique dans les matériaux insaturés. La prise en compte de la DCE est également explicitée. La deuxième partie est expérimentale, elle est réalisée sur des éco-bétons fabriqués à base de laitier et de cendres volantes. Elle consiste à quantifier les paramètres d’entrée du modèle identifiés lors de la première partie. Il s’agit : de la porosité, de la perméabilité aux gaz, du coefficient de diffusion d’ions chlorures, de la distribution porale, des isothermes d’interactions chimiques et des isothermes de sorption-désorption et du potentiel Zeta caractérisant la DCE. Dans la troisième partie, les équations de transfert traduisant le modèle sont résolues numériquement. L’étude de sensibilité du modèle vis à vis de la DCE, de la température, de la perméabilité à l’eau est réalisée. Une confrontation des résultats du modèle (profil de chlorures) avec des résultats expérimentaux obtenus en situation de marnage a permis de montrer l’intérêt de considérer l’hystérésis des courbes de sorption-désorption. Quant à l’effet de la DCE il se manifeste pour potentiel Zeta dépassant 25mV. La dernière partie concerne l’étude du couplage entre transfert de chlorures et corrosion des aciers. Les estimations de la durée d’incubation, de la perte de section d’acier, les temps requis pour l’apparition des premières fissures et l’éclatement du béton d’enrobage ont été réalisées. Nous avons montré que l’utilisation de la loi de Fick peut sous-estimer ces grandeurs. / The corrosion of steels in the reinforced concrete structures caused by chlorides is one of the main causes of degradation of the constructions in particular in maritime facade. The prediction of the service life of the constructions towards this pathology requires the understanding of the main mechanisms relating to the chlorides transport especially in the unsaturated materials submitted to the tide or to the salt spray. To improve the works of the literature, the main objectives should be accomplished are : to study the experimental characterization of the electrical double layer (EDL) and to study its influence on the ionic transport ; to research on the temperature effect and the hysteresis effect on the chloride profile ; to examine chloride transfer coupled with corrosion of reinforcement. To reach these objectives, the work is divided into four parts. The first one is dedicated to the theoretical approach of the problem to establish the equations allowing describing the coupling between ionic and hydrothermal transfer to the unsaturated materials. The consideration of the EDL is also clarified. The second part is experiment. It is realized on eco-concretes made on base of slag and fly ash. It consists in quantifying the inputs of the model identified during the first part such as: porosity, gas permeability, chloride diffusion coefficients, pore size distribution, chemical interactions, isotherms of sorption-desorption and the Zeta potential characterizing the EDL. In the third part, the transfer equations translating to the model are numerically resolved. The study of model sensibility according to EDL, the temperature, the water permeability is performed. A comparison between the numerical results (chloride profile) obtained with the model with experimental ones obtained in the case of tidal zone allowed shows the interest to consider the hysteresis effects. Also, it is shown that the EDL effect is significant beyond Zeta potential of 25mV. The last part concerns the study of the coupling between chloride transfer and corrosion of steels. The estimations of the duration of incubation, the loss of section of steel, the times required to cover cracking were examined. The result showed that the use of the law of Fick can underestimate these parameters.

Face à la finitude des ressources de la terre et de sa capacité d’absorption de la pollution, le développement d’écobétons pour un futur industrialisé durable représente un défi majeur de la science du béton moderne. En raison de sa nature hétérogène complexe, les propriétés macroscopiques du béton dépendent fortement des constituants de sa microstructure (ex. silicates de calcium hydratés [C–S–H], Portlandite, inclusions anhydres, porosité, agrégats, etc.). De plus, la nécessité d’une exploitation rapide et optimale des matériaux cimentaires émergents dans les applications industrielles demande de nos jours une meilleure compréhension de leurs particularités chimico-mécaniques à l’échelle micrométrique. Cette thèse vise à développer une méthode de pointe de couplage de la nanoindentation et de la spectroscopie quantitative aux rayons X à dispersion d'énergie (NI-QEDS), puis à fournir une caractérisation chimico-mécanique originale des phases microstructurales présentes dans les matrices réelles de ciments mélangés. La combinaison d’analyses NI-QEDS statistiques et déterministes a ainsi permis d’élargir la compréhension des systèmes avec ciment Portland et ajouts cimentaires (ACs) conventionnels ou alternatifs. Plus spécifiquement, l’étude des C–(A)–S–H (C–S–H incluant l’aluminium ou non) dans différents systèmes à base de ciments mélangés a montré des compositions différentes pour cet hydrate (variations dans les taux de Ca, Si, Al, S et Mg), mais ses propriétés mécaniques n’ont pas été significativement affectées par l’incorporation des ACs dans des dosages typiques. Les résultats présentés ont aussi démontré le rôle important des autres phases imbriquées dans la matrice de C–(A)–S–H, soit les inclusions anhydres dures (ex. le clinker et les ACs) et les autres hydrates tels que la Portlandite et les hydrates riches en aluminium (ex. les carboaluminates) avec des propriétés mécaniques plus élevées que celles des C–(A)–S–H. La thèse est basée sur cinq articles couvrant : (1) une analyse NI-EDS de systèmes incorporant des volumes élevés de pouzzolanes naturelles; (2) le développement de la méthode NI-QEDS; des analyses statistiques NI-QEDS (3) de systèmes avec cendres volantes et laitier, et (4) d’un système combinant ciment, calcaire et argile calcinée; et (5) une exploration déterministe NI-QEDS de systèmes conventionnels et alternatifs incorporant la poudre de verre, le métakaolin, le laitier ou la cendre volante. Finalement, en plus d’avancer les derniers modèles et méthodes micromécaniques, l’outil développé a fourni une perception chimico-mécanique originale des phases microstructurales et de leur arrangement. Le dévoilement de la signature chimico-mécanique de ces pâtes de ciments mélangés particulièrement complexes offre un savoir unique pour l’ingénierie des bétons de demain. / Abstract : Facing the limitedness of the earth’s resources and pollution absorption capacity, the development of eco-concrete for a sustainable industrialized future is one of the major challenges of modern concrete science. Due to its complex heterogeneous nature, the macro-scale properties of concrete strongly depend on the microstructure constituents (e.g., calcium-silicate-hydrates [C–S–H], Portlandite, anhydrous inclusions, porosity, aggregates, etc.). Moreover, the need for rapid and optimal exploitation of emerging binding materials in industrial applications urges today a better understanding of their chemo-mechanical features at the micrometer scale. This thesis aims at developing a state-of-the-art method coupling NanoIndentation and Quantitative Energy-Dispersive Spectroscopy (NI-QEDS), and providing an original chemo-mechanical characterization of the microstructure phases in highly heterogeneous matrices of real blended-cement pastes. The combination of statistical and deterministic NI-QEDS analysis approaches opened new research horizons in the understanding of Portland-cement systems incorporating conventional and alternative supplementary cementitious materials (SCMs). More specifically, the investigations of C–(A)–S–H (C–S–H including aluminum or not) in different blended-cement systems showed variable compositions for this hydrate (i.e., Ca, Si, Al, S and Mg contents), but the mechanical properties were not significantly affected by the incorporation of SCMs in typical dosages. The presented results also showed the important role of the other phases embedded in the C–(A)–S–H matrix, i.e., hard anhydrous inclusions (e.g., clinker and SCMs) and other hydrates such as Portlandite and Al-rich hydrates (e.g., carboaluminates) with mechanical properties higher than those of the C–(A)–S–H. The thesis is based on five articles focusing on: (1) the NI-EDS investigation of high-volume natural pozzolan systems; (2) the development of the NI-QEDS method; the statistical NI-QEDS analyses of (3) fly ash and slag blended-cement systems and of (4) a limestone-calcined-clay system; and (5) the deterministic NI-QEDS exploration of alternative and conventional systems incorporating glass powder, metakaolin, slag or fly ash. Finally, the developed tool not only advanced the latest micromechanical methods and models, but also provided original chemo-mechanical insights on the microstructure phases and their arrangement. Unveiling the chemo-mechanical signature of these highly-complex blended cement pastes further provided unique knowledge for engineering concretes for tomorrow.