Le comportement mécanique d'un matériau granulaire est intimement lié à la compatibilité élastique entre ses phases constituantes. La particularité des bétons de granulats légers est la combinaison d'une matrice cimentaire avec des granulats peu rigides. Sous ces conditions, cette thèse porte sur l'étude de la compatibilité élastique et du comportement mécanique des bétons de granulats légers. Le principal objectif est de définir les mécanismes qui contrôlent la résistance de ces bétons afin d'en optimiser les performances. Cet objectif est atteint par un apport combiné de la modélisation et de l'expérimentation. La partie modélisation fait appel à plusieurs concepts de la mécanique des matériaux composites à inclusions sphériques. Un modèle de perturbations est utilisé pour évaluer les contraintes résultantes induites par la présence des granulats légers au sein du béton sous charge. / En intégrant la proportion volumique des granulats aux calculs, ce modèle permet d'établir une méthode de prédiction du comportement mécanique des bétons légers en fonction des propriétés de chacune des phases. La partie expérimentale a pour but d'évaluer le comportement mécanique d'une large gamme de bétons légers et sert par conséquent à la validation du modèle. L'étude est dirigée à la fois sur les propriétés mécaniques de la matrice et du béton car les propriétés des granulats ne peuvent être déterminées adéquatement en laboratoire. Les résultats obtenus permettent de constater l'influence de la qualité de la matrice, de la densité des granulats, de l'entraînement d'air et du sable naturel sur la résistance en compression des bétons de granulats légers. On observe que la résistance est directement liée au rapport de module élastique entre les granulats et le béton, Eg=Eb, ainsi qu'à la distribution du squelette granulaire. D'autre part, on remarque que le module élastique des bétons légers varie de façon proportionnelle à la masse volumique du matériau durci. Enfin, la méthode de prédiction établie à l'aide du modèle de perturbations s'avère un outil efficace pour la formulation des bétons de granulats légers. Une étude complémentaire a été réalisée pour évaluer l'efficacité des microfibres et des mésofibres d'acier à contrôler la fissuration des bétons de granulats légers.

Ce projet évalue une approche pronostique de la réaction alcalis-silice (RAS), basée sur la réactivité résiduelle du granulat récupéré du béton d'un barrage, afin d'évaluer le potentiel résiduel d'expansion de la RAS. Ainsi, des essais d'expansion accélérés ont été réalisés sur des éprouvettes de mortier préparées avec des granulats fins obtenus par broyage des granulats d'origine en conditions d'immersion dans une solution de NaOH 1M. Les conditions expérimentales ont été optimisées selon 4 calibres granulaires de matériel réactif et 3 dimensions d'éprouvettes de mortier. En parallèle, des carottes de béton du barrage ont été désagrégées par trempage dans une solution de Na₂SO₄ concentrée à 25 % massique, combiné à un cyclage thermique (16 heures à 4°C et 8 heures à 60°C) pour récupérer les granulats. Plus de 90 % du matériel initial a été récupéré après conditionnement. Finalement, des éprouvettes de mortier ont été fabriquées à partir des granulats récupérés et selon les conditions optimisées. La cinétique de la consommation de la silice réactive de ces dernières sera comparée avec celle d'un granulat similaire à celui retrouvé dans le béton du barrage, mais n'ayant jamais été exposé à la RAS. Simultanément, le bilan de la concentration en alcalis disponibles pour la RAS dans le béton du barrage a été étudié. L'extraction de la solution interstitielle sous haute pression du béton du barrage a permis de mesurer des concentrations supérieures au bilan théorique en alcalis d'environ 1,3 kg de Na₂O([indice] eq)/m³ de béton. Afin d'expliquer cet apport d'alcalis au béton du barrage, le potentiel de relâchement d'ions alcalis des granulats a été évalué. Des analyses chimiques, des examens pétrographiques et les méthodes RILEM ACS-AAR-8 et IFSTTAR XP P 18-544 ont permis de déterminer que le potentiel de relâchement d'ions alcalis du gros granulat est négligeable. Le granulat fin a possiblement contribué à relâcher des alcalis dans la pâte de ciment, mais faute de matériel, le potentiel de relâchement de ce dernier n'a pas pu être confirmé. / This project evaluates a prognosis approach of the alkali-silica reaction (ASR), based on the residual reactivity of aggregates recovered from a concrete dam, to evaluate ASR’s residual expansion potential. Thus, accelerated expansion tests in immersion conditions of NaOH 1N solution were carried out on mortar specimens containing fine aggregates obtained by crushing of the original aggregate. The experimental conditions were optimized according to 4 granular classes of reactive material and 3 dimensions of mortar specimens. Meanwhile, concrete cores from the dam were disaggregated by immersion in a solution of Na₂SO₄ [25 % by mass] combined with thermal cycling (16 hours at 4°C and 8 hours at 60°C) to recover the aggregates. More than 90 % of the original material was recovered after conditioning. Mortar samples were made using the aggregates recovered and were exposed to optimized conditions. The kinetics of the reactive silica consumption of the latter will be compared to a similar aggregate, but never exposed to ASR. At the same time, the assessment of the available alkali concentration for ASR in the dam’s concrete was studied. High pressure extraction of the pore solution from the concrete allowed to measure concentrations higher than the theoretical alkali balance of about 1.3 kg of Na₂O([subscript] eq)/m³ of concrete. To explain this contribution of alkalis to the concrete, the alkali ion release potential of the aggregates was evaluated. Chemical analyzes, petrographic examinations and the RILEM ACSAAR- 8 and IFSTTAR XP P 18-544 methods have determined that the potential for alkali ion release from the coarse aggregate is negligible. The fine aggregate possibly contributed to the release of alkalis in the cement paste, but due to lack of material, the release potential of the latter could not be confirmed.

Durant les années 1950 - 1970, il était assumé que le béton pouvait fournir une résistance adéquate pour assurer le bon comportement structural des dalles en béton armé sous des contraintes de cisaillement. Cependant, l'introduction récente de certains mécanismes, tels que le facteur d'échelle, a soulevé de nouvelles inquiétudes quant à la capacité structurale de ces éléments, plus particulièrement pour les infrastructures en béton armé qui sont vieillissantes et qui sont affectées par la réaction alcalis-silice (RAS). Dans le but d'évaluer ces préoccupations, une étude a été effectuée afin de déterminer la capacité à l’effort tranchant de sections de dalles épaisses en béton armé, sans étrier, et affectées à différents niveaux par la RAS. Un total de huit (8) corps d’épreuve en béton de 610 mm de largeur, 750 mm de hauteur et 4500 mm de longueur, ont été fabriqués et soumis à des conditions permettant le développement de la RAS. Les dalles épaisses présentant différents niveaux d’expansion (0,07, 0,15 et 0,23%) ont été testées structuralement jusqu’à leur rupture. Certaines d’entre elles ont également été soumises à un programme de caractérisation des matériaux afin de définir leurs propriétés mécaniques. Selon les conditions qui prévalaient dans le présent programme de recherche, il semble que la réaction alcalis-silice n’ait pas eu une influence néfaste sur la capacité en cisaillement des dalles testées, et ce, malgré que le matériau ait subi des niveaux d’endommagement parfois très sévère. L’analyse des résultats suggère que quatre (4) paramètres principaux peuvent influencer la résistance ultime à l’effort tranchant. Il s’agit des propriétés mécaniques du béton, de la précontrainte chimique causée par la réaction alcalis-silice (RAS), de l’espacement des fissures de cisaillement ainsi que la taille des particules de granulats. / During the 1950’s - 1970’s, it was assumed that concrete could provide adequate strength to ensure good structural behaviour of reinforced concrete slabs under shear stresses. However, new understanding of certain mechanisms, such as scale factors, has raised new concerns about the structural capacity, especially for aging concrete slabs affected by ASR. In order to assess those concerns, a study was carried out to determine the residual shear capacity of thick concrete slabs sections without stirrups, affected by ASR as a function of its development. Eight (8) concrete specimens, 610 x 750 x 4500 mm in size, were manufactured and subjected to conditions enabling ASR development. The thick slabs were tested up to failure at selected ASR expansion levels (0.07, 0.15 and 0.23%). Some of them have also been subjected to a material characterization program to define their mechanical property. According to the conditions prevailing in the present research program, it appears that ASR has not a detrimental influence on the shear capacity of the unreinforced tested slabs, despite the fact that the material has undergone severe damage. Analysis of the results suggests that four (4) main parameters can influence ultimate shear strength. These include the mechanical properties of the concrete, the chemical prestress caused by the alkali-silica reaction (RAS), the shear crack spacing as well as the size of the aggregate particles.

La fissuration d’éléments minces en béton dès le jeune âge correspond à une réalité observée sur des ouvrages en construction. Cette fissuration concerne des bétons courants de bâtiments, pour lesquels les matériaux de qualité optimale ne sont pas toujours disponibles, en particulier au niveau des granulats. Le but de cette thèse est de définir une approche expérimentale d’étude de ces phénomènes et de proposer des interprétations pour les sensibilités relatives à la fissuration en fonction de la nature des granulats et de leurs taux de saturation initiaux. La sensibilité des moyens de mesures existants conçus pour des bétons spéciaux (BAP et BHP) a d’abord dû être<p>vérifiée. Un nouveau dispositif expérimental a été développé dans le but de mieux décrire l’évolution de la résistance et de la capacité de<p>déformation en traction du béton jeune. Les indicateurs globaux (macroscopiques) apparaissent plus sensibles que les indicateurs de la microstructure pour rendre compte des différences de comportement observées. L’évolution du module élastique, du retrait plastique et endogène corrélées à l’évolution de la capacité de déformation et de la résistance en traction permettent de mieux caractériser le risque<p>potentiel de fissuration par retrait empêché. La fin de prise correspond à une phase critique. L’influence de la saturation des granulats est<p>indirecte, et résulte des variations du rapport Eau d’ajout/Ciment, à rapport Eau efficace/Ciment constant. La nature des granulats intervient au niveau des évolutions relatives de la résistance en traction et du module élastique. La méthodologie peut être appliquée à l’étude d’autres types de bétons et d’autres paramètres de formulation. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Constitués de plusieurs composants (granulats naturels et pâte de ciment adhérente), les GBR ne sont à l’heure actuelle pas utilisés largement dans la formulation de nouveaux bétons. Les propriétés médiocres des GBR compliquent considérablement la détermination de la quantité d’eau efficace dans le béton frais. Tout d’abord, une étude bibliographique va mettre en évidence la grande dispersion des résultats des essais de caractérisation des GBR et des propriétés des bétons recyclés à l’état frais et durci. Ensuite, une étude vise à analyser l’hétérogénéité des GBR et des granulats de béton concassé (GBC) par rapport à différents paramètres : aux impuretés granulaires, à la densité et à la teneur en pâte de ciment, au malaxage du béton parent, et au niveau de la capacité d’absorption d’eau des GBC en fonction de leur état de pré-humidification. Enfin, une dernière partie est destinée à améliorer la maîtrise de l’eau efficace réelle dans la fabrication du béton recyclé. La cinétique d’absorption des GBC dans une pâte de ciment est tout d’abord étudiée. Ensuite, l’évolution de l’eau efficace durant le malaxage de bétons à base de GBC est investiguée au moyen d’une méthode originale basée sur le suivi des courbes de puissance du malaxeur. Finalement, l’effet d’un malaxage sous vide relatif sur les propriétés des bétons à base de granulats naturels et des bétons à base de GBC est étudié. / Composed of several components (natural aggregates and adherent cement paste), RCA are not widely recommended in new concrete formulations. Their poor properties considerably complicate the determination of the effective water in fresh concrete. In a first part, a bibliographic study will highlight the wide dispersion of the results of characterization tests of RCA and the properties of fresh and hardened recycled concrete. In a second part, the heterogeneity of RCA and crushed concrete aggregates (CCA) is studied according to different parameters: granular impurities, density, cement paste content, mixing of parent concrete, and water absorption capacity according to their pre-humidification. The third part consists of three experimental studies that intend to improve effective water control in the manufacture of recycled concrete. The absorption kinetics of CCA in a cement paste is first studied. Then, the evolution of effective water in fresh concrete during mixing is studied using an original method based on the power evolution of the mixer. Finally, the effect of vacuum mixing on the properties of ordinary and recycled concretes is investigated.

Le volume de pâte, comme le contenu en ciment, a été un paramètre peu étudié en termes de performance du béton. En réalité, la plupart des recherches se sont concentrées sur la qualité de la pâte et non sa quantité. il existe cependant un intérêt permanent dans la diminution du volume de pâte dans le béton, du fait de motivations environnementales et économiques. Certaines des normes actuellement en vigueur définissent des teneurs minimales en pâte ou en ciment, pour des rapports E/C donnés, mais les dernières avancées en matière d'adjuvants et de meilleures modélisations de l'empilement des granulats permettent aujourd'hui de réduire la teneur en ciment (volume de pâte) sous les dites limites. La collecte et l'interprétation de données bibliographiques a permis d'identifier les effets du volume de pâte sur certaines des principales caractéristiques du béton. La présente recherche a mis en évidence expérimentalement certaines des tendances identifiées lors de l'analyse préliminaire de données et a permis d'en comprendre certaines autres, jusqu'alors peu claires. C'est ainsi qu'on a montré qu'une diminution du volume de pâte, à qualité constante, augmente la résistance à la compression, à l'abrasion, le module élastique, et diminue la maniabilité, le ressuage, le retrait, la porosité, l'absorption capillaire et la pénétration des ions chlorures. Dans les domaines étudiés, le volume de pâte n'a pas montré d'effet sur la prise, la résistance à la flexion et l'avancement du front de carbonatation. L'utilisation d'adjuvants de dernière génération (polycarboxylate), ainsi qu'une optimisation granulométrique progressive, en utilisant le modèle MEC, a permis d'obtenir des bétons avec des volumes de pâte et des teneurs en ciment inférieurs aux limites imposées par les normes, avec de meilleurs maniabilité, comportement mécanique et durabilité que les bétons usuels.

Dans un bâtiment, les déperditions thermiques proviennent de diverses parties opaques (mur, toit et plancher) qui peuvent contenir du béton. Il est donc intéressant d'envisager des formulations de béton de structure avec des propriétés d'isolation thermique améliorées. L'utilisation de granulats légers, qui possèdent de bonnes propriétés thermiques grâce à leur structure poreuse, peut être une solution pour améliorer la capacité d'isolation des éléments en béton. Cette technique d'isolation répartie peut permettre d'éviter des dispositifs constructifs lourds tout en répondant aux exigences de la RT 2012. La présente étude a pour objectif d'optimiser le couple performance mécanique - capacité isolante des bétons de granulats légers. Elle repose sur une double approche expérimentale et numérique.Les bétons de granulats légers ciblés ont une masse volumique inférieure à 1500 kg/m3 et une résistance en compression supérieure à 25 MPa. L'influence de la nature des granulats légers, du taux de substitution du sable alluvionnaire par du sable léger, du rapport E/C et de l'ajout de fumée de silice sur les performances mécaniques et thermiques des bétons est étudiée afin de proposer des formulations adéquates pour une large gamme d'usage structurel. Le module d'Young, la résistance en compression, la conductivité thermique et la diffusivité sont mesurées sur 25 formulations de bétons de granulats légers. Le comportement thermique de ces différents bétons en fonction de facteurs climatiques, comme la température et le degré d'humidité est aussi examiné afin d'optimiser leurs propriétés d'isolation thermique. L'ensemble des résultats expérimentaux permet une meilleure compréhension de la relation entre la formulation des bétons de granulats légers et leur rapport performance mécanique / pouvoir isolant. En s'appuyant sur certaines mesures expérimentales, des modélisations numériques reposant sur des techniques d'homogénéisation permettent d'identifier des propriétés thermiques (conductivité thermique, chaleur spécifique) et mécaniques (module d'Young, résistance à la rupture) des granulats légers (gravillons et sables) difficilement mesurables expérimentalement. Connaissant les propriétés thermiques et mécaniques des différents constituants, des modélisations prédictives des comportements macroscopiques des bétons légers sont développées à partir de schémas d'homogénéisation pour des matériaux multi-phases polydisperses. Les outils développés sont comparés et validés par confrontation aux mesures expérimentales pour les différentes familles de bétons de granulats légers étudiés. Ils permettront par la suite d'alléger les coûts et délais des campagnes expérimentales de mise au point des formulations. La modélisation, sur une année, des transferts thermiques à travers une enveloppe de bâtiment en béton de granulats légers permet de quantifier l'amélioration des performances thermiques des bétons de granulats légers par rapport à un béton classique. / In a building, heat is lost through a variety of surfaces (wall, roof and floor) that may contain concrete. It is therefore useful to consider alternative concrete structures with improved thermal insulation properties. The use of lightweight aggregates, which have good thermal properties due to their porous structure, can present a solution for improving the insulation capacity of the concrete elements. This embedded insulation technique allows lighter construction systems while satisfying the requirements of the RT 2012. This study aims to optimize the mechanical performance/insulating capacity coupling of lightweight aggregate concrete. It is based on a double approach of experimental and numerical analysis.The targeted lightweight aggregate concretes have a density lower than 1500 kg/m3 and a compressive strength higher than 25 MPa. The influence of the lightweight aggregate nature, the rate of substitution of alluvial sand by lightweight sand, W/C ratio and the addition of silica fume on the mechanical and thermal performances of concrete is studied. This allows to identify formulations suitable for a wide range of structural applications. Young's modulus, compressive strength, thermal conductivity and diffusivity are measured on 25 formulations of lightweight aggregate concrete. The thermal behavior of these concretes, including sensible and latent heat transfer, is also examined in order to optimize their thermal insulation properties. The experimental results provide a better understanding of the relationship between the formulation of lightweight aggregate concrete and the mechanical performance to insulating capacity ratio. Based on some experimental measurements, numerical modeling is carried out in order to identify the thermal properties (thermal conductivity, specific heat) and mechanical properties (Young's modulus, fracture strength) of lightweight aggregates (gravel and sand) which are difficult to measure experimentally. Homogenization methods for two phase materials are used for this purpose. By knowing the thermal and mechanical properties of different components, the predictive modeling of the macroscopic behavior of lightweight concrete can be developed from homogenization schemes for multi-phase polydisperse materials. The analytical methods developed are validated by comparison with experimental measurements for the different families of lightweight aggregate concrete studied. They will eventually alleviate the costs and delays of the experimental analysis. The heat transfer over a year through the building envelope made of lightweight concrete is modeled in order to quantify the improvement in thermal performance of lightweight aggregate concrete compared to normal concrete.

La pollution des sols correspond à une problématique récente. Au même titre que l'eau et l'air, la contamination des sols industriels constitue un risque pour la santé humaine et une menace pour la protection de l'environnement, et doit donc faire l'objet d'une réhabilitation. Toutefois la volonté politique française en la matière ne s'étant affirmée qu'à partir des années 1990, les outils de gestion des sols contaminés restent encore à développer. Pour cela une réflexion a été engagée afin de mettre au point, à partir de l'expérience acquise dans les autres pays industrialisés et à partir des connaissances actuelles, des outils méthodologiques d'aide à la gestion des sites contaminés, en particulier lors des étapes : - d'évaluation de l'état de pollution du site, notamment par la caractérisation du niveau de danger et de risque que présente un site contaminé. Pour cela nous avons développé un outil, appelé TRACES (Tool for Risk Assessment from Chemical Exposure to Soils) permettant un diagnostic progressif dans le but d'établir l'opportunité d'une réhabilitation et de déterminer les objectifs de cette réhabilitation éventuelle, - d'identification des filières de réhabilitation les plus adaptées pour le traitement des sols pollués basée sur une méthode d'analyse multicritère, ELECTRE III, permettant d'intégrer les intérêts de chaque acteur de la réhabilitation, ce qui a abouti à l'outil RACES (Remediai Alternative Classification and Evaluation System). A travers ce travail, nous avons pu mettre en évidence l'importance d'outils méthodologiques pour faciliter et accélérer la prise de décision grâce à une approche structurée, objective et transparente des sols contaminés.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie civil : Villeneuve d'Ascq, Ecole centrale de Lille : 2006. / Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 175-188.

Dans un bâtiment, les déperditions thermiques proviennent de diverses parties opaques (mur, toit et plancher) qui peuvent contenir du béton. Il est donc intéressant d'envisager des formulations de béton de structure avec des propriétés d'isolation thermique améliorées. L'utilisation de granulats légers, qui possèdent de bonnes propriétés thermiques grâce à leur structure poreuse, peut être une solution pour améliorer la capacité d'isolation des éléments en béton. Cette technique d'isolation répartie peut permettre d'éviter des dispositifs constructifs lourds tout en répondant aux exigences de la RT 2012. La présente étude a pour objectif d'optimiser le couple performance mécanique - capacité isolante des bétons de granulats légers. Elle repose sur une double approche expérimentale et numérique.Les bétons de granulats légers ciblés ont une masse volumique inférieure à 1500 kg/m3 et une résistance en compression supérieure à 25 MPa. L'influence de la nature des granulats légers, du taux de substitution du sable alluvionnaire par du sable léger, du rapport E/C et de l'ajout de fumée de silice sur les performances mécaniques et thermiques des bétons est étudiée afin de proposer des formulations adéquates pour une large gamme d'usage structurel. Le module d'Young, la résistance en compression, la conductivité thermique et la diffusivité sont mesurées sur 25 formulations de bétons de granulats légers. Le comportement thermique de ces différents bétons en fonction de facteurs climatiques, comme la température et le degré d'humidité est aussi examiné afin d'optimiser leurs propriétés d'isolation thermique. L'ensemble des résultats expérimentaux permet une meilleure compréhension de la relation entre la formulation des bétons de granulats légers et leur rapport performance mécanique / pouvoir isolant. En s'appuyant sur certaines mesures expérimentales, des modélisations numériques reposant sur des techniques d'homogénéisation permettent d'identifier des propriétés thermiques (conductivité thermique, chaleur spécifique) et mécaniques (module d'Young, résistance à la rupture) des granulats légers (gravillons et sables) difficilement mesurables expérimentalement. Connaissant les propriétés thermiques et mécaniques des différents constituants, des modélisations prédictives des comportements macroscopiques des bétons légers sont développées à partir de schémas d'homogénéisation pour des matériaux multi-phases polydisperses. Les outils développés sont comparés et validés par confrontation aux mesures expérimentales pour les différentes familles de bétons de granulats légers étudiés. Ils permettront par la suite d'alléger les coûts et délais des campagnes expérimentales de mise au point des formulations. La modélisation, sur une année, des transferts thermiques à travers une enveloppe de bâtiment en béton de granulats légers permet de quantifier l'amélioration des performances thermiques des bétons de granulats légers par rapport à un béton classique.