L'objectif principal de cette thèse a été de montrer que le métakaolin, fabriqué par la société Argéco DEVELOPPEMENT selon un procédé de calcination flash, est un éco-matériau qui améliore les propriétés de structuration et de durabilité des bétons. L'approche retenue, basée sur l'équivalence de performances, a concerné la plupart des types de béton (bâtiments, ouvrages d'art, autoplaçants, hautes performances, ...). Le métakaolin a d'abord été caractérisé (propriétés physico-chimiques et réactivité), puis son effet sur la mise en œuvre des bétons a été étudié. Les performances des différents bétons testés ont ensuite été évaluées par la mesure de différents indicateurs de durabilité. Enfin, la durée de vie de bétons en environnement marin a été estimée grâce à un modèle probabiliste.

La réactivité pouzzolanique de la métakaolinite, silico-aluminate désordonné obtenu par deshydroxylation de la kaolinite, était corrélée jusqu'à présent, à des variables structurales comme le niveau de cristallinité de la kaolinite et le niveau de désordre de la métakaolinite. Nous avons examiné l'influence d'un nouveau type de variables sur cette réactivité: Les variables dimensionnelles. Six kaolinites possédant une large diversité de caractéristiques dimensionnelles et structurales ont été retenues. Ces kaolinites se présentent sous la forme d'agglomérats poreux de plaquettes que l'on peut caractériser par leur surface externe et leur indice d'agglomération (rapport de la surface interne des agglomérats sur la surface totale des agglomérats). Les métakaolinites ont été obtenues par un traitement thermique de cinq heures à 735°C. Ce traitement thermique s'accompagne d'un phénomène d'agglomération des plaquettes de kaolinite et conduit a la formation d'agglomérats poreux de plaquettes de métakaolinite. Un traitement de désagglomération est nécessaire si l'on désire restituer tout ou partie de la surface externe des grains de kaolinites. L'étude minéralogique à 20°C et à 100°C des produits de la réaction pouzzolanique dans des milieux en excès de chaux nous a permis de définir le taux d'avancement de la réaction qui est le pourcentage de métakaolinite réactive. Ce taux d'avancement ne se corrèle pas aux caractéristiques structurales des kaolinites et des métakaolinites. Par contre le taux d'avancement à long terme est une fonction linéaire décroissante de l'indice d'agglomération des métakaolinites alors que le taux d'avancement à court terme est une fonction croissante de la surface externe des métakaolinites.

L'utilisation de ressources locales est une des facettes importantes du développement durable dans le secteur de la construction. Plusieurs types de sous-produits sont aujourd'hui à l'étude pour une utilisation dans les bétons en tant qu'addition cimentaire, dans le but de développer des liants basés sur des ressources alternatives. La présente étude cherche à évaluer les performances de quatre types de sous-produits sur les propriétés des bétons armés vis-à-vis de la corrosion. La poudre de verre, les cendres volantes de papeterie, les cendres de boues d'épurations ou les sédiments calcinés présentent une nature minérale compatible avec un milieu cimentaire. Face à la problématique de corrosion des armatures, le béton constitue à la fois un milieu alcalin favorisant la passivité des aciers et une barrière de transport qui limite la pénétration de contaminants au sein de la matrice cimentaire (principalement les chlorures et le dioxyde de carbone). Les additions cimentaires doivent donc permettre aux aciers de développer un état passif et apporter à l'enrobage une densification afin de limiter la pénétration de contaminants jusqu'aux armatures. Les propriétés électrochimiques au contact des additions ont été caractérisées et les propriétés de transfert des bétons face aux chlorures et au dioxyde de carbone ont été étudiées. L'utilisation de ces matériaux n'influe pas particulièrement le comportement des aciers. Toutefois, l'enrobage est d'une importance particulière, à la fois vis-à-vis de la pénétration de chlorures et du dioxyde de carbone, mais aussi sur la cinétique de corrosion des armatures. La réactivité des additions impacte les propriétés de transfert qui contrôlent aussi bien la cinétique de contamination des bétons que le processus de corrosion des armatures dépassivées / The use of locally available resources is a major concern for construction sector when it comes to sustainable development. In the case of concrete, a variety of by-products is currently being investigated for use as cementitious materials so as to develop concrete made out of alternatives resources. The present study intends to assess the performance of four kinds of by-products on corrosion-related properties in reinforced concrete. Glass powder, paper mill fly ashes, sewage sludge ashes or calcined sediments exhibit a mineral nature compatible with the medium of concrete. In terms of corrosion concerns, the concrete act as an alkaline medium that enable steel passivity and as a transport barrier that limits deleterious elements ingress (mainly chlorides, carbon dioxide). Thus, the use of alternative cementitious materials should enable the passivation of steel and should also provide a densification to the cover in order to limit contaminants ingress toward steel vicinity. The electrochemical properties of steel in contact with cementitious additions were characterized and the transfer properties of concrete were investigated. The use of these materials has an insignificant impact on the behavior of steel. However, the concrete cover has significant influence on both chloride and carbon dioxide ingress as well as on the corrosion kinetic of reinforcement. The reactivity of the cementitious materials impacts the transfer properties which control the kinetic of contamination of concretes and the corrosion process of non-passive steel

RésuméEn raison des spécificités relatives à la formulation des bétons autoplaçants (BAP) et en particulier ceux concernant leur volume élevé en pâte et la présence d'ajouts et substituts minéraux en grande quantité, leur comportement à l'état frais et à l'état durci ainsi que leur durabilité sont fortement influencés par ces deux paramètres.Certains sédiments traités acquièrent des propriétés pouzzolaniques et peuvent être utilisés en tant qu'ajouts ou substituts au ciment. Ceci peut faire de la technologie des bétons une voie privilégiée pour leur valorisation.La présente étude vise à apporter une contribution à la valorisation de la vase traitée du barrage de Chorfa et de Fergoug, (situé à l'ouest algérien) en tant que substitut minéral partiel au ciment CPA CEMI 42.5 dans la composition des mortiers et des bétons autoplaçants. Il s'agit de comparer l'influence de l'incorporation de cette vase calcinée à celle de la pouzzolane naturelle de Béni-Saf (situé, également à l'ouest algérien) dans les BAP sur leurs caractéristiques physico-mécaniques et sur leur durabilité à court, moyen et long terme.L'étude est menée sur quatre BAP, le premier à base de 20 % de pouzzolane naturelle de Béni-Saf (BAP-PZ), le deuxième et le troisième incorporant 20 % de la vase calcinée issue des sédiments de dragage du barrage de Fergoug (BAP-VF) et de celui de Chorfa (BAP-VC) et enfin un BAP témoin sans ajouts pour le besoin de comparaison.Outre l'intérêt économique que présentent les BAP à base de la vase calcinée, notre étude a montré que ces derniers représentent des performances très comparables à celles obtenues sur des BAP à base de pouzzolane naturelle (BAP-PZ).En effet, Concernant les résistances à la compression, notre étude indiquent que les BAP à base de vase ((BAP-VC) et (BAP-VF)) présentent les meilleurs résultats notamment à long terme.Les résultats des essais de l'attaque acide (HCl et H2SO4), l'attaque sulfatique (Na2SO4 et MgSO4) et de carbonatation accélérée, montrent que la vase calcinée a une influence sensiblement meilleure que celle de la pouzzolane sur les propriétés physico-mécaniques et la durabilité des bétons dans lesquels elle est incorporée.Mots clés : Barrage de Chorfa - Barrage de Fergoug –Vase calcinée – pouzzolane – BAP à base de vase – BAP à base de pouzzolane – Résistances mécaniques –Durabilité. / AbstractBecause of the specificities of self-compacting concrete (SCC), especially regarding their high volume paste content and the presence of large amounts of mineral admixtures and substitutes, the behavior in fresh and hardened state and the durability of these concretes are strongly influenced by these two parameters.Some treated sediments acquire pozzolanic properties and can be used as additions orsubstitutes to the cement. This possibility makes of concrete technology a privileged way of enhancement.The present study aims to contribute to the enhancement of the treated mud of Chorfa and Fergoug dam (situated in west of Algeria) as a mineral partial substitute for CPA CEMI 42.5 cement in the composition of an economic and preferment mortars and self-compacting concretes. The aim is to compare the influence of the incorporation of this calcined mud to the natural pozzolana of Beni Saf (situated, also in west of Algeria) in (SCC) on their physical, mechanical behavior and their durability of these concretes in short, medium and long term.The study was conducted on four SCCs, the first based on 20% natural pozzolana Beni Saf (SCC-PZ), the second based on 20% of the calcined mud of Fergoug dam (SCC-VF) and of Chorfa dam (SCC-VC) and a control SCC without additions to the need for comparison .Apart from the economic interest of the SCCs based on calcined mud, our study showed that these concretes have comparable performances to that obtained on SCC based on natural pozzolana (SCC-PZ).In fact, concerning compressive strengths, our study indicate that the SCC with calcined mud ((SCC-VC) and (SCC-VF)) present the best results especially at long termThe results of the different following tests: the acid attack (HCl and H2SO4), carbonation and sulphate attack (Na2SO4 and MgSO4) show that the calcined mud has an influence roughly better than the natural pozzolana on the physic - mechanical behavior and durability of the SCC which it is incorporated.Key words: Dam of Chorfa – Dam of Fergoug – Calcined mud – Pozzolana – SCCcontaining mud - SCC containing pozzolana – Mechanical strength –Durability.

Les travaux présentés dans ce mémoire sont consacrés à l'étude des processus d'adsorption des anions phosphate par la rouille verte ferrique carbonatée et la ferrihydrite. L'objectif final vise une application au traitement des eaux usées en milieu rural. La synthèse des deux oxydes de fer a été réalisée et leurs propriétés physico-chimiques caractérisées. Un intérêt particulier a été consacré à comparer les propriétés structurales de la rouille verte ferrique en fonction de différents paramètres de synthèse. Une étude approfondie des propriétés physico-chimiques de surface de la ferrihydrite par spectroscopie de photoélectrons X a quant à elle été réalisée. La réactivité de ces deux oxydes a ensuite été abordée en mode discontinu où l'équation cinétique du pseudo-second ordre et le modèle d'isotherme de Freundlich offrent les meilleurs ajustements. L'influence de divers paramètres a été prise en compte comme le pH, la force ionique, etc. Le mode continu a été envisagé sur un matériau de filtration constitué de l'oxyde de fer déposé sur de la pouzzolane. La méthode de fabrication ainsi que les conditions optimales de préparation du matériau de filtration ont été déterminées. Les mécanismes d'adsorption en condition de flux hydrodynamique ont alors mis en évidence des phénomènes advectifs, diffusifs et une régionalisation de l'eau régissant l'adsorption au sein de la colonne. Des informations telles que les capacités d'adsorption ou l'influence du débit sur le processus d'adsorption ont pu être également obtenues. Une expérience préliminaire sur une eau usée prétraitée met finalement en évidence une quantité adsorbée particulièrement intéressante pour une application industrielle potentielle / The Ph.D. work, presented in this manuscript, is devoted to evaluating phosphate adsorption process on carbonate ferric green rust and ferrihydrite. The main objective concerns an application for the treatment of waste water in rural areas. Both iron oxides are first synthesized and their physico-chemical properties characterized. The ferric green rust structural properties differences as a function of synthesis parameters such as aging period and addition of hydrogen peroxide solution is of particular interest. A detailed study of surface physico-chemical properties by X Photoelectron Spectroscopy is carried out in the case of ferrihydrite. The reactivity of these two iron oxides is then evaluated in batch experiments. Adsorption process follows the pseudo-second order kinetic equation and Freundlich isotherm model which give the best adjustments of experimental data. The influence of various parameters such as pH, ionic strength, etc on phosphate adsorption is also taken into account. Column experiments are afterwards carried out by using filtration material constituted of iron oxide deposited onto pozzolana. The optimal conditions to prepare this filtration material are naturally predetermined. Phosphate adsorption in hydrodynamic mode is characterized by advective and diffusive mechanisms and water regionalization which govern the adsorption process in the column. Moreover, phosphate adsorption capacity and flow rate influence on adsorption process are obtained. Finally, a preliminary experiment on a pre-treated waste water finally shows that the filtration material is potentially interesting for an industrial application

L’incorporation de sous-produits agricoles ou de matériaux naturels dans la matrice cimentaire confère des propriétés intéressantes aux composites élaborés. L’objectif de cette thèse est d’élaborer un matériau pouvant répondre aux exigences mécaniques, thermiques et de durabilité des matériaux de construction en zone tropicale humide. Dans un premier temps, l’activité pouzzolanique d’une pouzzolane naturelle, de cendres de tronc de bambou et de cendres de bagasse de canne à sucre ont été évaluées. L’influence de leur incorporation a été ensuite étudiée sur les propriétés mécaniques et la durabilité des mortiers exposés à des ions chlorures et sulfates. Dans un second temps, l’influence de l’ajout de fibres de bagasse sur les propriétés thermiques et mécaniques des composites a été étudiée en fonction de différents paramètres (teneur en fibres, environnement de vieillissement, type de matrice cimentaire).Les résultats obtenus ont permis de montrer que les matériaux étudiés possèdent une activité pouzzolanique et qu’il est possible de les incorporer au ciment afin de lutter contre la corrosion. De plus, les composites élaborés avec des fibres de bagasse sont plus isolants que ceux élaborés sans fibres. Cependant, du point de vue des propriétés mécaniques, l’incorporation de fibres de bagasse diminue les contraintes à la flexion des composites. / The incorporation of crop wastes or natural materials in the cement matrix confers interesting properties to composites prepared. The aim of this thesis is to develop a material that can reach the mechanical, thermal and durability requirements for building materials in the humid tropical zone. Firstly, pozzolanic activity of a natural pozzolan, bamboo stem and sugar cane bagasse ashes has been determined. Influence of their incorporation on mechanical properties and durability of mortars exposed to chloride and sulphate ions was studied. Secondly, influence of addition of bagasse fibers on thermal and mechanical properties of composites was studied as a function of various parameters (fibers content, curing, type of cement matrix).These results has shown that the materials studied have pozzolanic activity and it is possible to incorporate them into the cement to fight against corrosion. Moreover, composites elaborated with bagasse fibers are more insulating than those elaborated without fibers. However, from the viewpoint of mechanical properties, incorporation of bagasse fibers decreases flexural strength of composites in the present work and under the conditions producing procedures that were adopted.