Dans le cadre du conditionnement des déchets nucléaires, les géopolymères représentent une alternative potentielle aux liants hydrauliques classiques. A ce jour, il est admis que la formation des géopolymères procède selon un mécanisme de dissolution - restructuration - polymérisation conduisant à un matériau solide. Cependant, les liens précis entre la composition de la solution d’activation, le déroulement des réactions de géopolymérisation et la microstructure finale doivent être déterminés du point de vue de la texturation et de l’évolution structurale du matériau. Ainsi plusieurs paramètres de formulation ont été étudiés : la nature de l’activateur alcalin, la concentration en silice et l’ajout d’une source d’aluminium. Il apparait que l’environnement chimique des précurseurs silicatés ou alumino-silicatés est contrôlé par les paramètres de formulation constitutifs de la solution d’activation. Lors de la formation du réseau géopolymérique, ces précurseurs jouent un rôle primordial sur la cinétique de dissolution du métakolin, la taille, l’arrangement et l’agrégation des oligomères alumino-silicatés participant à la formation du réseau poreux. A plus long terme, certaines caractéristiques du réseau poreux qui sont-elles même contrôlées par la taille et l’agencement des oligomères, varient légèrement au cours du temps. Le réarrangement de la structure poreuse associé d’une part à la densification du réseau solide, et d'autre part à la fermeture partielle de la porosité conduit à une légère augmentation de la taille des pores et à une diminution du volume poreux accessible. / In the context of conditioning of nuclear waste, geopolymers represent a potential alternative to conventional hydraulic binders. Currently, it is recognized that the formation of geopolymer proceeds according to a mechanism of dissolution - restructuring - polymerization resulting in a solid material. Despite the availability of many studies to understand these mechanisms, the precise relationship between the chemical nature of the activating solution, the geopolymerization process and the final microstructure should be determined from the point of view of the texturing and the structural evolution of the material. In this work, several parameters were studied: the nature of the alkali activator, the silica concentration and the addition of an aluminum source. It appears that the chemical environment of the silicate or aluminosilicate precursors is controlled by the activating solution composition. During the consolidation of the geopolymer network, these precursors play an important role on the dissolution rate of metakaolin, the size, the rearrange¬ment and the aggregation of aluminosilicate oligomers involved in the porous solid network formation. Subsequently, some characteristics of the porous network which are controlled by the size and the rearrangement of oligomers vary slightly over time. The refinement of the porosity associated to first, a densification of the solid network, and secondly, a partial closure of the porosity at the nanometer scale leads to an increase in the pore size and a decrease of the pore volume.

Les matériaux cimentaires peuvent se détériorer grandement lorsqu'ils sont soumis à des cycles de gel/dégel avec ou sans sels de déverglaçage. Ceci peut porter atteinte à la durabilité à long terme des bétons/mortiers dans les régions aux hivers froids. Laissant de côté les processus d'endommagement et de rupture mécanique à l'oeuvre dans de tels problèmes, ce mémoire de thèse est consacré aux phénomènes physiques et thermo-mécaniques accompagnant la solidification de l'eau dans des solides poreux cohésifs, avec une attention particulière aux "propriétés matériau" issues de l'hydratation du ciment et de l'évolution de la microstructure. Ce travail reprend la poromécanique des milieux poreux partiellement gelés telle que développée par Olivier Coussy, tout en lui adjoignant une analyse de l'effet de la fin de la surfusion (en volume, hors contribution capillaire) et de la présence de sels dans le liquide saturant l'espace poreux. Nous avons mesuré la température de fin de surfusion en fonction de la concentration en sel. Ceci nous permet ensuite de calculer l'angle de contact entre la glace et les parois des pores dans le cadre classique de la nucléation hétérogène : on trouve que cet angle diminue avec la concentration en sel. Nous montrons que la dilatation instantanée consécutive à la fin de la surfusion dépend de la structure poreuse puisque cette dernière détermine la teneur en glace dans l'espace poreux. À l'aide de la distribution de tailles de pores estimée par porosimétrie par intrusion de mercure, nous estimons le degré de saturation en glace en fonction de la température et de la concentration initiale en sel via la relation de Gibbs-Thomson. Nous avons mesuré la déformation d'échantilllons de pâte de ciment saturée. L'analyse poromécanique montre que la déformation dépend de la concentration initiale en sel et de la structure poreuse des pâtes de ciment. En utilisant la même approche expérimentale sur des pâtes de ciment sèches, nous trouvons que la porosité (avec ou sans vide d'air entraîné) influence significativement le coefficient d'expansion thermique du matériau. En ce qui concerne les pâtes de ciment saturées, les mesures expérimentales et l'approche poromécanique en condition drainée ou non-drainée montrent que le degré de saturation initiale en liquide des vides d'air entraîné a un impact important sur la déformation de l'échantillon avec la température.

La condensation à l'équilibre dans les milieux poreux met en jeu l'adsorption et la condensation capillaire. La distribution des dimensions de pores détermine le rôle de chaque phénomène. Le spectre poreux du mortier est étudié par trois méthodes comparées: injection de mercure, sorption d'azote,condensation d'eau. Les transferts de masse isothermes résultent de la combinaison de la diffusion moléculaire et effusive de la vapeur et de l'écoulement visqueux du liquide, L'équilibre local peut-être satisfait ou non. Sur la base d'expériences d'imbibition à quatre températures, avec mesure gammamétrique de la teneur en eau, on analyse la nature des transferts dans le mortier. Le schéma de la superposition d'un flux diffusif de vapeur et d'un flux visqueux de liquide aboutit à certaines contradictions. Le coefficient de transfert expérimental peut être expliqué, aux faibles teneurs en eau, par la diffusion de vapeur dans les macropores interconnectés, et aux fortes teneurs en eau par l'écoulement visqueux du liquide dans des chemins composés de pores de toutes dimensions. Aux teneurs en eau moyennes, on propose un schéma où la phase gazeuse contient des ilots liquides intervenant par un mécanisme de condensation-évaporation avec équilibre local. Des expériences d'humidification du mortier au contact d'air humide ventilé font apparaître un transfert considérablement plus lent qu'en imbibition. La diffusion de vapeur vers le matériau ne suffit pas à expliquer le phénomène. On conclut que les îlots liquides, sièges ici uniquement de condensation, n'interviennent pas dans le transfert, assuré par la seule diffusion gazeuse. On propose en outre un schéma de transfert hors-équilibre comportant une loi gouvernant la vitesse de condensation.

Cette thèse décrit le développement de procédés utilisables pour valoriser des extraits de bois afin de préparer : (1) des combustibles (hydrocarbures) liquides ; (2) des matériaux poreux avec des applications potentielles dans les domaines de l’énergie et l’environnement, notamment isolation thermique, catalyse, piégeage et séparation de micropolluants. Les extraits de bois en question sont des lignines, associées ou non à des tannins. Les deux types de matériaux sont actuellement peu valorisés, et l’on montre qu’ils peuvent être source de valeur ajoutée au travers des procédés rapportés dans ce mémoire / The present thesis describes the development of processes which can be used for valorizing wood extracts in the aim of preparing: (1) liquid (hydrocarbon) fuels; (2) porous materials with potential energy and environmental applications, namely thermal insulation, catalysis, abatement or separation of micropollutants. The wood extracts in question are lignins, associated or not with tannins. Both kinds of materials are presently poorly valorized, and it is shown here that they can lead to high added-value products through the processes reported in this PhD dissertation