It is estimated that concrete represents 5% of the anthropogenic CO2 emissions, mainly originating from the production of cement, the most essential component of concrete. The recent awareness to the environmental challenges facing our civilization has led the cement industry to consider substituting cement by mineral additions, by-products of existing industries. In this work, a combination of limestone filler and blast furnace slag is used to design an “eco-concrete”, defined as a concrete combining a massive decrease of the cement content as well as mechanical properties and potential durability equivalent to a normal strength concrete. This research reviews the main concrete mix design parameters and their importance when designing an eco-concrete, resulting in five compositions containing various amounts of water, limestone filler and slag. The independent and combined effects of these parameters are observed on the development of the main concrete properties through the use of specific experimental equipment. Continuous non-destructive methodologies to assess efficiently and accurately the properties of any cement-based materials are developed by combining adapted traditional measurements and ultrasonic testing. The question of the early age cracking risk of these concretes is introduced by studying the effect of temperature on the main concrete properties, and a unified model is proposed for taking its effect of the early age autogenous deformation. Finally, new experimental observations are made regarding the behaviour of concrete under fully restrained deformations. The proposed eco-concrete meets many of the requirements of a sustainable construction material. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans le domaine de la construction, la détection automatisée et à distance de l’endommagementdes structures en béton est d’une importance capitale. En effet, lescontraintes économiques actuelles imposent une réduction des coûts de maintenancetandis que les impératifs en termes de sécurité et de qualité sont de plus en plus stricts.Dans le cadre de cette thèse, des transducteurs piézoélectriques intégrés sont utilisésafin de suivre en temps réel le comportement du béton. Ces transducteurs sont faitsde PZT, une céramique piézoélectrique particulièrement adaptée au suivi à l’aide d’ultrasonsde par ses faibles dimensions, son faible coût et la large bande de fréquenced’utilisation. Un système de monitoring ultrasonore à faible voltage et ultra rapide a étéentièrement conçu dans le cadre de cette thèse. Le système est basé sur des mesuresultrasonores bilatérales entre un émetteur et un récepteur. Le système d’acquisitiondes données développé permet d’atteindre jusqu’à 150 mesures par seconde et decalculer en temps réel un indice d’endommagement sur base des mesures effectuées.L’indice d’endommagement est basé sur la première partie de l’onde transmise (ondedirecte) plutôt que sur l’onde tardive. Le système a démontré qu’il est capable de détecterl’apparition de fissures dans le béton avant qu’elles ne soient visuellement apparenteset qu’il permet de suivre de suivre l’initiation de l’endommagement jusqu’à la rupturepour des mécanismes de fissuration très rapides, voire fragiles. Le fait d’intégrer lestransducteurs à l’intérieur de la structure permet potentiellement d’améliorer l’efficacitédes transducteurs ultrasonores à condition que les couches d’enrobage de l’élémentpiézoélectrique soient adéquatement choisis. Une partie importante du travail réaliséa été consacrée au développement d’une méthode innovante et fiable pour concevoirde nouveaux designs de transducteurs optimisés à la fois dans du béton frais ou durci.Nous avons choisi de tirer avantage du mode radial de vibration de disques piézoélectriquepeu coûteux au mode de vibration selon l’épaisseur. Ce dernier requiert en effetdes éléments plus épais ou des matériaux piézoélectriques composites plus coûteuxet dès lors peu appropriés à être intégré définitivement dans une structure en béton.Nous démontrons par ailleurs que les matériaux piézoélectriques composites à base dematériaux cimentaires qui sont abondamment étudiés semblent en réalité peu adaptés àêtre utilisés comme transducteurs ultrasonores, contrairement à des composites plusclassiques. Une attention particulière a été portée à comparer le fonctionnement destransducteurs externes et intégrés. Nous montrons par exemple que si les performancesdes transducteurs externes peuvent être améliorées sur base de la théorie d’adaptationde l’impédance acoustique, il en va tout autrement pour les transducteurs intégrés / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished