Le béton est le deuxième matériau le plus utilisé par l'homme après l'eau. Il est donc essentiel de toujours progresser dans l'utilisation de ce matériau afin de faciliter au maximum son utilisation et ses performances tout en minimisant son impact environnemental et son coût. L'objectif principal de ce mémoire est d'étudier le potentiel d'un nouveau type de béton fluide, l'ouvrabilité à la frontière entre le béton autoplaçant (BAP) et le béton conventionnel vibré (BCV) : le béton semi-autoplaçant (SAP). L'utilisation du béton SAP permettra de bénéficier de tous les avantages du BAP (réduction du coût global de construction, amélioration de cadences de travail et de la durée de vie des structures) en éliminant les difficultés rencontrées (coût des matériaux, difficultés techniques).Le projet de recherche se décline en plusieurs sous-objectifs : [1] Déterminer l'énergie nécessaire à la consolidation du béton SAP et vérifier sa stabilité sous vibration. [2] Déterminer les méthodes adaptées pour la réalisation de l'essai d'étalement et pour la confection de cylindres de béton SAP et déterminer quels sont les essais les plus adaptés à la caractérisation de la capacité du béton à passer à travers des obstacles (utilisation du J-ring et de la L-Box). [3] Évaluer l'effet des paramètres de formulation (le rapport eau-poudres (E/P), le rapport sable-granulats (S/G) et le pourcentage de remplacement en filler calcaire) et optimiser la formulation d'un béton SAP destiné à la construction de bâtiments et commerciales (35 MPa à 28 jours sans air entraîné). Cette étude montre que le béton SAP requiert jusqu'à 70 % d'énergie de vibration en moins qu'un BCV. Cette énergie dépend principalement du seuil de cisaillement (de l'étalement) du mélange. Il est donc moins coûteux à mettre en place que le BCV. La méthode optimale pour la réalisation des essais d'étalement et la confection de cylindres d'essais est un remplissage du moule en une couche et 10 pilonnages. Pour évaluer la maniabilité d'un béton SAP, on recommandera d'utiliser la L-Box équipée d'une ou deux barres en fonction de l'application destinée au béton.Le premier essai à faire consiste à mesurer le temps d'écoulement du béton pour atteindre l'extrémité de la L-Box (Tbutée).Le deuxième essai consiste à utiliser un vibrateur externe pour vibrer le mélange à l'intérieur du compartiment vertical de L-Box par paliers de 5 s. L'indice correspondant au temps nécessaire à l'obtention d'une capacité de remplissage de la L-box de 80% est appelé"t[indice inférieur 80%]". Lorsque cet indice est inférieur à 5 s, cela signifie que la capacité de remplissage est excellente, un indice entre 5 et 10 s correspond à une capacité de remplissage bonne et un indice supérieur à 10 s, il y a risque de blocage ou une très mauvaise capacité de passage. L'analyse statistique de mélange a été menée selon un plan d'expériences en faisant varier le rapport (E/P), le rapport (S/G) et le remplacement en filler calcaire. Les équations permettant de formuler un mélange selon un cahier des charges sont présentées.

Afin de s'inscrire dans un contexte de développement durable, l'industrie du béton prêt à l'emploi s'intéresse à la technologie propre qui permet de réincorporer de l'eau recyclée traitée dans de nouvelles gâchées de béton. Dans l'industrie du béton, les deux principales sources d'eau recyclée traitée sont les eaux de lavage des camions et les eaux utilisées pour recycler les bétons frais retournés à l'usine. Ces eaux recyclées traitées contiennent une grande quantité de matières solides en suspension et sont fortement alcalines (pH > 12). Une première phase de recherche a permis de comprendre les mécanismes d'interaction entre l'eau recyclée traitée et certaines propriétés des bétons frais et durcis. La seconde phase de la recherche vise à optimiser l'adjuvantation des bétons afin de contrer les effets néfastes de l'eau recyclée traitée notamment sur l'affaissement, le temps de prise et l'entraînement d'air. Enfin, lors de la détermination des combinaisons d'adjuvants présentant les meilleurs résultats, des essais en usine permettent de valider les résultats obtenus en laboratoire. Les résultats de cette recherche montrent que le remplacement d'une partie de l'eau de gâchage par de l'eau recyclée traitée diminue considérablement l'affaissement, la teneur en air et le temps de prise du béton. Plus la proportion d'eau recyclée traitée est importante, plus les effets néfastes sont importants. Il a été démontré que les interactions les plus fortes découlent de la présence des matières solides en suspension dans l'eau recyclée traitée (effet physique plutôt que chimique). L'influence de l'eau recyclée sur le béton produit est fonction de la finesse des particules en suspension contenue dans l'eau de gâchage. Lorsque la teneur en solide en suspension est inférieure à 50 000 ppm, il est possible de compenser totalement les effets néfastes de l'eau recyclée en utilisant un retardateur de prise, et en augmentant les dosages en plastifiant (réducteur d'eau, superplastifiant) et en agent entraîneur d'air. Le remplacement d'une partie de l'eau de gâchage par de l'eau recyclée s'inscrit dans le contexte de développement durable en revalorisant un de l'eau usée pour économiser de l'eau potable.

Que ce soit sur chantier ou en usine de préfabrication, de nombreux incidents de mise en œuvre apparaissent encore régulièrement malgré l'utilisation industrielle de bétons de plus en plus fluides: le béton mis en œuvre n'atteint pas les zones les plus difficiles d'accès ou ne remplit les zones les plus ferraillées. Les Bétons Auto-Plaçant (BAP) ont bien sûr repoussé les limites traditionnelles de densité de ferraillage ou de forme des coffrages mais leur grande fluidité peut les rendre potentiellement sensibles à une ségrégation partielle de leurs composants en écoulement ou sous l'effet de la gravité. L'objectifde cette thèse est de développer des techniques de prédiction de la mise en œuvre du matériau en fonction des mesures rhéologiques, des caractéristiques de l'élément à réaliser et du processus de mise en oeuvre retenu. La méthodologie adoptée consiste à isoler et à traiter séparément chacun des problèmes évoqués dans une configuration simplifiée puis de combiner ensuite graduellement les phénomènes mis en jeu. Un matériau modèle simple similaire au béton réel et pouvant reproduire les principaux traits du comportement rhéologique du béton est d'abord mis au point à partir de billes de verre mono-disperses de rugosité contrôlée mélangées dans une suspension de Carbopol, fluide à seuil, stable, transparent et non thixotrope. Une série d'essais sur ce matériau modèle en canal horizontal non ferraillé ou ferraillé, permet alors l'étude des phénomènes suivants: L'arrêt de l'écoulement sous l'influence du seuil d'écoulement du matériau et des caractéristiques du coffrage; l'arrêt de l'écoulement sous l'influence d'un ferraillage élémentaire; le blocage des granulats au droit des armatures. Ces expériences de laboratoire sont menées en parallèle avec des approches analytiques et des simulations numériques. Une corrélation analytique entre les propriétés rhéologiques du matériau et l'arrêt de l'écoulement est proposée et comparée aux simulations numériques et aux mesures expérimentales. De plus, un modèle probabiliste permettant de prédire l'apparition du blocage des granulats au passage d'un ferraillage en fonction de la taille des grains, de leur concentration, du volume de matériau traversant et de la géométrie de l'obstacle est construit à partir des expériences sur fluides modèles et ensuite validé sur des bétons réels. Une analogie entre zone ferraillée et milieu poreux est proposée en considérant le coulage d'un béton comme la propagation d'un fluide à seuil dans un milieu poreux hétérogène et anisotrope. Il devient alors possible d'associer à un plan de ferraillage donné une cartographie de perméabilité et ainsi se passer du maillage de chacune des barres d'acier. Cette technique est validée dans le cas d'écoulements simples de bétons réels dans des coffrages de laboratoire.

Le ressuage des bétons hydrauliques correspond à l'apparition d'une pellicule d'eau claire à la surface du béton, dans les premières heures après le coulage. Le niveau de ressuage obtenu conditionne la qualité du matériau à l'état frais (pompabilité, cassures du béton frais, auto-cure, portance à court terme...) comme à l'état durci (résistance, durabilité, aspect du parement).<br />Le travail présenté dans ce document a pour objectif de comprendre le phénomène, de le modéliser et de le relier à la formulation du matériau. Toutefois, l'effet de paramètres extérieurs à la formulation a aussi été étudié (effet d'échelle, température, qualité du malaxage). Ces études ont nécessité le développement d'un protocole expérimental de mesure du ressuage. Celui-ci consiste à prélever l'eau ressuée dans des sillons préalablement tracés à la surface du béton. Ce protocole a été validé par des essais de répétabilité.<br />Il apparaît que le ressuage correspond à une consolidation du matériau granulaire sous son poids propre. Une amélioration de la modélisation de ce phénomène décrit par TOORMAN est proposée, prenant en compte la diminution dans le temps de la compressibilité du squelette granulaire. Cette prise en compte permet une description correcte des effets d'échelle rencontrés sur l'amplitude du phénomène. D'un autre côté, la compressibilité du squelette granulaire est appréhendée par la mise au point d'un oedomètre-perméamètre.<br />En revanche, concernant le débit initial d'eau ressuée, aucun effet d'échelle n'est relevé sauf dans le cas de formation de chenaux verticaux d'écoulement. Une adaptation du modèle de KOZENY-CARMAN est proposée pour la prévision de ce débit. Le modèle est alors validé sur 53 formules contenant principalement des bétons et des mortiers. Il pourra constituer dans l'avenir un outil intéressant pour la formulation de béton.

Ce rapport est une synthèse du travail d'analyse exploratoire du procédé de mise en forme des produits en bétons de type bloc. Celui ci consiste à mouler le bloc par compression assistée de vibrations. Un essai d'analyse de la compactibilité du béton frais est mis au point. Le compactage du matériau est réalisé sous l'action d'impacts répétés d'une masse tombante. Cet essai Proctor est instrumenté via la technique de mesure dynamique aux barres de Hopkinson. L'efficacité du compactage sous impacts est quantifiée. La mesure de contrainte durant le premier impact nous permet de détecter un changement de rhéologie et de l'analyser. Un essai complémentaire est conçu. Il consiste à compacter le matériau sous compression et vibration. Les mécanismes du compactage et l'influence des paramètres sur la densification sont analysés. Par analogie entre la vibration et la température, des essais de caractérisation du comportement viscoplastique du béton frais vibré sont réalisés.

Un des problèmes de mise en œuvre des bétons rencontrés sur des chantiers de pieux forés à la tarière creuse est la difficulté d’introduire la cage d’armatures dans le béton frais dans 15 % des cas. Cette difficulté est liée en partie au comportement rhéologique du béton et au phénomène de ressuage qui sont des problèmes de formulation du béton. En effet, des études sur des fluides à seuil (pâtes de ciment, solutions de Carbopol, émulsions) comme le béton, montrent une corrélation entre le déplacement d’objets dans ces fluides et leurs seuils de cisaillement.L’objectif de cette étude est de développer un outil de caractérisation du béton sur chantier qui permette de tester la capacité des armatures à être introduites dans le béton à partir d’une technique basée sur le principe de la pénétrométrie. Une formulation de base de béton pour pieux a été choisie sur chantier et modifiée en laboratoire de façon à obtenir des bétons aux comportements variés (seuil de cisaillement, perte d’ouvrabilité et thixotropie) représentatifs des conditions sur site. L’influence de ces différents paramètres rhéologiques sur l’enfoncement des armatures a été étudiée. Elle a permis d’identifier des valeurs seuils pour lesquels un refus d’enfoncement de la cage d’armatures (blocage) est observé : slump<18 cm; τs>780 Pa et τ0>340 Pa.Une étude complémentaire menée sur 4 chantiers de pieux forés à la tarière creuse a permis de valider et d’affiner les conclusions précédentes et de prédire les blocages éventuels. / This study is mainly concerned with a concrete placement problem encountered on continuous flight auger (CFA) pile, namely the difficulty of introducing a reinforcement cage into fresh concrete, difficulty that occurs in 15 percent of cases. These difficulties are correlated in part with the rheological behavior of the concrete as well as with the bleeding phenomenon, both of which pertain to concrete mix design problems. Indeed, studies carried out on yield stress fluids, like concrete, reveal a correlation between object displacements in these fluids and their actual yield stresses.The aim of this study is to develop a tool for the in situ characterization of concrete at rest, based on the principles of penetrometry, which can assess the capability of introducing reinforcements into concrete.A widespread pile concrete mix design was chosen on-site and modified in the laboratory to obtain concrete mixtures with various behavior (yield stress, loss of workability and thixotropy) which are representative of on-site conditions. The influence of these rheological properties on the reinforcement embedment capacity has been studied. For low viscosity values (6 to 12 Pa.s), the rejection of reinforcement becomes a real risk for some threshold values : slump<18 cm; τs>780 Pa and τ0>340 Pa. To avoid blocking τ0 should be limited during casting process.An additional study was conducted on CFA piles on-site and helps to validate previous findings. It also describes reinforcement embedment kinetic. A correlation was found between reinforcement depreciation period during its setting and concrete viscosity.

Ce travail est consacré à l'étude de la rhéologie des bétons fluides. On relate le développement d'un rhéomètre à béton prototype de conception nouvelle, BT RHEOM. Le principe et la mise au point de l'appareil, ainsi que les différentes conduites des essais rhéologiques, sont décrits. Des études visant à estimer l'objectivité des mesures sont présentées. On envisage ensuite quelques études expérimentales avec le BT RHEOM. Les comportements des bétons frais, sans et avec vibration, sont étudiés. Dans la plage de gradient de vitesse étudiée, ils respectent en général le modèle de Bingham, sous réserve que la consistance des bétons satisfasse certaines conditions, et que l'homogénéité des bétons soit acceptable. Les phénomènes de thixotropie et de dilatance des bétons sont ensuite discutés. On s'intéresse également à l'influence des paramètres de composition du béton sur le comportement rhéologique de ce dernier. On établit ainsi un modèle ayant pour objet l'estimation de la viscosité plastique des bétons à hautes performances, fournissant une aide à la formulation du béton. Enfin, avec les caractéristiques intrinsèques d'un béton mesurées au BT RHEOM, on tente de modéliser un problème de chantier : le pompage du béton. On montre également une autre application de ce rhéomètre : la mise au point des formulations de BHP.

Dans un contexte où le développement durable est devenu une priorité majeure, les entreprises du secteur du bâtiment doivent faire face, à de nouvelles exigences en termes de respect de l’environnement. En particulier, lors de la mise en œuvre du béton dans les coffrages, une huile de démoulage d’origine minérale faiblement biodégradable est couramment utilisée comme couche séparatrice anti-adhérente. La nature de cette huile génère des risques importants de pollution environnementale. De nouvelles formulations d’huile de décoffrage d’origine végétale ont ainsi été développées.L’apparition de cette nouvelle gamme de produit nécessite une connaissance suffisante de leur comportement à l’interface béton/huile/coffrage. Ce mémoire contribue à l’étude de l’influence de la formulation du béton sur le comportement tribologique à l’interface béton/coffrage en présence de deux huiles de démoulage de nature différente (une huile végétale et une huile minérale). La zone du béton à l’approche du coffrage a été étudiée à l’état durci et frais sans huile de démoulage. Tout d’abord, l’évolution de la densité apparente du béton à l’approche d’une paroi a été évaluée en fonction de la pression de contact et du volume de pâte. Puis, une analyse complète de cette zone à l’interface à l’état frais a été réalisée afin d’estimer le rapport E/L et la quantité de pâte mobilisée à l’approche de la paroi coffrante. Une étude physico-chimique a été effectuée en reconstituant les milieux interstitiels de l’interface béton/huile/coffrage contenant un dosage différent en superplastifiant et en huile. Plusieurs techniques adaptées à ces milieux complexes, ont été utilisés afin d’évaluer la formation de savons et de déterminer la stabilité des émulsions obtenues. Cette thèse se conclue par une étude du frottement du béton frais contre une paroi coffrante avec et sans huile de démoulage à l’aide d’un tribomètre plan/plan. Plusieurs formulations de béton sont étudiées. Les résultats obtenus ont permis de comprendre le mode d’action des éléments fins et le dosage en superplastifiant aux interfaces béton/coffrage et béton/huile/coffrage. Dans le cas de l'huile d'origine végétale, le savon formé à partir des esters et des acides gras contribue à réduire les frottements en stabilisant l’émulsion et en organisant l’interface. Cependant, la présence du superplastifiant est indispensable pour avoir des performances élevées dans le cas de l’huile minérale. / In a context where sustainable development has become a major priority, the companies in the building field must face to new requirements in terms of respect of the environment. In particular, during the concrete pouring, a mineral release agent, poorly biodegradable is currently used as separating layer non-stick. The nature of this oil creates significant risks of environmental pollution. New formulations of release agent of vegetable origin were developed.The appearance of this new product range requires a sufficient knowledge of their behavior at the interface concrete/release agent/formwork. This report contributes to the study the effect of the concrete composition on the tribological behavior at the interface concrete/formwork with two release agents of different nature (vegetable release agent and mineral release agent). The zone of concrete near the formwork was studied without release agents. First, the evolution of the density of the concrete at the approach of a wall was evaluated as a function of the contact pressure and the past volume. Then, a comprehensive analysis of this fresh layer was carried out to estimate the W/B ratio and the amount of paste mobilized close to the formwork. A physicochemical study was performed by reconstituting the interstitial medium of the interface concrete/release agent/formwork containing a different dosage of oil and superplasticizer. Several adapted techniques to these complex medium were used to evaluate the formation of soaps and to determine the stability of the obtained emulsions. This thesis ends with a study of the friction of fresh concrete against the formwork with and without release agent using a plan/plan tribometer. Many formulations of concrete are studied. The results were allowed to understand the mechanism of action of the fines element and the dosage of superplasticizer at the interfaces concrete/formwork and concrete/release agent/formwork. In the case of vegetable release agent, the soap formed from the esters and fatty acids contributes to reduce the friction by stabilizing the emulsion and organizing the interface. However, the presence of the superplasticizer is necessary to obtain a high performance for the mineral release agent.

Les parois moulées sont des ouvrages de fondations en béton armé. Le béton de paroi moulée n'est jamais vibré et présente une fluidité élevée. Les observations effectuées après le terrassement et le rabotage des parois montrent que celles-ci présentent des défauts qui sont reliés au ressuage du béton lors de sa mise en place. Les cheminées de remontées d’eau représentent 90% des désordres observés sur les chantiers. Les constituants du béton sont souvent mis en cause. Une étude a été menée afin de comprendre l'influence des divers paramètres affectant le ressuage. Quatre formulations de béton issues de chantier ont été caractérisées en laboratoire. Une formule a montré sur chantier sa robustesse vis à vis du ressuage, tandis que les trois autres formulations ont abouti à des pathologies plus ou moins sévères. La formulation qui présentait le plus de pathologies a été modifiée de manière à observer l’effet des constituants de la formulation vis à vis du ressuage forcé et statique. Différentes pressions ont été étudiées afin de simuler différentes hauteurs de paroi moulée. Cette étude a permis de valider la pression 5 bars prédite par les recommandations Bauer. La formulation de base de ce béton de fondation a été modifiée de manière à obtenir une courbe granulaire continue, un rapport G/S proche de 1 et une augmentation du dosage en fines supérieur à 430 kg/m3. Les résultats des essais ont permis de limiter le seuil admissible du filtre presse Bauer à 15 ml au lieu de 24,4 ml. Les formulations du béton de fondation de plusieurs chantiers de parois moulées ont été modifiées, ce qui a permis de valider les prescriptions précédentes. Des recommandations ont pu être proposées. / The diaphragm walls are foundations made with reinforced concrete. The concrete of diaphragm wall is never vibrated and has a high fluidity. The observations recorded following excavation and planing of diaphragm walls demonstrate that defects are observed which are correlated with concrete bleeding during placement. Water upwelling pathology represents 90% of all disorders observed at project sites. Mix components are often implicated. A study was conducted to understand the influence of various parameters affecting the bleeding. Four concrete mix designs derived from the field were characterized in the laboratory. On a jobsite, one design has, revealed its robustness with respect to bleeding, whereas the other three have led to pathologies of varying severity. The tested concrete displaying the most of pathologies was modified so as to observe the effect of different mix components on the forced and static bleeding. A range of pressures was introduced as a means of simulating various diaphragm wall heights.This study validated the pressure 5 bar predicted by the Bauer recommendations. The basic formulation of this concrete of foundation has been modified in order to have a continuous granular curve, G / S close to 1 and an increasing in the dosage of fines greater thinly than 430 kg / m3. The results of tests served to limit the admissible threshold of filter press Bauer at 15 ml instead of 24,4 ml. The formulations of the concrete foundation of several diaphragm walls have been modified accordingly, which validated the previous prescriptions. Recommendations have been proposed.