L'objectif principal de cette thèse a été d'évaluer le potentiel de valorisation des cendres volantes de charbon issues de centrales thermiques Spreader Stoker (Cendres Volantes Spreader Stoker), dans la fabrication d'éco-ciments sur l'île de La Réunion. Nous avons dans un premier temps effectué une caractérisation physico-chimique des CVSS et vérifié leur réactivité. Deux voies de valorisation ont ensuite été retenues, l'une qui ne présente pas de valeur ajoutée mais qui permet de valoriser un volume important de CVSS par une stabilisation dans des matrices à base de ciment, l'autre qui offre une valeur ajoutée aux CVSS par une incorporation dans la fabrication de ciments composés. Le relargage en lixiviation a été étudié pour la première voie de valorisation retenue, puis, les effets des CVSS dans les matrices à base de ciment, notamment le rôle des imbrûlés contenus dans les cendres, ont été évalués aux états frais, durcissant et durci, suivi d'une petite exploitation numérique des données expérimentales. Enfin, une étude de durabilité sur des bétons à base de ciments de laboratoire a été faite par une approche comparative avec la pouzzolane naturelle, qui est actuellement utilisée pour la fabrication de ciments composés sur l'île de la Réunion. / The main objective of this project was to evaluate the potential of coal fly ash from Spreader Stoker thermal power plants (Spreader Stoker Coal Fly Ash) in the manufacture of eco-cements in Reunion Island. We first performed a physico-chemical characterization SSCFA and verified its reactivity. Two valorisation paths were chosen, one of which did not present any added value but which permit to value a large quantity of SSCFA by stabilization in cement-based matrices, the other which offers added value to SSCFA by incorporating it in the manufacture of composed cements. Leachate release was studied for the first path of valorisation, and then the effects of SSCFA in the cement matrices, especially the unburned particles contained in SSFCA, were evaluated in fresh, hardening and hardened states, followed by a small numerical exploitation of the experimental data. Finally, a sustainability study on concretes based on laboratory cements was made using a comparative approach with natural pozzolana, which is currently used for the manufacture of composite cements in Réunion Island.

Résumé : Depuis le début du XXe siècle, la production de bétons secs représente une industrie importante pour le développement des infrastructures en bétons compactés au rouleau notamment pour la construction de barrages, de digues, de pavages, et les bétons moulés à sec pour la pré-fabrication de blocs de maçonnerie, de briques, de pierres de pavé, etc. La durabilité de celles-ci peut être améliorée en réduisant leur consommation de ciment Portland et de granulats naturels en utilisant, respectivement, des ajouts cimentaires et des matériaux granulaires alternatifs. D’ailleurs, beaucoup de sous-produits industriels et autres ajouts cimentaires alternatifs ne respectant pas les exigences pour le béton conventionnel ont été utilisés avec succès dans ce type de béton. Les cendres de biomasse sont des sous-produits prometteurs pour les applications de bétons secs. Ces cendres sont obtenues dans une centrale de cogénération de l’industrie des pâtes et papiers suite à la combustion de leurs boues de traitement des eaux usées, de leurs boues de désencrage, et autres résidus de bois. Les cendres volantes de biomasse (CVB) ont une finesse similaire à celle du ciment et elles possèdent aussi un potentiel de réactivité pouzzolanique. Elles peuvent donc remplacer une partie du ciment utilisé dans la formulation de bétons. Les cendres grossières de biomasse (CGB) ont une granulométrie voisine de celle d’un sable fin. Elles peuvent donc être valorisées en remplaçant une partie des granulats naturels utilisés dans les formulations de bétons. Bien que les propriétés physico-chimiques et les interactions cimentaires de celles-ci soient étudiées depuis le début des années 2000, très peu d’applications commerciales ou industrielles ont été développées. Ce projet de recherche vise l’étude et l'optimisation des CVB comme ajout cimentaire alternatif et des CGB comme granulats fins alternatifs dans la production de bétons compactés au rouleau (BCR) et à la paveuse (BCP) pour des applications de pavages industriels et dans la production de bétons moulés à sec (BMS) pour des applications de préfabrication de pierres de pavé. Pour chacune de ces applications, des formulations incorporant un taux de substitution jusqu'à 30% du ciment par des cendres volantes et jusqu’à 100% du sable par des cendres grossières ont été réalisées. Ces travaux d’optimisation ont été effectués avec des bétons à rap-port eau-liant de 0,32, 0,35 et 0,37. Les propriétés à l’état frais (maniabilité et consistance), à l’état durci (résistance à la compression, à la flexion et à la traction), et de durabilités (absorption à l’eau, vides perméables et résistivité électrique) jusqu'à 91 jours ont été mesurées pour tous les mélanges de béton. Le rapport eau-liant, la teneur en pâte et les taux de remplacement optimaux ont également été combinés et optimisés afin de valoriser un maximum de cendres de biomasse, volantes et grossières, dans une seule formulation. Les résultats des mélanges de BCR fabriqués en laboratoire avec 10% et 20% de CVB et combinés à 50% de CGB ont respectivement montré des maniabilités désirées et des résistances à la flexion supérieures aux limites prescrites par les devis techniques pour une utilisation pratique de 23% et 29%. Ces deux mélanges donc ont été sélectionnés pour évaluer leur comportement in situ à l’aide de la construction d'une dalle de stockage de 792 m² par 300 mm d'épaisseur à l'aide de pratiques courantes. Des carottes ont été prélevées dans la dalle à 28 et 308 jours. La résistance à la compression des noyaux à l'âge de 308 jours a atteint 33 et 30 MPa pour les deux mélanges testés, respectivement. Les BMS fabriqués avec 5%, 10%, ou 15% CVB et 25% de CGB peuvent atteindre un indice de compaction de 99% avec un travail de compaction inférieur à celui spécifié par les fabricants de pierre de pavés. L'utilisation des CVB et CGB entraîne une faible diminution de la résistance à la compression, mais présente des valeurs de perméabilité et d’absorption à l’eau très faibles et inférieures aux exigences requises les normes (près de 5%). Ces travaux de recherche présentent un débouché potentiel à la valorisation des cendres volantes et grossières de biomasse issues de l’industrie des pâtes et papiers dans les bétons secs comme ajout cimentaires ou granulats fins. Cette approche peut offrir une contribution significative pour la réduction des émissions de gaz à effet de serre associés à la production de ce type de béton et dans les gestions des matières résiduelles de l’industrie des pâtes et papiers. / Abstract : Since the early twentieth century, the production of dry concrete is an important industry for infrastructure development including the construction of dams, core dikes, and pavements using roller-compacted concrete, and precast masonry blocks, bricks, pavers using dry-cast concrete. The sustainability thereof can be improved by reducing its consumption of Portland cement and natural aggregates using cementitious supplementary cementitious materials and alternative granular materials, respectively. Moreover, many industrial by-products and other mineral additions not meeting the requirements for conventional concrete have been success-fully used in such concrete. The biomass ashes are promising supplementary materials for dry concrete applications. These ashes are produced in a cogeneration plant of the pulp and paper industry following the burn-ing of their wastewater treatment sludge, their de-inking sludge, and other wood residues. The biomass fly ash (BFA) have a similar finesse in the cement and they also have a potential poz-zolanic reactivity. They may therefore replace part of the cement used in concrete formula-tions. The biomass bottom ashes (BBA) have a particle size close to that of a fine sand. They can be use to replace a portion of the natural aggregates. Although the physicochemical proper-ties and interactions with cement have been studied since the early 2000s, very few commer-cial or industrial applications have been developed. This research project aims at studying and optimizing the BFA content as an alternative sup-plementary cementitious materials and the BBA content as an alternative fine aggregates in the production of roller-(RCC) and paver-compacted concrete (PCC) for industrial pavements and dry-cast concrete (DCC) for the manufacture of pavers. Formulations incorporating substitu-tion rates of cement up to 30% by BFA and of the sand up to 100% by BBA were evaluated for each of the mentioned applications. This optimization work was carried out with concrete water-to-binder ratio (w/b) of 0.32, 0.35 and 0.37. The fresh properties (workability and com-pactness), hardened properties (compressive strength, flexural strength and splitting-tensile strength) and transport properties (water absorption, permeable voids and electrical resistivity) up to 91 days were measured for all concrete mixtures. The optimal w/b, paste content and replacement rates were also combined and optimized in order to maximize the biomass fly and bottom ashes content, in a single formulation. The results of concrete mixtures made with 10% and 20% BFA with 50% BBA showed 23% and 29% higher flexural strength than the limits required for practical use of RCC, respective-ly. These two RCC mixtures were selected for the assessment of in situ behaviors through the construction of a storage slab of 792 m² per 300 mm thick using standard practices. Core sam-ples were cut from the slabs at age of 28 and 308 days for follow-up of the concrete behavior with time. The compressive strength of the cores at an age of 308 days reached 33 and 30 MPa for the two tested mixtures, respectively. The DCC mixtures made with 5%, 10%, or 15% BFA and 25% of BBA can reach a compact-ness index of 99% with a compaction work lower than specified by the Standards. The use of the BFA and BBA lead to small decrease of the compressive strength, however they can result in very low permeability and water absorption values lower than required by the specifications (close to 5%). This research presents a potential market for recycling biomass fly and bottom ashes from the pulp and paper industry in dry concrete as alternative supplementary cementitious materials or fine aggregates. This approach can provide a significant contribution to reduce greenhouse gas emissions associated with the production of this type of concrete and with the managements of by-products from the pulp and paper industry.

La durabilité des structures en béton armé est souvent conditionnée par la diffusion d'espèces chimiques au travers de la couche d'enrobage dont la qualité peut être remise en cause en raison d'une dessiccation trop précoce à l'issue du décoffrage. Cette recherche a pour objectif d'étudier les phénomènes en jeu et de proposer une modélisation des couplages entre l'hydratation et les transferts hydriques au sein des matériaux cimentaires. En premier lieu est développé un modèle semi-analytique décrivant l'hydratation de matériaux `a base de CEM I (avec ou sans incorporation de cendres volantes). Le modèle est juste suffisant pour être couplé avec les transferts d'humidité. Il permet de décrire l'évolution au cours du temps de la teneur en eau, de la porosité, de la température et de la quantité d'hydrates produits (C-S-H, CH, etc.) qui sont des données d'entrée primordiales de la plupart des modèles de durabilité. Une campagne d'analyses thermogravimétriques, ainsi que de porosimétrie accessible `a l'eau et par intrusion de mercure, est réalisée sur 3 pâtes de ciment de différents rapports E/C et sur plusieurs mortiers incorporant des cendres volantes. Les changements microstructuraux sont suivis au cours de l'hydratation et l'effet de l'activité pouzzolanique sur la structuration est mis en évidence. Les résultats de cette campagne, ainsi que certains tirés de la littérature scientifique, servent `a la validation du modèle d'hydratation développé. En deuxième lieu, une modélisation simplifiée des transferts hydriques est mise en œuvre. Ce modèle est utilisé pour identifier la perméabilité `a l'eau liquide par analyse inverse des cinétiques expérimentales de séchage obtenues sur une large gamme de pâtes de ciment. L'évolution de cette perméabilité au cours de l'hydratation est estimée en utilisant différents modèles de la littérature afin de proposer une loi qui relie la perméabilité du matériau `a son degré d'hydratation. En dernier lieu, une modélisation des couplages entre hydratation et dessiccation est présentée. Le modèle a pour originalité de faire appel `a une description détaillée de l'évolution, au cours de la maturation du matériau, de la porosité, des paramètres de transfert (perméabilité) et de la courbe de pression capillaire en désorption. La compétition entre le transport d'eau vers l'extérieur et la consommation d'eau interne par les réactions chimiques est modélisée. Le ralentissement de la cinétique d'hydratation par l'abaissement de l'humidité relative régnant dans les pores est pris en compte. Une campagne expérimentale de dessiccation précoce fournit des suivis de masse, ainsi que des profils hydriques, de porosité et de degré d'hydratation, qui sont analysés afin de mettre en évidence la dégradation des propriétés de durabilité au niveau de l'enrobage et de valider la modélisation proposée.

Le ciment est la principale source des impacts sur l'environnement de l'utilisation du matériau béton. Afin d'optimiser ce dernier d'un point de vue environnemental, il est nécessaire de réduire son dosage en ciment. Cela peut être entrepris en remplaçant une partie du ciment par des additions minérales lors de sa fabrication.Ces travaux de thèse visent à étudier les phénomènes physico-chimiques ayant lieu lors du processus de carbonatation de bétons à forts taux de remplacement du ciment par des additions minérales ainsi que leur résistance à ce type d'attaque.Une campagne expérimentale a été menée sur des bétons de référence préparés à base de ciments courants et sur des Écobétons préparés en substituant une partie du ciment par des cendres volantes ou du laitier de haut-fourneau. Les différentes études menées portent sur la durabilité des Écobétons vis-à-vis de la carbonatation, sur l'équivalence de performances des Écobétons avec celles des bétons de référence, et sur les paramètres de composition et de microstructure contrôlant la cinétique de carbonatation. La carbonatation a été étudiée en conditions accélérées et naturelles. Les résultats montrent que les Écobétons à forts taux de substitution du ciment par des cendres (50 %) ou du laitier (75 %) pourraient remplacer, dans certains cas, les bétons conformes à la norme en vigueur.En complément à l'étude expérimentale, des simulations numériques du couplage hydratation/séchage ont été menées en vue de déterminer l'effet du séchage sur les propriétés contrôlant la cinétique de carbonatation accélérée des bétons étudiés (la porosité, la quantité de Portlandite et le degré de saturation en eau liquide). Les résultats montrent que la cinétique de séchage augmente avec le taux de substitution du ciment par des additions. Ils remettent aussi en cause la pertinence du préconditionnement des échantillons lors de l'essai de carbonatation accélérée mené selon la norme française XP P 18-458 actuellement en vigueur.

Les déchets solides générés par notre société sont nombreux. Les cendres volantes sont des déchets solides produits lors de la combustion de déchets domestiques ou industriels dans des incinérateurs. Les cendres volantes sont également produites par la combustion du charbon dans les centrales à charbon. Les cendres volantes sont des résultats de ces combustions et représentent importante quantité de déchets produits chaque année par notre société. Les possibilités de recyclage de ces déchets sont nombreuses : dans la construction, l'industrie routière. Elles sont également stockées pour une utilisation ultérieure. Les origines différentes des charbons et déchets incinérés conduisent à une minéralogie et une composition élémentaire complexe. En tant que sous-produit le devenir des cendres volantes est important à déterminer, aussi la détermination de la composition élémentaire de ces cendres volantes est-elle indispensable.Les méthodes classiques de préparation des échantillons solides sont la minéralisation acide ou la fusion alcaline. Ces procédures prennent du temps et supposent l’utilisation de réactif, de plus la digestion complète n'est pas toujours assurée. Le risque de contamination par les réactifs employés est important au cours de ces méthodes classiques de préparation. Au cours de la dernière décennie, le développement d’analyse directe d'échantillons solides en utilisant des méthodes d'ablation laser a été important en raison de la nécessité de réduire le temps d'analyse et de réduire aussi la consommation de réactifs. Dans ce travail, deux méthodes basées sur l'ablation par laser seront étudiées pour l'analyse des cendres: Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) et Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (LA-ICP-MS). La spectrométrie LIBS sera étudiée pour la détermination quantitative des éléments majeurs dans les échantillons de cendres alors que le couplage ablation laser ICP / MS sera employé pour détermination des éléments traces. L'optimisation de la sensibilité et les stratégies d'étalonnage sont les principaux problèmes traités dans ce travail. La préparation des échantillons et l’optimisation ont été effectuées pour déterminer les éléments tels que Al, As, Ba, Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Pb, Sr, V et Zn par les deux méthodes.Les performances analytiques telles que les limites de détection, justesse ont été obtenus à la suite d'optimisations appropriées des liants et de la sélection de l’étalon interne approprié. En conclusion, l’analyse directe de solides en utilisant les techniques basées sur l’ablation laser développées dans ce travail conduisent à une justesse acceptable pour la détermination des éléments majeurs et traces dans les cendres volantes / Solid waste generated by our society are numerous, fly ashes are produced during the combustion of domestic or industrial waste in incinerators. Fly ashes are also produced through coal combustion in coal fired power plants. Fly ashes are results of these combustions and represent important quantity of waste produced every year by our society. They have variable use – in construction, road industry, or they can be stocked for further use. As they are result of different origin, they have complex mineral and elemental composition. As a by-product or as a recycled product fly ashes fate is important to determine. In this view the determination of the elemental composition of fly ashes is the aim of this work.Conventional methods of sample preparation are acid digestion or alkali fusion. These procedures are time and reagent consuming and complete digestion is not assured. The potential contamination of the reagents employed is important during these classical sample preparation methods. During the past decade, development of direct solid sampling using laser ablation methods was important due to the need of reducing analysis time and also reducing reagent consumption. In this work, two methods based on laser ablation will be studied for fly ash analysis: Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) and Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (LA-ICP-MS). LIBS will be studied for quantitative determination of major elements in fly ash samples while Laser ablation / ICP MS will be employed for trace element determination.The sensitivity optimization and different calibration strategies are key problems of laser sampling methods. Sample preparation and condition optimisation were performed to determine major, minor and trace elements such as Al, As, Ba, Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Pb, Sr, V and Zn by both methods – LIBS for major elements and LA-ICP-MS for minor and trace elements.Analytical properties such as detection limits, accuracy and analytical working curves were obtained following suitable optimisation of binders and internal standards. Compromise binder and analytical conditions were selected to determine the elements in fly ash samples.In conclusion, direct solid sampling using laser ablation followed by LIBS or for solid introduction into ICP was found to determine major, minor and trace elements in fly ashes, improving pellets mechanical stability, high samples sensitivity and acceptable accuracy and detection limits.

Résumé : L’utilisation des cendres volantes générées par la combustion de biomasse présente une solution très prometteuse pour la conception de bétons écologiques de haute performance. Cependant, leur comportement dans un milieu cimentaire est encore peu étudié. Ce projet est concentré sur la compréhension des processus d’hydratation d’un système cimentaire contenant les cendres volantes de biomasse disponibles localement. Lors du programme expérimental, la caractérisation physico-chimique des cendres volantes étudiées a d’abord été réalisée. Ensuite, leur effet sur les propriétés rhéologiques, la cinétique d’hydratation, l’évolution des hydrates avec le temps et le développement des résistances ont été examinés. Les systèmes étudiés sont des pâtes et des mortiers avec différents taux de remplacement de ciment par les cendres volantes et deux rapports eau/liant de 0,5 et 0,4 en absence et en présence de superplastifiant. La variation des propriétés physico-chimiques de différents échantillons des cendres volantes (finesse, teneur en chaux libre, en sulfates et en calcite) a été utilisée pour déterminer l’effet de chacun de ces paramètres sur les performances des mélanges. Le remplacement partiel du ciment par les cendres volantes de biomasse entraine des changements sur la rhéologie, la cinétique d’hydratation, la composition des hydrates et la microstructure des pâtes hydratées. De plus, certains problèmes de compatibilité entre les cendres volantes et les superplastifiants sont observés. En se basant sur l’analyse des résultats obtenus, les explications des phénomènes qui se produisent dans les systèmes cimentaires contenant les cendres volantes de biomasse sont proposées. / Abstract : The use of wastepaper sludge ash (WSA) represents a very promising solution for ecological high performance concrete design. However, the effect of WSA on cementitious systems properties is still insufficiently studied. The present project intends to understand the hydration process in Portland cement systems containing locally available WSA. The experimental program begins with characterization of WSA physico-chemical properties. Then, the effect of WSA on rheology, hydration kinetics, hydration products evolution over time and strength development in cement blends is investigated. The systems discussed here are cement pastes and mortars with different cement replacement by WSA ratio and two water to binder ratio (0,5 and 0,4) with and without superplasticizer. The variation of physico-chemical properties (fineness; free lime, sulphate and calcite content) between different WSA samples was used to determine the effect of each of these parameters on blended cement performances. Partial cement replacement by WSA leads to changes in rheology, hydration kinetics, composition of the hydrates and microstructure of hydrated pastes. Moreover, some incompatibility problems between WSA and superplasticizers used are observed. Based on experimental results analysis, the explanations of the phenomena taking place in cement systems containing WSA are proposed.

Le ciment est la principale source des impacts sur l’environnement de l’utilisation du matériau béton. Afin d’optimiser ce dernier d’un point de vue environnemental, il est nécessaire de réduire son dosage en ciment. Cela peut être entrepris en remplaçant une partie du ciment par des additions minérales lors de sa fabrication.Ces travaux de thèse visent à étudier les phénomènes physico-chimiques ayant lieu lors du processus de carbonatation de bétons à forts taux de remplacement du ciment par des additions minérales ainsi que leur résistance à ce type d’attaque.Une campagne expérimentale a été menée sur des bétons de référence préparés à base de ciments courants et sur des Écobétons préparés en substituant une partie du ciment par des cendres volantes ou du laitier de haut-fourneau. Les différentes études menées portent sur la durabilité des Écobétons vis-à-vis de la carbonatation, sur l’équivalence de performances des Écobétons avec celles des bétons de référence, et sur les paramètres de composition et de microstructure contrôlant la cinétique de carbonatation. La carbonatation a été étudiée en conditions accélérées et naturelles. Les résultats montrent que les Écobétons à forts taux de substitution du ciment par des cendres (50 %) ou du laitier (75 %) pourraient remplacer, dans certains cas, les bétons conformes à la norme en vigueur.En complément à l’étude expérimentale, des simulations numériques du couplage hydratation/séchage ont été menées en vue de déterminer l’effet du séchage sur les propriétés contrôlant la cinétique de carbonatation accélérée des bétons étudiés (la porosité, la quantité de Portlandite et le degré de saturation en eau liquide). Les résultats montrent que la cinétique de séchage augmente avec le taux de substitution du ciment par des additions. Ils remettent aussi en cause la pertinence du préconditionnement des échantillons lors de l’essai de carbonatation accélérée mené selon la norme française XP P 18-458 actuellement en vigueur. / Cement is the main source of environmental impacts of concrete use. It is thus recognized that the most pragmatic solution for minimizing environmental impacts of concrete is the reduction of the cement content. This could be achieved by replacing a part of cement by mineral additions such as fly ash or blast-furnace slag during concrete mixing.The present work aims at studying the physico-chemical phenomena occurring during the process of carbonation of concrete mixtures with high substitution rates of cement by mineral additions and their resistance against this type of attack.An experimental campaign was conducted on reference concrete mixtures prepared with common cements and on other concrete mixtures, called “Écobétons” (Green concretes), prepared by replacing a part of cement by fly ash or blast-furnace slag. The study focused on the Écobétons durability, especially their resistance against carbonation, on the equivalence of Écobétons performances with the reference mixtures performances and on the composition and microstructure parameters controlling the kinetics of carbonation. Carbonation has been studied in natural and accelerated conditions. The results show that Écobétons mixtures with high substitution rates of cement by fly ash (50 %) and blast-furnace slag (75 %) could replace, in some cases, concretes that are in accordance with the current standard.In addition to the experimental study, numerical simulations of the coupling between hydration and drying were conducted in order to determine the effect of drying on the properties controlling the accelerated carbonation kinetics of the studied concrete mixtures (porosity, Portlandite content and water saturation degree). The results show that the kinetics of drying increases with the degree of substitution of cement by mineral additions. They also question the relevance of the preconditioning of the samples during accelerated carbonation test conducted according to the French standard XP P 18-458.

Les nuages sont des éléments essentiels de notre atmosphère qui agissent à la fois sur le bilan radiatif terrestre et sur sa capacité oxydante en transformant chimiquement une grande variété d'espèces solubles. Ces nuages se forment par la condensation de vapeur d'eau sur des particules d'aérosols, appelés noyaux de condensation. La fraction soluble de ces particules conditionne l'hygroscopie des particules et détermine ainsi la taille des gouttes du nuage. Ce paramètre est déterminant pour définir les propriétés optiques des nuages. De plus, la dissolution des particules est la source primaire en phase aqueuse de différentes espèces dont les métaux de transition. Ces éléments sont impliqués dans divers processus d'oxydoréduction et en particuliers dans les processus responsables de la formation des pluies acides. Il est par conséquent très important de connaître, de manière fiable, les processus aboutissant à la solubilisation de l'aérosol dans les gouttes d'eau nuageuses. Le principal objectif de ce travail a donc été de développer un outil expérimental puis une approche de modélisation afin de comprendre et de simuler la dissolution des particules piégées dans une phase nuageuse liquide. Dans un premier temps, ce travail a consisté à mettre en oeuvre un dispositif expérimental, comportant un réacteur de dissolution en circuit ouvert, qui permet de suivre la cinétique de dissolution dans des conditions proches des conditions nuageuses. Cet outil expérimental a ensuite été utilisé pour une caractérisation systématique des différents facteurs d'influence recensés jusqu'alors sur la dissolution, c'est à dire le pH, la nature des aérosols, leur degré d'altération... mais également sur des facteurs jusqu'alors non expérimentés que sont la force ionique, la nature des acides et les cycles d'évapocondensation nuageuse. Les expériences de dissolution menées sous ces différentes conditions nuageuses ont permis de mettre en avant et de quantifier l'effet important des ions H+ et OH- sur la dissolution, ainsi que du degré de solubilisation de la particule. Ces observations ont ensuite été utilisées pour l'élaboration d'un mécanisme de dissolution des particules en phase aqueuse. Une quantification de ce mécanisme a enfin été réalisée en paramétrisant les principaux facteurs impliqués dans la dissolution. La comparaison des résultats calculés et expérimentaux montre une assez bonne adéquation, validant la paramétrisation effectuée. Finalement ce travail permet d'apporter des informations qualitatives et surtout quantitatives des interactions entre l'eau et les particules d'aérosols qui étaient encore manquantes et montrent notamment l'importance du processus de dissolution pour comprendre le rôle des aérosols dans l'implication climatique et chimique des nuages.

Des travaux de recherche effectuées sur le traitement des sédiments valorisés ont été entrepris depuis une dizaine d'années et ont fait l'objet de plusieurs publications comme relaté dans l'étude bibliographique présentée dans ce rapport. L'essentiel a porté sur la caractérisation physique, puis mécanique en fonction des dosages en ciments et additifs. Ainsi, les travaux de recherche entrepris dans cette thèse entre dans le cadre de la poursuite des recherches dans ce domaine. Elle définie les modalités d'étude, ayant pour objet la valorisation des sédiments de dragage du Port En Bessin en vue d'obtention d'un matériau final utilisable en techniques routières. Ainsi la première phase de l'étude consiste en une caractérisation des boues aussi bien dans leur composition que dans leur comportement aux contraintes mécaniques. Les caractéristiques mécaniques sont aussi étudiées dans la partie formulation. Une planche expérimentale en techniques routières a permis l'étude en conditions réelles d'utilisation du matériau. Des analyses sont réalisées pour étudier le relargage de certains polluants (métaux lourds, HAP...) et comparent les résultats avec les prévisions réalisées à partir des essais de lixiviation. D'autres paramètres concernant le comportement géotechnique du matériau ont été vérifiés et comparés aux prévisions attendues pour voir si l'ensemble des résultats obtenus ne montre pas de dérive par rapport aux prévisions. Le matériau peut être ainsi mis en oeuvre dans une troisième phase pour la réalisation finalement d'une plate forme routière sur site réel.

L'objectif de ce travail est d'apporter une contribution à la compréhension des principaux mécanismes d'action des additions minérales incorporées dans les bétons. L'utilisation de ces matériaux, couplés aux superplastifiants, a permis d'améliorer de façon significative la formulation des bétons ainsi que leurs propriétés mécaniques et de durabilité. Toutefois, afin d'en tirer le meilleur parti, il est nécessaire de connaître les caractéristiques de ces additions minérales et leur action sur les propriétés des bétons. La première partie de la thèse approfondit deux aspects de la caractérisation des fines (quantification de la phase amorphe par diffraction des rayons X et granularité des fines par granulométrie laser) dans le but d'augmenter la confiance dans les résultats obtenus. La deuxième partie met en évidence les effets de l'introduction de fines minérales sur le comportement rhéologique des pâtes de ciment puis élabore les premiers éléments permettant d'en comprendre les principaux mécanismes d'action. L'analyse des résultats montre que : - les modifications des grandeurs rhéologiques (seuil de cisaillement et viscosité apparente) dépendent fortement des propriétés physico-chimiques des fines utilisées (surface spécifique, granularité, composition), particulièrement celles modifiant la compacité et les interactions entre les particules solides ; - le comportement rhéologique des pâtes n'est pas fondamentalement modifié par l'incorporation de fines minérales ainsi que par l'utilisation de la vibration, qui n'ont qu'une fonction d'amplification ou de réduction de phénomènes tel que le rhéoépaississement ; le superplastifiant présente toutefois un rôle primordial, puisque sa teneur croissante dans les mélanges entraîne le passage progressif d'un comportement rhéofluidifiant à un comportement rhéoépaississant.