La biodétérioration de mortiers a été étudiée au cours d’un essai spécifique mettant en œuvre Halothiobacillus neapolitanus comme bactérie sulfo-oxydante (BSO) neutrophile et Acidithiobacillus thiooxidans comme BSO acidophile. Cet essai a permis de réaliser en laboratoire une succession bactérienne comme observée in situ dans les tuyaux d’égout. L’originalité de l’essai provient de l’approche pluridisciplinaire considérant l’impact du mortier sur les BSO, l’évolution de la microstructure et de la chimie du mortier. L’intensité de l’attaque a été définie par un indice d’attaque (IA) qui prend en compte la production d’acide sulfurique des BSO, les relargages d’éléments chimiques du mortier et son évolution physique. Quelle que soit la BSO considérée, le mortier à base de ciment d’aluminate de calcium (CAC) présente une meilleure résistance, donc un IA plus faible, que le mortier à base de ciment Portland (OPC). La meilleure performance du mortier CAC, plus prononcée avec H. neapolitanus, n’a pu être reliée au relargage plus important de l’aluminium en solution. Par contre, il a été montré qu’en présence du mortier CAC, H. neapolitanus diminue plus rapidement le pH du milieu à 3 et accumule du tétrathionate et du soufre en solution. Cette accumulation induit une moindre biogénération d’acide, d’où la moindre attaque du mortier. Ainsi, la performance du mortier CAC est essentiellement due à sa résistance à la biodétérioration pendant la phase neutrophile quand l’attaque est faible. Ainsi, pour estimer la performance potentielle de formulations de mortier, il semble préférable de faire des essais avec H. neapolitanus au lieu de A. thiooxidans comme couramment utilisé. / Biodeterioration of mortars was investigated in a specific test implementing Halothiobacillus neapolitanus as neutrophilic sulfur-oxidizing bacteria (SOB) and Acidithiobacillus thiooxidans as acidophilic SOB. This test has allowed achieving into laboratory a bacterial succession as observed in the sewer pipes. The originality of this test results from the multidisciplinary approach that considers the impact of the mortar on the BSO, the chemical and microstructure evolution of the mortar. The intensity of the attack was defined by an attack index (AI) which takes into account the sulfuric acid production of SOB, the chemical elements leaching by mortar and it physical evolution. Whatever the BSO considered, mortar made from calcium aluminate cement (CAC) has a better resistance than the Portland cement mortar (OPC), therefore a smaller AI. The best performance of the CAC mortar, more pronounced with H. neapolitanus, could not be connected to the higher release of aluminum in solution. By cons, it has been shown that in the presence of CAC mortar, H. neapolitanus decreases faster the pH of the medium to 3 and accumulates tetrathionate and sulfur in solution. This accumulation induces less acid biogeneration, from where the slightest mortar attacks. Thus, the performance of the CAC mortar is mainly due to its resistance to biodeterioration during neutrophilic stage when the attack is weak. To estimate the potential performance of mortar formulations, it seems preferable to experiment with H. neapolitanus instead of A. thiooxidans as commonly used.

Thèse doctorat : Sciences et Techniques du Déchet : Villeurbanne, INSA : 2003. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 193-203.

Thèses (Ph.D.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1997. / Titre de l'écran-titre (visionné le 24 août 2006). Publié aussi en version papier.

La survenue d’une infection sur prothèse articulaire demeure une complication redoutable conduisant le plus souvent au changement de l’implant avec des risques de séquelles fonctionnelles et un impact socio-économique important. La lutte contre l’adhérence bactérienne au moment de la mise en place de l’implant représente une des voies de recherche pour la prévention de ces infections.L’objectif principal de cette étude était la mise au point de ciments acryliques modifiés par l’ajout de polymères et l’analyse in vitro de leur efficacité sur l’inhibition de l’adhérence bactérienne à leur surface.Les analyses d’adhérence bactérienne ont été réalisées avec du ciment acrylique commercialisé (CERAFIX® et CERAFIXGENTA® - société CERAVER – Roissy – France)associé à du polymère (polyNaSS) puis à des copolymères (MMA/NaSS) à différents dosages. La souche bactérienne testée était du Staphylococcus aureus en système purifié(fibrinogène seul) et en milieu plasmatique. L’ajout de polyNaSS, même en faible pourcentage, apporte au ciment un effet inhibiteur très important (entre 20 et 40% d’inhibition selon les mélanges). Les mélanges des ciments avec des copolymères MMA/ NaSS ont des propriétés d’inhibition de l’adhérence bactérienne plus faibles (environ 11%), avec un effet inhibiteur qui suit un modèle linaire d’inhibition dépendant de la quantité de copolymère dans le mélange. Ces mélanges sont biocompatibles et ne conduisent pas à des modifications de la morphologie des ostéoblastes.Les résultats obtenus permettent de montrer que le ciment CERAFIXGENTA® n’a pas un effet bactéricide immédiat et ne conduit pas à une inhibition de l’adhérence de bactéries sur les ciments. L’évaluation chimique a permis de préciser l’importance du relargage des polymères surtout dans les 24 premières heures indiquant un effet maximal immédiat et limité dans le temps sur l’adhérence bactérienne ce qui est l’objectif de cette prophylaxie. Ce relargage semble cependant entraîner des modifications architecturales du ciment avec augmentation de la porosité. Les observations en microscopie électronique des mélanges montrent des hétérogénéités de surfaces avec la présence des zones de porosité augmentée dues à la présence de copolymères. Ces observations semblent indiquer que bien que cette stratégie de prévention de l'infection des arthroplasties semble être très attrayante et fiable, les modifications mécaniques sur les surfaces d’implants pourraient conduire à l'échec précoce de l’arthroplastie avec descellement. L’étude biomécanique sur les différents mélanges de ciment et de polymères est nécessaire afin de préciser l’influence de la présence aussi bien du polyNaSS que des copolymères MMA/NaSS sur les qualités mécaniques du ciment. Ces85études permettront aussi de trouver le dosage optimal à obtenir pour maintenir les caractéristiques mécaniques du ciment tout en conservant les propriétés antiadhésives. / Résumé e anglais non fourni

Les ciments silico-calciques sont largement utilisés pour le conditionnement des déchets nucléaires de faible activité. Cependant, les interactions existant entre certains constituants du déchet et les phases cimentaires peuvent perturber l’hydratation de ces dernières. Ainsi, le zinc ZnII, fréquemment rencontré sous forme de sel chloré dans les cendres d’incinération de déchets alpha contenant du PVC ou du néoprène, est connu pour inhiber la prise du ciment Portland. Une solution à ce problème serait d’utiliser un liant de chimie différente, qui présenterait une meilleure compatibilité avec le déchet à conditionner tout en conservant les qualités d’une matrice cimentaire (coût modeste, mise en œuvre aisée, hydratation avec l’eau apportée par les déchets…). Le potentiel des ciments sulfo-alumineux bélitiques pour le conditionnement du zinc ZnII a donc été évalué. Quatre aspects ont été abordés : le déroulement de l’hydratation, les propriétés des liants hydratés, les mécanismes assurant la rétention du zinc et la durabilité des matériaux obtenus (lixiviation et modélisation à l’aide d’un code de transport réactif). Les influences du dosage en gypse, de l’échauffement induit par l’hydratation de pièces massives, et de la teneur en chlorure de zinc ont été déterminées.Il en résulte que les matériaux à base de ciment sulfo-alumineux gypsé à hauteur de 20 % sont de bons candidats pour le conditionnement du zinc : pas de retard d’hydratation, assemblage minéralogique robuste vis-à-vis de la température (dans la gamme 20 – 85°C), bonne résistance mécanique, stabilité dimensionnelle et très bonne rétention du zinc, même lors d’une lixiviation prolongée par l’eau pure. / Calcium silicate cements are widely used for low- and intermediate-level radioactive waste conditioning. However, wastes produced by nuclear activities are very diverse and some of their components may chemically react with cement phases. For instance, ashes resulting from the incineration of technological wastes including neoprene and polyvinylchloride may contain substantial amounts of soluble zinc chloride. This compound is known to strongly delay or inhibit Portland cement setting. One approach to limit adverse cement-waste interactions is to select a binder showing a better compatibility with the waste while keeping cement matrix advantages (low cost, simple process, hydration with water provided by the waste…).This work thus investigates the potential of calcium sulfoaluminate cement for zinc ZnII immobilization. Four aspects were considered: hydration (kinetics and products formed), properties of hydrated binders, mechanisms of zinc retention and durability of the cement pastes (based on leaching experiments and modelling). The influence of three main parameters was assessed: the gypsum content of the cement, the concentration of ZnCl2 and the thermal evolution at early age.It follows that materials based on a calcium sulfoaluminate cement containing 20% gypsum are interesting candidates for zinc ZnII stabilization/solidification: there is no delay in hydration, mineralogy of the hydrated phases is slightly dependent on thermal history, mechanical strength is high, dimensional changes are limited and zinc ZnII is well immobilized, even if the cement paste is leached by pure water during a long period (90 d).

De nos jours, les industriels utilisent de faibles rapports eau/ciment (compris entre 0,3 et 0,4) et des ciments fins en vue d'augmenter les résistances à court terme. Afin que ces matériaux soient suffisamment maniables pour leur mise en place, divers adjuvants chimiques sont utilisés. Bien que ces bétons soient généralement plus durables lorsqu'ils sont exposés aux intempéries, certaines études semblent indiquer qu'ils sont également plus susceptibles de se fissurer lors des premiers jours de l'hydratation. L'étude de cette maîtrise porte sur l'effet de la température (20ʻC, 30ʻC et 38ʻC), du rapport E/C (0,3 et 0,4) et de la minéralogie du ciment (teneurs en C3A de 3%, 9% et 11%) sur le développement de la microstructure des mortiers de ciment avec superplastifiant au jeune âge. Des mesures de temps de prise, de suivi d'hydratation et des retraits chimiques et externes ont permis de suivre l'évolution de la microstructure, du moment où l'eau et le ciment entrent en contact, jusqu'à 7 jours. L'analyse de ces essais a alors permis de montrer qu'une structuration ± douce ¿ endommage moins le matériaux. Après avoir présenté la mise en contexte et la problématique, une revue de la documentation scientifique est proposée. Cette partie permet de comprendre comment le matériau se met en place et quels sont les outils existants afin de pouvoir suivre le développement de sa microstructuration. Une section est ensuite réservée au détail de l'expérimentation mise en place durant la maîtrise, des différents types d'essais utilisés ainsi que des correctifs apportés pour l'étude de nos matériaux. Enfin, une analyse des résultats est présentée. Les résultats de chacun des essais sont étudiés indépendamment les uns des autres mais une dernière section est réservée à la mise en relation des différents résultats obtenus.

Cette étude consiste à analyser les propriétés du béton destiné aux applications résidentielles dans lesquelles une partie des granulats naturels (GN) sont remplacés par des granulats recyclés (GR). On analyse les impacts sur la résistance, la durabilité et la microstructure du béton en fonction du taux de remplacement. Trois différents types des GR sont étudiés. Les essais de caractérisation des granulats recyclés, tels que la densité, l’absorption, la granulométrie, la teneur en impuretés, en matières organiques et en ions chlorure sont effectués. Les essais réalisés sur les bétons se résument essentiellement aux essais de la résistance à la compression, du retrait de séchage, de la résistance aux cycles de gels-dégels, de la perméabilité aux ions chlorure et de la résistivité électrique. Dans le but d’identifier l’effet des granulats fins recyclés sur le comportement des bétons, les analyses thermogravimétriques (ATG) et le pH des mortiers à base des granulats recyclés sont également déterminés. Les bétons évalués dans le cadre de cette étude de classes d’exposition « F-2 » et « R » sont destinés pour la construction résidentielle et des petits bâtiments. Compte tenu de critère de résistance plus sévère, le béton choisi pour les essais est de classe F-2 selon la classification de la norme CSA A23.1-14 (annexe 1 et 40). La norme prévoit que le béton soit soumis aux cycles de gels-dégels dans des conditions non saturées, mais ne soit pas exposé aux ions chlorure. À titre d’exemples, on peut nommer les murs et les poteaux extérieurs. La norme CSA établit les propriétés minimales pour un béton de classe F-2 (annexe 2). Ainsi, la formulation vise un rapport eau/liant (E/L) de 0.55 et une teneur en air de 4 à 6% selon le diamètre maximal du gros granulat utilisé (annexe 3). Les formules des bétons sont déterminées par la méthode des volumes absolus (CAN-A23.1-94 et ACI 211.1-74). Dans cette étude, le liant utilisé est le ciment de type GU, le ciment binaire à base de laitier et les ciments ternaires à base de laitier et fumée de silice ou à base de cendres volantes et fumée de silice. Les GR sont composés de gros granulats et de granulats fins. Le remplacement du GN par le granulat recyclé est effectué de la manière suivante : une proportion des granulats fins recyclés remplace le sable et une partie des gros granulats recyclés remplace les gros granulats naturels. Les proportions massiques des granulats naturels dans le mélange sont effectuées suite à une optimisation granulaire des matériaux par rapport à la courbe visée de Fuller et Thompson (Gagné et Aïtcin, 2014). Bien que certaines propriétés des bétons aux GR et ciment GU soient plus faibles, comparativement aux propriétées des bétons aux granulats naturels, il est possible d’obtenir la résistance à la compression minimale de 25 MPa à 28 jours, recommandée par la norme CSA A23.1-14 (bétons de classe F2), en optimisant le taux de remplacement des granulats recyclés de 15% pour un béton formulé avec du ciment GU et de 45% pour un béton formulé avec du ciment binaire au laitier. Mots-clés : Béton résidentiel, ciment binaire, ciment de type GU, ciment ternaire, durabilité, granulats recyclés, méthode des volumes absolus, optimisation des granulats, résistance.

Tout au long d'un puits géothermique basse énergie (jusqu'à 2000 mètres de profondeur), du ciment est utilisé dans les espaces annulaires entre les tubages et les formations géologiques environnantes. Son rôle est de garantir les étanchéités, la tenue mécanique des couches et la protection du tubage. La qualité et la tenue dans le temps de ces ciments sont importantes. Compte tenu du gradient géothermique, des circulations d'eau chargée en éléments chimiques au sein de l'aquifère et des fortes contraintes dues à la profondeur, l'hydratation du ciment est susceptible d'être influencée significativement. En effet, ces facteurs peuvent à long terme contribuer à une dégradation prématurée du puits. L'objectif de ce travail est d'étudier les effets des conditions environnementales des puits géothermiques (la température, la pression et les concentrations en NaCl) sur les propriétés physiques et mécaniques des pâtes de ciment en passant par une étude microstructurale poussée. Pour cela, plusieurs coulis de ciment ont été échantillonnés sur un chantier géothermique en Ile de-France. Sur ce chantier, le coulis ciment de classe G et le coulis de ciment allégé en bentonite sont utilisés tout au long du puits. Les pâtes de ciment durcies réalisées en laboratoire ont été étudiées en utilisant une méthodologie basée sur des mesures non destructives (vitesse du son, fréquence de résonance, perméabilité) et destructives (module de Young, résistance à la compression, conductivité thermique). Les propriétés thermiques et physico-mécaniques des pâtes de ciment durcies issues de ces mesures ont été couplées à des observations microstructurales par diffraction de rayon X, par microscopie électronique à balayage et par porosimétrie par intrusion de mercure. Les résultats ont montré que les analyses microstructurales sont corrélables avec les propriétés physico-mécaniques et qu'elles sont de bons indicateurs de l'état de ces ciments dans les puits. Ce travail de thèse propose une méthodologie de mesure fiable. En effet, les nombreux essais réalisés et leurs analyses ont permis de déterminer les relations qui permettent de prédire la résistance à la compression des pâtes de ciment d'un puits géothermique. Enfin et quels que soient les paramètres environnementaux appliqués, des relations empiriques ont pu être proposées. Ces dernières, en reliant les résultats de méthodes non destructives avec ceux de méthodes destructives permettront de déterminer les propriétés des pâtes de ciment d'un puits géothermique sans passer par des essais destructifs / In low energy geothermal wells (up to 2000 meters deep), cement is used in the annular space, between the casing and surrounding geological formations. Its role is to ensure the zonal isolation, the mechanical strength of the layers and the protection of the casing. The quality and stability over time of these cements are important. Given the geothermal gradient, water circulations loaded in chemical elements in the aquifer and strong confining stresses due to the depth, cement hydration is likely to be significantly influenced. Indeed, these factors may in the long term contribute to premature degradation of the well. The objective of this work is to examine the effects of environmental conditions of geothermal wells (temperature, pressure and concentrations of NaCl) on the physical and mechanical properties of cement pastes and microstructural inverstigations. Several grouts were sampled on a geothermal project in Ile de France. On this project, the class G cement grout and cement with bentonite grout are used throughout the well. Hardened cement pastes prepared in the laboratory were studied using a methodology based on non-destructive (ultrasonic wave velocity, resonance frequency, permeability) and destructive measurements (Young's modulus, compressive strength, thermal conductivity). Thermal and physico-mechanical properties of hardened cement pastes from these measures were coupled with microstructural observations by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and mercury intrusion porosimetry. The results showed that the microstructural analyses concur with the physico-mechanical properties and are good indicators of the state of the cement in the well. This thesis proposes a reliable testing methodology. Indead, many tests and analyses provide relationships that predict the compressive strength of cement pastes a geothermal well. Finally, and irrespective of the environmental conditions applied, empirical relationships have been proposed. These link relations the results of non-destructive methods with those from destructive tests and can be used to determine the properties of cement pastes without carrying out destructive tests in geothermal wells

Les mousses de ciment présentent d'intéressantes propriétés : une faible densité, une faible consommation de matière première et une bonne résistance thermique. Certaines propriétés finales de la mousse dépendent de sa morphologie. Pour mieux comprendre cette dépendance, on veut créer des échantillons de mousse de ciment avec une structure bien contrôlée. On crée des échantillons de mousses de ciment composés de bulles de même taille, en choisissant la quantité d'air, de ciment, d'eau et de tensioactif. Pour ce faire, on mélange d'une part une mousse aqueuse de morphologie contrôlée, stabilisée par des tensioactifs, et d'autre part une pâte de ciment. Le but de cette thèse est d'étudier comment conserver cette structure jusqu'à la prise du ciment. Tout d'abord, nous étudions d'interaction entre tensioactifs et pâte de ciment. Certains tensioactifs ne sont pas compatibles avec la solution alcaline présente dans la pâte de ciment et ne permettent pas de produire une mousse dans ces conditions. Parmi les tensioactifs compatibles avec la solution interstitielle de ciment, certains s'adsorbent sur les grains de ciment. Cette adsorption change les interactions entre grains de ciment et par conséquent, la contrainte seuil de la pâte. A faible concentration en tensioactif, la monocouche de molécules adsorbée rend les grains de ciment hydrophobes, ce qui produit une attraction hydrophobe entre grains et une augmentation de la contrainte seuil de la pâte. A forte concentration en tensioactif, les micelles adsorbées engendrent une répulsion stérique entre les grains de ciment et une chute de la contrainte seuil. Dans un deuxième temps, nous étudions l'effet des bulles d'air sur la contrainte seuil d'une pâte de ciment aérée, lorsque celle-ci contient moins de 40% d'air. Les mesures sont normalisées par la contrainte seuil de la pâte interstitielle afin d'être comparées à la littérature. Lorsque le tensioactif utilisé s'adorbe peu sur les grains de ciment, les résultats sont semblables à ceux de la littérature obtenus sur des fluides à seuil modèles. En revanche, lorsque le tensioactif utilisé a une grande affinité avec les grains de ciment, la contrainte seuil normalisée est bien au-dessus des prédictions. Notre hypothèse pour expliquer ce résultat est une modification des propriétés de surface des bulles à cause de l'adsorption des grains de ciment rendus partiellement hydrophobes par le tensioactif. Ensuite, nous nous focalisons sur la stabilité des mousses de ciment avant la prise, pour une fraction d'air de 83%. On s'intéresse tout d'abord à trois séries de mesures, en gardant pour chacune le rapport eau-sur-ciment et la taille des bulles constante. Pour chacune des trois séries, seule la contrainte seuil de la pâte de ciment est changée par l'addition de superplastifiant ou d'une grande quantité de tensioactif anionique. On obtient alors un résultat inattendu : la meilleure stabilité est observée pour des tailles de bulles relativement faibles. La comparaison avec les mesures des propriétés rhéologiques de la mousse fait penser que la bonne stabilité aux faibles contraintes seuil est due à la réorganisation des grains de ciment en un réseau granulaire plus dense. Pour aller plus loin sur l'étude de la stabilité des mousses, nous avons ensuite fait varier la taille des bulles, la rapport eau-sur-ciment et la quantité de tensioactif. Nous avons pu définir un critère de stabilité pour l'ensemble de ces mousses qui dépend de la contrainte seuil interstitielle de la pâte de ciment confinée par les bulles et de la taille des bulles. Pour finir, nous mesurons la résistance en compression de mousses de ciment et leur vitesse d'imbibition afin de corréler ces propriétés à leur structure / Cement foams advantages compared to normal concrete is their low density, low material need and thermal insulation properties. To better understand how the morphology of the cement foam affects its properties, we create solid cement foam with well controlled structure. This involves two steps: the creation of the fresh cement foam with chosen structure, and the stability of this structure up to cement hardening. Our cement foam fabrication protocol allows us to obtain fresh cement foams samples with very well controlled parameters. For each sample, all the bubbles have the same size, and we can select the content of air, water, cement and surfactant. This technique consists in mixing a well-controlled precursor aqueous foam stabilized by surfactant, with a cement paste prepared separately. First, we study the interaction of surfactants and cement paste. Some surfactants cannot stabilize foam in cement paste highly alkaline solution. Some others, mainly anionic surfactants, adsorb on cement grains surface, which modifies interactions between cement grains and consequently the yield stress of the cement paste. At low surfactant concentration, cement grain surface becomes hydrophobic and yield stress increases due to hydrophobic attraction between cement grains. At high surfactant concentration, adsorbed micelles create a steric repulsion between cement grains and make yield stress of cement paste drop. In a second chapter, we study the effect of bubbles on the yield stress of aerated cement paste. To compare the results with the literature, the measured yield stress is normalized by the yield stress of the suspending cement paste, i.e. taking into account the effect of surfactant. For a surfactant with low affinity to cement grains surface, results are consistent with literature, whereas reduced yield stress is much higher than expected when surfactant strongly adsorb on cement grain surface. This effect is attributed to the change of the bubble surface properties due to the adsorption of hydrophobic cement grains at the air-liquid interface. Then, we focus on cement foam stability, at air content 83%. We first study three series of experiments at given water-to-cement ratio and bubble size. For each series, the yield stress of the cement paste is changed by addition of superplasticizer or high amount of anionic surfactant. Unexpectedly, the best foam stability is obtained for relatively low yield stress. Rheological measurements on the fresh cement foams allowed us to understand this improved stability as a consequence of the reorganization of cement grains into denser packing. In a second part on stability, we study the influence of bubble size, water-to-cement ratio and surfactant content. A stability criterion is defined from the bubble size and the interstitial cement paste yield stress. Eventually, we observe that cement foam structure affects water imbibition velocity and mechanical resistance to compression of hardened cement foams

Cette étude structurale sur les composés du ciment anhydre a principalement porté sur le composé majoritaire, l'alite (silicate tricalcique impur), dont l'hydratation produit la fraction la plus importante de l'effet de colle du ciment hydraté. Le silicate tricalcique, C3S, présente un polymorphisme dépendant à la fois de la température et des impuretés qu'il contient. Les sept variétés de polymorphes sont de symétries tricliniques (formes appelées T1, T2, T3), monocliniques (M1, M2, M3) et rhomboédrique (R). Dans les clinkers industriels, les alites stabilisées sont essentiellement de symétries monocliniques. L'identification du polymorphe présent est difficile par diffraction des rayons X parce que les diagrammes de poudre sont très semblables. Pourquoi certaines impuretés stabilisent-elles une forme plutôt qu'une autre ? Y a-t-il un lien entre la structure observée et la réactivité du clinker ? Il faut s'appuyer sur une bonne connaissance structurale des différents polymorphes pour tenter de répondre à ces questions.