La cinématique et la déformation des laves ont été traitées selon trois approches : volcanologie descriptive, pétrophysique et magnétisme. Les laves sont classées, selon leurs modes de mise en place, en aa ou pahoehoe. Elles contiennent dans leurs intérieurs différents critères qui permettent de classer les laves anciennes comme celles du Massif Central, afin de contraindre leurs mises en place. L'analyse texturale (MEB) des brèches associées aux laves a révélé des informations pétrophysiques sur leurs formations. Les clinkers sommitaux sont typiques des coulées aa alors que les clinkers basaux peuvent se développer dans des coulées pahoehoe par phréatomagmatisme, comme les pépérites, ou par cisaillement basal. Une méthodologie AMS est proposée et appliquée à deux coulées de lave. Les résultats obtenus sont interprétés en terme de scénarios de mise en place incluant l'établissement d'un profil qualitatif de vitesse et la reconstruction des derniers mouvements de la lave.

Cement clinker production is a highly resource and energy intensive process and contributes substantially to annual global anthropogenic greenhouse gas emissions. One potential pathway to reduce the environmental footprint of cement-based materials is through the reduction of clinker content in concrete by partial replacement of cement with fillers. In this investigation, the partial replacement of cement with chemically inert nano and microsized fillers of titanium dioxide (TiO₂) and limestone was examined. The effects of nano and micro fillers on early-age properties, long-term properties, photocatalytic properties (for TiO₂-cement mixtures) and life cycle costs were measured and compared. Investigation of early-age properties shows that nanoparticles increase rate and degree of early cement hydration and chemical shrinkage due to heterogeneous nucleation effect. In contrast, coarser microparticles (>3µm in this research) maintain or marginally decrease the rate and degree of early cement hydration and decrease chemical shrinkage due to a dilution effect. In addition, temperature sensitivity of hydration reactions increases in the presence of nanoparticles. Investigation of long-term properties shows that pore size refinement is possible with the partial replacement of cement with nanoparticle fillers. But the long-term tests of filler-cement mixes also demonstrate that, compared to ordinary portland cement mix, the strength decreases and permeability increases. Analysis of photocatalytic properties of TiO₂-cement mixtures showed a lack of an appropriate testing procedure for nitrogen oxide (NOₓ) gas conversion by cement-based materials. Thus, a new standardized procedure and photocatalytic efficiency factor for characterizing photocatalytic NOₓ binding by cementitious materials is proposed. Life cycle analysis demonstrates that although inclusion of TiO₂ increases initial environmental impact of cementitious materials, the innovative photocatalytic properties of TiO₂ could improve sustainability. Life cycle analysis also shows that partial replacement of cement with limestone decreases environmental impact of cementitious mixtures due to lower processing “costs” of limestone compared to cement. Thus, the results from the current research demonstrate that variation of dosage and particle size of inert fillers can be used to tailor properties and structure of cement-based materials and that environmental sustainability can be improved by partial replacement of cement with inert fillers that introduce additional functionalities or fillers with lower embodied-energy and emissions.

This thesis deals with thermodynamic stability of thaumasite in dependence on selected external parameters. It focuses on optimizing preparation by ternesite hydration and comparing it with other methods in a suitable environment. Specifically, using the saccharate method, followed by the hydration of ternesite clinkers and the influence of calcium aluminate phases on the stability of thaumasite produced by the hydration of ternesite clinker. Subsequently, the phase composition was evaluated by X-ray diffraction analysis, in some cases by electron microscopy.

Cette étude développe une plate-forme mathématique allant de la création d’une base de connaissances à la mise en place d’un modèle adaptatif. Une nouvelle approche en ce qui concerne la modélisation du four rotatif du clinker a été nécessaire pour mener à bien notre étude. Ainsi, un modèle d’état du système aux paramètres repartis, à la base des phénomènes physico-chimiques, a été conçu à l’aide d’équations aux dérivées partielles. La structure du modèle est basée sur trois variables d’état qui peuvent décrire correctement les principaux phénomènes (diffusions, déplacements, transferts et échanges thermiques, etc.) qui se déroulent dans le four rotatif de clinker. En outre, ces variables d’état sont accessibles à travers des paramètres mesurables tels que les températures de la surface extérieure du four et de l’air ambiant. Les paramètres du modèle proposé sont des fonctions de trois variables d’état, qui tout en remplaçant les paramètres mal connus et inaccessibles, décrivent les phénomènes physicochimiques qui caractérisent la complexité du système et sont définis comme des fonctions opératoires. Cette approche permet non seulement de minimiser les erreurs (hypothèse de simplification) mais aussi permet un accès facile et aisé des paramètres. Nous avons élaboré une procédure d’identification basée sur des analyses phénoménologique et dimensionnelle. Ainsi, à partir de données issues d’un complément d’instrumentation associé à la base de connaissances, l’identification des fonctions opératoires (paramètres) a été effectuée à partir d’un état stationnaire du système qui représente notre condition initiale. Cette opération est importante dans la mesure où elle donne aux paramètres du modèle les propriétés de la dynamique du système. Ces résultats sont corroborés par les estimations des variables d’état dont les valeurs et évolutions sont acceptables. Après l’évaluation de l’influence des fonctions opératoires sur les variables d’état, une modélisation des paramètres (fonctions opératoires) du modèle a été proposée à la base d’une décomposition physique à la lumière des connaissances fournies dans la littérature. Une procédure d’ajustement a été également développée afin de pouvoir fournir des variables d’état optimales. Ainsi, l’erreur peut être compensée par ajustement des fonctions opératoires. Par conséquent, à travers la rapidité de la procédure d’ajustement et l’adaptation des paramètres du modèle dans un horizon de temps bien déterminé, le modèle renferme les caractéristiques d’un modèle adaptatif qui pourra être un support essentiel dans la commande automatique du système. / This study develops a mathematical platform going from the establishment of a knowledge database to the setting up of an adaptive model. This has required a new approach of modeling of the clinker rotary kiln (CRK). Thus, a state model of distributed parameter systems, based on physico-chemical phenomena, was designed using partial differential equations. The model structure is based on three state variables which are: the gas, clinker temperatures and the clinker mass distributions, and are elaborated with the help of heat, pressure and mass balance equations. The model parameters are defined by the functions of three state variables. Moreover, the resulting state model, decomposed into five phenomenological zones of CRK, is used as a first step to define a set of Operating Functions (OFs). These OFs has also been decomposed into longitudinal distribution of CRK to replace the constant, unknown or unmeasured parameters. We develop an identification procedure based on phenomenological and dimensional analysis where the identification of operational functions (model parameters) was performed from a stationary state of the CRK. Once the restores state variables have been evaluated, the desired input (which is treated as the control of the CRK) can be more easily found by the proposed model than by simple trial and error. Moreover, the fact that the computation time, to estimate-calibrate the OFs above-mentioned, is very short, then this dynamic computation works faster than real-time. In summary, the cooperation and coordination in real-time between industrial computers and the CRK allows for an adaptable model, where each specific set of the OFs must be analyzed by its accuracy.

Le ciment Portland est de loin le liant hydraulique le plus connu et utilisé depuis de très nombreuses années tant dans le secteur de la construction civile qu’au niveau du stockage des déchets (barrières ouvragées ou matériau de confinement). Le processus industriel qui donne naissance au clinker, constituant de base du ciment Portland, n’a pas subi de modifications depuis des décennies. <p>Par ailleurs, au cours de ces dernières années, certaines considérations telles que le réchauffement climatique et le développement durable ont mis à mal les industries qui émettent des gaz à effets de serre et qui sont grosses consommatrices d’énergie. <p>Or, la production de ciment Portland n’est pas uniquement consommatrice de calcaires, d’argiles, de marnes et de combustibles fossiles, elle produit et libère ces gaz à effets de serre tels que le dioxyde de carbone (CO2) et l’hémioxyde nitreux (N2O). Le dioxyde de soufre (SO2), l’acide chlorhydrique (HCl) ainsi que d’autres oxydes d’azote (NOx) sont également émis lors du processus de fabrication du clinker. Le secteur des matériaux de construction contribue de façon importante aux émissions de CO2, le principal responsable du réchauffement climatique.<p>La problématique majeure de l’industrie cimentière provient d’un simple processus chimique de transformation :la décarbonatation du calcaire ou de la craie, débutant vers 550°C, qui forme de la chaux (CaO) et qui libère du dioxyde de carbone selon la réaction suivante :<p><p>CaCO3 =\ / Doctorat en sciences, Spécialisation géologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished