Les mortiers projetés sont formulés de manière très complexe, afin de notamment répondre aux exigences imposées par leur procédé de mise en place. La caractérisation et l’interprétation des leurs propriétés rhéologiques représentent ainsi un grand challenge, faisant appel à diverses thématiques de la matière molle : suspensions granulaires, dispersions colloïdales, solutions de polymère, mousses, etc. Nous considérons l’influence de divers paramètres de formulation, toutefois, le cœur de cette étude concerne l’influence des épaississants organiques, en particulier les éthers de cellulose (EC). Ces polysaccharides sont utilisés dans la pratique principalement pour leurs propriétés de rétention d’eau, mais ils ont également un fort impact sur la rhéologie. Nos résultats montrent que les EC augmentent considérablement la consistance du mortier, mais leur influence sur le seuil d’écoulement est plus complexe : celui-ci augmente pour les faibles dosages puis diminue jusqu’à s’annuler pour des dosages élevés. L’impact de l’EC sur la rhéologie du mortier a été relié à son influence sur les propriétés de la solution aqueuse interstitielle, en invoquant notamment ses aspects associatifs. La rhéologie est influencée par des facteurs externes (température, ajout de tensioactif) ainsi par la structure chimique du polymère. Avec la rhéologie oscillatoire, nous avons analysé l’impact de certains types d’épaississants sur l’organisation microstructurale du mortier. Nous avons établi une corrélation nette entre propriétés viscoélastiques et rétention d’eau. Plus l’épaississant augmente, plus les aspects dissipatifs augmentent et plus la rétention d’eau s’améliore. / Machinery rendering mortars are characterized by a highly complex mix-design, due to several requirements related to their placement process that need to be fulfilled. It is therefore a challenge to characterize their rheological properties. Indeed they display most of the features encountered in the field of soft matter. We consider the influence of several mix-design parameters on most of the fresh state properties of the mortars. However the main focus is the impact of organic thickening admixtures, in particular cellulose ethers (CE), on the rheological behavior. These admixtures are used for their water retention capacity, yet they have also a high impact on the rheological properties. CEs significantly increase the consistency, while their effect on the yield stress is more complex: when increasing CE dosage rate the yield stress first increases, and then decreases beyond a critical dosage rates. The impact of CE on the mortar rheological behavior is discussed in relationship to its effect on the properties of the interstitial aqueous solution. The associative feature of the CE polymer is particular referred to explain our results. Several parameters that may affect this property are considered. Small amplitude oscillatory shear rheology is used to probe mechanically the influence of CEs on the microstructure of the mortar. By comparing the effect of different thickening admixtures on the viscoelastic properties of the mortars a clear correlation between these properties and water retention is established. The more the admixture introduces viscous dissipation as compared to elasticity into the system, the more it increases its water retention capacity.

Le domaine de la réparation et de la réhabilitation des ouvrages en béton armé est en pleine évolution. En effet, la plupart des ouvrages en béton armé, en particulier les structures marines, ont plus de 40 ans et beaucoup d’entre eux nécessitent des travaux de maintenance et de réparation vu leur état de dégradation. La corrosion des armatures occupe le premier rang des dégradations causant ainsi des désordres dans le béton jusqu'à la ruine partielle de l’ouvrage. Le coût engendré par ces réparations représente de grands enjeux économiques pour les maitres d’ouvrages. D’après la norme européenne EN 1504, il existe de nombreuses méthodes de réparation pour les ouvrages en béton armé (« produit et système pour la protection et la réparation des structures en béton »). Parmi lesquelles figure la réparation par mortiers, méthode choisie dans le cadre de ce projet de thèse. L’objectif principal de ce travail est de réaliser une analyse performantielle sur des mortiers de réparation industriels et de proposer un meilleur choix quant à l’utilisation de ces matériaux dans un milieu marin. Huit mortiers de réparation disponibles dans l'industrie ont été sélectionnés pour cette étude. Dans un premier temps, la formulation de ces mortiers a été estimée par la recherche des proportions de leurs constituants. Dans un deuxième temps, la quantification de leurs indicateurs de durabilité a été réalisée. Dans un troisième temps, l'objectif a été de quantifier leurs performances par des essais expérimentaux de corrosion accélérée sur des éprouvettes de béton armé réparé par ces mortiers. La méthode utilisée est la Spectroscopie d'Impédance Electrochimique. Enfin, une simulation de la pénétration des ions chlorures dans les mortiers de réparation a été réalisée, moyennant un modèle développé au laboratoire qui se base sur l’équation de Nernst-Planck. / The repair and rehabilitation domain of concrete structures is continuesly evolving. In fact, most of reinforced concrete structures, especially marine structures are more than 40 years old, many of them require maintenance and repair due to all the damage they are facing. Corrosion is the main cause of damage leading to disorders inconcrete until the partial destruction of the structure. The cost of those repairs represent large economic stakes for the constructors who need to find solutions and appropriate methods of repair. According to the European standard EN 1504, there are many methods of repair for reinforced concrete structures ("products and systems for the protection and repair of concrete structures"). Which include the mortars repair method chosen in the context of this thesis project. The main objective is to achieve a performance-analysis on industrial repair mortars and offer a better choice for the use of these materials in a marine environment. For this study, eight repair mortars available in the industry were selected. As a starting point, the formulation of these mortars was estimated by finding the constituents proportion. In the second step, the quantification of their sustainability indicators has been achieved. In the third step, the objective was to quantify their performance through accelerated corrosion experimental tests on concrete samples repaired by these mortars. The method used is Electrochemical Impedance Spectroscopy. Finally, a simulation of the chloride ions penetration in repair mortars was carried out, with a model developed in the laboratory based on the Nernst-Planck equation.

Les matériaux pouzzolaniques sont utilisés depuis longtemps comme charge minérale dans le béton pour atteindre des avantages économiques ou techniques. Parmi ces matériaux, on rencontre la fumée de silice (FS) qui améliore les propriétés mécaniques et la durabilité des bétons. Néanmoins ce matériau présente des inconvénients tels que coûts élevés et approvisionnements irréguliers de la FS. En raison de l’évolution de la science et de la technologie des nanos, diverses formes de silice amorphe nanométrique sont devenues disponibles. Et c’est dans cette perspective que le choix de notre étude s’est porté sur les nanopoudres de verre (SGP) obtenues par sphéroïdisation du verre recyclé qui leur confère une surface spécifique plus élevée par rapport aux matériaux à l’échelle micrométrique et leur procure une plus grande réactivité pouzzolanique et un effet nano filler. Il est connu que les charges minérales sous forme de fines poudres créent des agglomérats. Pour contrer ce phénomène d’agglomération, objet de notre étude, des modifications de la surface des SGP ont été réalisées par attaque à l’acide sulfurique et greffage au polyéthylène glycol (PEG). Nos travaux ont porté dans un premier temps sur la caractérisation des SGP, SGP-acidifiées (SGP-A) et SGP-Pégylinisées (SGP-P) et dans un deuxième temps, sur l’exploitation des effets des SGP, SGP-A et SGP-P sur l’hydratation du ciment et leurs comparaisons aux résultats obtenus par l’incorporation de FS. Les études sur coulis nous ont permis de déterminer l’évolution de leur étalement en fonction du mode d’incorporation (addition ou remplacement), du type d’ajouts et aussi d’évaluer leurs demandes en eau et en superplastifiants. Les essais sur pâtes ont permis d’examiner leurs vitesses d’hydratation, déterminer la chaleur dégagée lors de cette hydratation et suivre l’activité pouzzolanique des ajouts cimentaires en mesurant la portlandite résiduelle. Les essais sur mortiers et bétons ont permis de déterminer l’effet des différents ajouts sur les propriétés aux états frais et durci. Les résultats expérimentaux de notre étude révèlent que : L’effet dispersant du superplastifiant PNS sur les nanopoudres de verre est meilleur que celui du PC. Les traitements chimiques des surfaces des nanopoudres de verre, contribuent à leurs défloculations. Les nanopoudres de verre améliorent la fluidité des systèmes cimentaires étudiés comparativement à celle de la fumée de silice même en absence de superplastifiant. L’addition des nanopoudres de verre est bénéfique pour l’accélération de l’hydratation du ciment par rapport à celle de la fumée de silice. À jeune âge, le remplacement du ciment par 10% en nanopoudres de verre accélère la réactivité pouzzolanique comparée à celle de la fumée de silice et du contrôle, mais à âge plus avancé les nanopoudres de verre ont une activité pouzzolanique lente. Les nanopoudres de verre en présence de superplastifiant PNS développent des résistances en compression supérieures à celle de la fumée de silice à jeune âge.

L'encrassement biologique des revêtements de façade constitue un problème esthétique et économique. Parmi les microorganismes impliqués, les algues sont les plus répandues. Ce travail avait pour but d'étudier expérimentalement l'influence des paramètres intrinsèques (porosité, rugosité et carbonatation) de mortiers à base de ciment sur leur bioréceptivité et de modéliser le développement du biofilm d'algues.Pour étudier l'effet de ces paramètres sur la biodétérioration des mortiers, un essai accéléré de laboratoire a été développé. Les travaux ont été réalisés avec l'algue verte Klebsormidium flaccidum fréquemment identifiée dans les prélèvements réalisés sur des façades colonisées. Les résultats montrent qu'une augmentation de rugosité et une diminution du pH de surface par carbonatation favorisent l'encrassement des mortiers par les algues.Un modèle inspiré de la loi d'Avrami a permis de modéliser le phénomène de colonisation par les algues. Deux processus interviennent dans le mécanisme de colonisation : l'accrochage (ou " germination ") et la croissance des algues. Les paramètres cinétiques représentant ces processus ont été déterminés et révèlent l'importance de la rugosité et de la carbonatation sur la constante de vitesse de " germination ".L'exposition d'échantillons en extérieur a été également réalisée. Les résultats obtenus permettent de retrouver partiellement le comportement des matériaux en laboratoire même si le démarrage de la colonisation semble être affecté par les conditions climatiques.

L’ajout d’adjuvants dans les mortiers permet d’obtenir diverses propriétés selon lesperformances souhaitées. Les polysaccharides sont utilisés pour améliorer la capacité derétention d’eau et le comportement rhéologique du mortier. Cependant, ils engendrent unretard de prise du ciment et représentent un poids économique considérable. Il apparaît doncque la compréhension de l’interaction entre les polysaccharides et le ciment est nécessaire.Etant donné que les comportements sont différents selon le type de polysaccharide, l’étuded’une nouvelle famille de polysaccharides constitue un axe de recherche majeur. Leshydroxypropylguars (HPG) ont été choisis car ils ont été présentés comme de très bonsagents rétenteurs d’eau et sont déjà utilisés industriellement.Il s’avère que les HPG confèrent effectivement aux mortiers d’excellentes propriétés derétention d’eau. Le mécanisme de rétention d’eau est attribué à la formation d’agglomératsqui, au-delà d’une concentration critique, bouchent le réseau poreux à l’interface mortier-substrat.De plus, ces molécules ralentissent nettement la cinétique d’hydratation du cimenten modifiant la croissance des hydrates par adsorption. Les HPG augmentent également la contrainte seuil de cisaillement et la consistance des mortiers. Toutes cespropriétés diffèrent lorsque les HPG sont introduits pré-dissout dans l’eau de gâchée. Uneméthodologie de fragmentation par ultra-sons des polysaccharides a été développée dans lebut d’étudier l’impact de leur masse moléculaire sur les propriétés des mortiers à l’état frais.Sur tous ces aspects, le comportement des HPG a été comparé à celui des éthers de cellulose,adjuvants rétenteur d’eau de référence. / Modern factory-made mortars are complex materials, in which are added some kinds of admixtures used to exhibit various properties. Polysaccharides are admixtures used in order to improve water retention capacity and rheological behavior of freshly-mixed mortars.However, polysaccharides induce a delay of cement hydration and represent a large part of mortar raw material cost. The improvement of the knowledge about polysaccharide-cement interaction is therefore necessary. In past, different behaviors were observed according to the kind of polysaccharide. The study of a new polysaccharide family is thus a major way of research. The hydroxypropylguars were chosen since they were presented as promising water retention agents and they are now well-established in the construction industry.Results show that HPG improve the water retention capacity of cement-based mortars. The working mechanism is attributed to the formation of HPG aggregates above a critical dosage, which may stop the water flow by plugging the porous network at the interface mortar-substrate. Moreover, HPG induce a decrease in the hydrates growth rate because of adsorption on the cement hydrated phases, and enhance the consistency and the yield stress of mortars. All these properties are influenced by the pre-dissolution of HPG in the mixing water. A methodology of ultrasonic degradation was also established in order to study the molecular weight influence of polysaccharides on fresh-state properties. Cellulose ethers were systematically investigated as polysaccharidic admixture reference.

Cette étude concerne le comportement de mortiers constitués par une matrice résineuse à base d’époxyde désignés dans ce qui suit par mortier de résine, MR.Des études antérieures ont montré que l’ouvrabilité des MR élaborés avec un taux de polymère en masse mp≤12%, afin de baisser leur coût considéré élevé par comparaison à celui des mortiers hydrauliques MH, est médiocre et constitue un frein majeur au développement de ces matériaux dans le domaine de la préfabrication et de la réparation.Un moyen de favoriser le développement des MR consiste, donc, à faciliter leur mise en œuvre. Or le fait de diminuer le taux de polymère afin de diminuer le coût rend la mise en œuvre du mortier encore plus difficile. Par ailleurs l’utilisation de sable recyclé « SR » en substitution au sable naturel « SN »pour répondre à des exigences environnementales en matière d’épuisement de ressources naturelles exacerbe cette difficulté.L’objectif de cette thèse est, donc, de trouver un diluant à incorporer dans les formulations des MR, destinées soit à la préfabrication (2 formulations avec des taux massique de liant à base d’époxyde mp= 9% et 12%) ou à la réparation (mp= 20%). Le but ultime consiste à améliorer leur ouvrabilité tout en assurant leurs propriétés mécaniques et leur durabilité vis-à-vis de la diffusion des ions chlorure. Une comparaison systématique avec des mortiers hydrauliques, MH, est réalisée.Différents diluants ont été sélectionnés. Leur influence sur le point de gel, sur le temps de réticulation et sur les propriétés mécaniques et physiques des époxydes a fait l’objet d’une étude détaillée. Il en ressort que l’octanoate de méthyle permet de diminuer la viscosité de la résine époxyde sans affecter le point de gel et les cinétiques de durcissement de façon significative. Cependant, il joue un rôle de plastifiant à l’origine de l’augmentation de la ductilité et de la diminution des résistances et des rigidités des époxydes à l’état réticulé. Le taux optimal de diluant (md) à incorporer dans la formulation des mortiers de résine a été estimé à 5%.L’incorporation du diluant, avec md= 5%, dans les MR a amélioré leur ouvrabilité, modifié leur microstructure et leurs propriétés de transfert mais a généré une baisse des résistances mécaniques. En effet une baisse de 31% est observée pour MR-SN formulé avec mp= 20%. La substitution du SN par le SR dans les mortiers de réparation (MR avec mp= 20%) engendre, également, une diminution des propriétés mécaniques et une modification des propriétés rhéologiques. Toutefois, ces résistances mécaniques demeurent nettement plus élevées que celles des mortiers hydrauliques à sable naturel (MH-SN) et recyclé (MH-SR). En compression, le mortier MR-SR fabriqué avec mp=20% présente une résistance supérieure de 44% par rapport à celle du MH-SN et de 53% par rapport à celle du MH-SR.La résistance des mortiers à la diffusion des ions chlorure a été appréhendée par un essai de migration en régime transitoire (Non Steady State Migration) et le coefficient de diffusion apparent Dnssm a été calculé pour 10 formulations de mortiers : 1 MH-SR, 1 MH-SN, 2 MR-SR et 6 MR-SN. Il en ressort que les bétons de résine ont une résistance à la diffusion des ions chlorure nettement plus élevée que celle des mortiers hydrauliques. Les coefficients Dnssm des mortiers MH-SN et MH-SR sont respectivement 100 et 200 fois plus élevés que celui du MR-SN (mp= 20%).Le mortier MR-SN destiné à la réparation (avec mp= 20% et md=5%) est caractérisé par une très bonne ouvrabilité et des résistances mécaniques et à la diffusion des ions chlorure les plus élevées. On montre que son adhérence à un support constitué d’un MH-SN dépend de l’état de surface du support (lisse sec, lisse saturé, rugueux sec et rugueux saturé). Le mortier de réparation n’adhère pas aux supports à surface saturée en eau alors qu’une bonne adhérence est observée pour les surfaces sèches. Cette adhérence est meilleure lorsque la surface est lisse. / This study concerns the behavior of mortars constituted by epoxy-based resinous matrix and sand designated in what follows by resin mortar, RM.Previous studies have shown that the workability of RM made with a polymer rate by weight mp≤12% in order to reduce their cost which is considered high compared to that of hydraulic mortars HM, is poor and is a major obstacle to the development of these materials in the area of prefabrication and repair. However decreasing the polymer content to reduce the cost makes the mortar implementation even more difficult. Furthermore the use of recycled sand "RS" to substitute natural sand "NS" to answer environmental requirements regarding natural resource depletion exacerbates this difficulty.The objective of this work is, therefore, to find a thinner to incorporate into RM formulations, intended either to prefabrication (2 formulations with mass rate of epoxy based binder mp= 9% and 12%) or repair (mp = 20%). The ultimate goal is to improve their workability while maintaining their mechanical properties and their sustainability to chloride ion diffusion. A systematic comparison with hydraulic mortars, HM, is performed.Various thinners were selected. Their influence on the gel point, on the time of crosslinking and mechanical and physical properties of the epoxy resin has been the subject of detailed study. It shows that methyl octanoate reduces the viscosity of the epoxy resin without affecting significantly the gel point and curing kinetics.However, it acts as a plasticizer which represents the origin of the increased ductility and reduced resistance and rigidity of the epoxy resin in the cured state.The optimal rate of the thinner (md) to be incorporated in the formulation of resin mortar was estimated at 5%.The incorporation of thinner, with md=5% in the RM improved their workability, changed their microstructure and their transfer properties but generated lower mechanical strength. Indeed a decrease of 31% was observed for RM-NS formulated with mp=20%. The substitution of NS by the RS in repair mortars (RM with mp=20%), leads also, to decreased mechanical properties and modified rheological ones.However, these strengths remain significantly higher than those of hydraulic natural sand (HM-NS)and recycled (HM-RS) mortars. In compression, the RM-RS mortar manufactured with mp=20% has a higher resistance by 44% compared to the HM-NS and 53% compared to that of HM-RS.The resistance of mortars to chloride ions diffusion was apprehended by non Steady state migration test and apparent diffusion coefficient "Dnssm" was calculated for 10 mortar formulations: 1 HM-RS, 1 HM-NS, 2 RM-RS and 6 RM-NS. It follows that the resin concrete has a resistance to chloride ions diffusion considerably higher than that of hydraulic mortars. The "Dnssm" coefficients of HM-NS and HM-RS mortars are respectively 100 and 200 times higher than that of RM-NS (mp= 20%).The RM-NS mortar intended for repair (with mp=20% and md=5%) is characterized by very good workability and the highest mechanical strength and resistance to chloride ions diffusion. We show that adhesion to a support consisting of a HM-NS depends on the surface condition of the support (smooth dry , smooth saturated, rough dry and rough saturated). The repair mortar does not adhere to the surface saturated on water while a good adhesion was observed for dry surfaces. This adhesion is better when the surface is smooth.

L'ajout d'adjuvants dans les mortiers permet d'obtenir diverses propriétés selon lesperformances souhaitées. Les polysaccharides sont utilisés pour améliorer la capacité derétention d'eau et le comportement rhéologique du mortier. Cependant, ils engendrent unretard de prise du ciment et représentent un poids économique considérable. Il apparaît doncque la compréhension de l'interaction entre les polysaccharides et le ciment est nécessaire.Etant donné que les comportements sont différents selon le type de polysaccharide, l'étuded'une nouvelle famille de polysaccharides constitue un axe de recherche majeur. Leshydroxypropylguars (HPG) ont été choisis car ils ont été présentés comme de très bonsagents rétenteurs d'eau et sont déjà utilisés industriellement.Il s'avère que les HPG confèrent effectivement aux mortiers d'excellentes propriétés derétention d'eau. Le mécanisme de rétention d'eau est attribué à la formation d'agglomératsqui, au-delà d'une concentration critique, bouchent le réseau poreux à l'interface mortier-substrat.De plus, ces molécules ralentissent nettement la cinétique d'hydratation du cimenten modifiant la croissance des hydrates par adsorption. Les HPG augmentent également la contrainte seuil de cisaillement et la consistance des mortiers. Toutes cespropriétés diffèrent lorsque les HPG sont introduits pré-dissout dans l'eau de gâchée. Uneméthodologie de fragmentation par ultra-sons des polysaccharides a été développée dans lebut d'étudier l'impact de leur masse moléculaire sur les propriétés des mortiers à l'état frais.Sur tous ces aspects, le comportement des HPG a été comparé à celui des éthers de cellulose,adjuvants rétenteur d'eau de référence.

Le domaine de la réparation et de la réhabilitation des ouvrages en béton armé est en pleine évolution. En effet, la plupart des ouvrages en béton armé, en particulier les structures marines, ont plus de 40 ans et beaucoup d'entre eux nécessitent des travaux de maintenance et de réparation vu leur état de dégradation. La corrosion des armatures occupe le premier rang des dégradations causant ainsi des désordres dans le béton jusqu'à la ruine partielle de l'ouvrage. Le coût engendré par ces réparations représente de grands enjeux économiques pour les maitres d'ouvrages. D'après la norme européenne EN 1504, il existe de nombreuses méthodes de réparation pour les ouvrages en béton armé (" produit et système pour la protection et la réparation des structures en béton "). Parmi lesquelles figure la réparation par mortiers, méthode choisie dans le cadre de ce projet de thèse. L'objectif principal de ce travail est de réaliser une analyse performantielle sur des mortiers de réparation industriels et de proposer un meilleur choix quant à l'utilisation de ces matériaux dans un milieu marin. Huit mortiers de réparation disponibles dans l'industrie ont été sélectionnés pour cette étude. Dans un premier temps, la formulation de ces mortiers a été estimée par la recherche des proportions de leurs constituants. Dans un deuxième temps, la quantification de leurs indicateurs de durabilité a été réalisée. Dans un troisième temps, l'objectif a été de quantifier leurs performances par des essais expérimentaux de corrosion accélérée sur des éprouvettes de béton armé réparé par ces mortiers. La méthode utilisée est la Spectroscopie d'Impédance Electrochimique. Enfin, une simulation de la pénétration des ions chlorures dans les mortiers de réparation a été réalisée, moyennant un modèle développé au laboratoire qui se base sur l'équation de Nernst-Planck.

L’encrassement biologique des revêtements de façade constitue un problème esthétique et économique. Parmi les microorganismes impliqués, les algues sont les plus répandues. Ce travail avait pour but d’étudier expérimentalement l’influence des paramètres intrinsèques (porosité, rugosité et carbonatation) de mortiers à base de ciment sur leur bioréceptivité et de modéliser le développement du biofilm d’algues.Pour étudier l’effet de ces paramètres sur la biodétérioration des mortiers, un essai accéléré de laboratoire a été développé. Les travaux ont été réalisés avec l’algue verte Klebsormidium flaccidum fréquemment identifiée dans les prélèvements réalisés sur des façades colonisées. Les résultats montrent qu’une augmentation de rugosité et une diminution du pH de surface par carbonatation favorisent l’encrassement des mortiers par les algues.Un modèle inspiré de la loi d’Avrami a permis de modéliser le phénomène de colonisation par les algues. Deux processus interviennent dans le mécanisme de colonisation : l’accrochage (ou « germination ») et la croissance des algues. Les paramètres cinétiques représentant ces processus ont été déterminés et révèlent l’importance de la rugosité et de la carbonatation sur la constante de vitesse de « germination ».L’exposition d’échantillons en extérieur a été également réalisée. Les résultats obtenus permettent de retrouver partiellement le comportement des matériaux en laboratoire même si le démarrage de la colonisation semble être affecté par les conditions climatiques. / Biofouling of wall coatings is an aesthetic and economic problem. Among microorganisms involved, the algae are the most involved. This work aimed to study experimentally the influence of intrinsic parameters (porosity, roughness and carbonation) of a cement-based mortar on its bioreceptivity and to model the development of algae.To study the algal biodegradation, an accelerated laboratory test was developed. This work was carried out with the green alga Klebsormidium flaccidum frequently identified in samples taken on colonized facades. The results show that an increase in roughness and a decrease in surface pH by carbonation of mortars promote fouling by algae.A model based on Avrami's law was used to simulate the algal colonization. Two processes involved in the mechanism of colonization: the attachment (or "germination") and the growth of algae. The kinetic parameters representing these processes have been determined and reveal the importance of the roughness and the carbonation on the constant rate of "germination".Exposure of samples in nature was also carried out. The results obtained allow recovering partially the behavior of materials in the laboratory test even if the start of colonization seems to be affected by weather conditions.

La société LTF (Lyon Turin Ferroviaire), filiale de RFF (Réseau Ferré de France) et de RFI (Réseau Ferré Italien) est le promoteur de la section transfrontalière de la future liaison ferroviaire entre Lyon et Turin. LTF souhaite valoriser une grande partie des 16 millions de m3 de déblais qui seront générés par les chantiers du futur tunnel de base en granulats à béton pour le revêtement du tunnel. Cette solution est proposée dans le cadre d'une démarche de développement durable. Cependant, pour une partie des matériaux qui doivent être valorisés en granulats à béton, la teneur en sulfates est comprise entre 1,61 et 4,30% en masse (exprimé en SO3). Ces matériaux se démarquent alors par rapport au contexte réglementaire qui limite la teneur en sulfates dans les granulats à béton à 0,2% pour ce type d'ouvrage. Cette prescription est appliquée pour éviter les risques de dégradation du béton par réaction des sulfates apportés par les granulats avec certains composants présents dans le ciment. Ce phénomène est connu sous le terme de réaction sulfatique interne. Les travaux de recherche ont porté dans un premier temps sur la lixiviation des sulfates issus des matériaux d'excavation. Les résultats ont montré que les sulfates sont rapidement accessibles dans les fractions granulométriques inférieures à 4 mm. Un possible traitement des matériaux par lavage avant leur utilisation dans le béton peut être une solution pour limiter l'attaque sulfatique interne. Dans un second temps, pour définir un liant adapté à ce type de granulats, une étude comparative de différents ciments supposés résistants aux sulfates a été mise en place. Trois essais accélérés ont été développés afin de prendre en compte le risque de dégradation des matériaux cimentaires par formation d'ettringite et de thaumasite. Seuls deux ciments présentent un bon comportement vis-à-vis de la réaction sulfatique interne engendrée par des granulats contenant une forte teneur en sulfates. Il s'agit d'un ciment Portland à très faibles teneur en alcalins et ne contenant quasiment pas d'aluminates tricalciques ainsi qu'un ciment sursulfaté. Enfin, une dernière solution innovante a été proposée et réside dans l'utilisation des sulfates apportés par les matériaux d'excavation pour réaliser le gypsage du ciment. Les sulfates provenant du sable excavé permettent de réguler correctement la prise du matériau cimentaire au même titre que les sulfates de calcium ajoutés au clinker dans le ciment / The construction of a 57 km length base tunnel for the future railway link between Lyon (France) and Turin (Italy) promoted by Lyon Turin Ferroviaire (LTF), subsidiary of Réseau Ferré de France (RFF) and Rete Ferroviaria Italiana (RFI), will result in the production of 16 millions of m3 of excavated materials. In order to promote efficient and sustainable management of natural resources and to reduce greenhouse gas emission and environmental impact, one wish of LTF is to use the most part of these materials as concrete aggregates. However, a part of the excavated materials from LTF tunnel has a sulphate content between 1.46 and 4.30% (expressed in mass of SO3) and cannot be used considering the European standards, which drastically limit the sulphate content in order to avoid structural damages resulting from internal sulphate attack. The sulphate content is limited to 0.2% for this type of construction. The first study, carried out in order to define solutions for the use of these excavated materials, focuses on the behaviour of sulphates, more particularly on their leaching in solution in order to determine the sulphate content that could be released in the concrete. The results show that the sulphates are quickly available for the particles size lower than 4 mm. The washing of excavated materials before their use in concrete can be a solution to limit the internal sulphate attack. The second study has been conducted in order to define a suitable cement for the use of excavated materiels as aggregates. A comparative study of different cements supposed to be resistant to sulphates has been carried out. Three accelerated tests have been developed to assess the risk of degradation of cementitious materials by formation of ettringite and thaumasite. Only two cements show a good behavior against the internal sulphate attack resulting from sulphated aggregates. These cements are a Portland cement with a very low calcium aluminates and alkaline contents and an over sulphated cement.In the frame of a third study, an innovative solution has been proposed and concerns the using of excavated materials as a source of sulphates for regulating the hydration of cement. Sulfates from the excavated sand can regulate the cement hydration and then cancel any further damage due to sulphates