.L'objectif de cette étude était, en premier lieu, de mettre en place en Thaïlande un testd'adhésion par traction-écaillage sur une machine de traction classique (test" macroscopique "), de le comparer au test " microscopique " Grenoblois fonctionnant dansla chambre du MEB et de l'utiliser pour évaluer l'adhérence des calamines de process sur desaciers industriels. Deux paramètres ont été étudiés, la vitesse de déformation et la teneur desaciers en silicium. Il apparaît que l'écaillage des calamines au cours du test augmente quandaugmente la vitesse de déformation. Une vitesse de déformation élevée entraîne unedéformation au premier écaillage plus faible, donc une adhérence mesurée plus faible. Ceteffet est lié aux phénomènes de relaxation. On a pu alors montrer que la présence d'oxyde(s)contenant Si, situé(s) à l'interface avec le métal, augmentait l'adhérence. Les étudesd'oxydation dans la vapeur d'eau qui ont aussi été réalisées ont révélé que la présence desilicium réduisait la vitesse d'oxydation. En augmentant la teneur en Si, les couches defayalite et de wüstite s'épaississent ; par contre, les couches externes s'amincissent. Pour lesaciers contenant du cuivre, la vitesse d'oxydation est réduite quand la teneur en Cu estaugmentée. De la même façon, les couches internes sont plus épaisses et on observe uneaugmentation du nombre de précipités de Cu quand la teneur en cet élément augmente.

Dans une démarche de valorisation des déchets, les granulats recyclés sont introduits dans la formulation des bétons pour donner naissance à de nouveaux bétons recyclés qui représentent l’objet du projet national RECYBETON et du projet ANR ECOREB. Cette thèse se concentre sur l’étude du béton frais et en particulier la maîtrise du retrait plastique et l’effet du degré de saturation initial des gravillons recyclés sur le comportement des bétons recyclés. Deux familles de bétons avec des rapports eau/ciment respectifs de 0,6 et 0,45 ont été testés en conditions endogènes ainsi qu’en dessiccation (Vvent = 8 m/s). Chaque famille de bétons est constituée d’un béton naturel de référence et de deux bétons recyclés différenciés pas le degré initial de saturation des gravillons recyclés (50 et 120 % de l’absorption nominale). Les résultats expérimentaux soulignent la capacité des gravillons recyclés initialement partiellement saturés à capter rapidement l’eau contenue dans la pâte de ciment, modifiant ainsi le rapport E/C, les propriétés rhéologiques du béton frais et les résistances mécaniques du béton durci. Après saturation en eau, si les conditions de séchage conduisent à un manque d’eau dans le béton, les gravillons recyclés peuvent fournir de l’eau à la pâte. Ils constituent donc un potentiel de cure interne. Le retrait plastique sous vent est explicitement lié au ressuage, au développement de la pression capillaire et à la fissuration. Le temps d’initiation de la fissuration dépend de la quantité d’eau totale dans le béton et de sa capacité à ressuer tandis que l’ouverture de fissure varie avec la valeur de retrait plastique mesurée. Dans cette étude, le développement de la pression capillaire est la cause de la fissuration qui apparaît dès l’entrée d’air dans le matériau poreux. Les différences de comportements les plus importantes sont observées entre bétons ayant une quantité d’eau totale différente plutôt qu’entre bétons naturel et recyclé. La compilation des résultats expérimentaux a permis de mettre sur pied des modélisations qui illustrent les comportements observés. Les pores concernés par l’entrée d’air dans les bétons recyclés et naturels au moment de la fissuration sont les plus gros pores de la pâte. Enfin, un couplage hygrothermique séchage-température du béton peut influer sur le démarrage de l’hydratation. / In the context of sustainable development, the reuse of construction and demolition waste is necessary to conserve nonrenewable natural aggregate resources, so recycled aggregates are introduced in concrete mix design. This is the aim of the national projet RECYBETON and the research project ECOREB. This study deals with the fresh concrete and more specifically with shrinkage control and the effects of the initial saturation degrees of recycled coarse aggregates on concrete behavior.Two concrete families, with two different water/cement ratios 0,60 and 0,45, are tested under endogenous and drying (wind speed equal to 8 m/s) conditions. Each concrete family contains a reference natural concrete and two recycled concretes. The initial saturation degree is the difference between them (recycled coarse aggregates saturated or semi saturated).Experimental results underline the capacity of non-saturated aggregates to quickly absorb water from cement paste, modifying the W/C ratio, rheological properties of the fresh concrete and the mechanical strength (at 28 days) of recycled concretes. After saturation in water, recycled aggregates can release water into the cement paste if the undergone drying conditions lead to a lack of water in the cement matrix. The recycled coarse aggregates can be seen as an internal curing potential.Experimental plastic shrinkage studies carried out under drying conditions highlight a link between bleeding, capillary pressure, plastic shrinkage and cracking. It should be pointed out that the initial cracking is dependent on the total quantity of water in the concrete and on its bleeding capacity. The opening cracks vary with the plastic shrinkage values measured during the test. The analysis of the results emphasize that the capillary pressure is the determining parameter and that the air entry value matches the cracks. The major behavior differences are found between concretes with different volumes of water rather than between natural and recycled concretes.Finally, the analysis of all the experimental results have allowed concrete modelling and understanding why concretes do not behave in the same way. When it cracks, the air come in the biggest pores of the concrete paste. Moreover, a hygrothermal coupling exists between the drying and the temperature in concrete. It can affect hydration start up.

La valorisation de déchets de démolition en tant que granulats à béton présente un double objectif de préservation des ressources naturelles et de désengorgement des sites de stockage. Les granulats recyclés de béton présentent la particularité de contenir du mortier résiduel qui influence certaines de leurs propriétés et, par voie de conséquence, celles des bétons dans lesquels ils sont utilisés. Cette thèse a pour but de développer l’utilisation de bétons de granulats recyclés en remplacement total des matériaux naturels. Elle a été réalisée en partenariat industriel avec l’entreprise CHRYSO.Une étude approfondie des propriétés des granulats recyclés de béton sur plusieurs lots (plateforme industrielle et laboratoire) a conduit à l’identification puis à l’analyse des spécificités de ces matériaux comparés aux matériaux naturels. La validité des protocoles expérimentaux a été testée, et de nouveaux protocoles ont été proposés axés sur ces spécificités. Les granulats recyclés présentent une absorption plus élevée, une résistance à l’abrasion plus faible, une distribution granulaire plus étalée et une circularité moindre que les granulats naturels. La granulométrie, la proportion d’éléments fins et l’absorption d’eau des sables recyclés sont des caractéristiques dépendantes d’une part, du prélèvement des granulats recyclés et d’autre part, de la robustesse des protocoles expérimentaux. Une réactivité des éléments fins a été démontrée pour les lots issus de laboratoire, mais son influence sur les propriétés des bétons peut être considérée de second ordre lorsque les éléments fins sont constitutifs du sable. Enfin, l’absorption et la morphologie des granulats recyclés sont dépendantes de la classe granulaire étudiée. Des corrélations entre les propriétés morphologiques/géométriques et l’absorption ont été démontrées. A l’issue de l’analyse de ces propriétés, des corrections ou adaptations aux modèles prévisionnels de performances ont été proposées. La faisabilité de réalisation de bétons de granulats recyclés de béton avec remplacement total des matériaux naturels (BGRB à 100%) a ensuite été démontrée. Pour de tels matériaux, la conservation des éléments fins inférieurs à 63μm est conseillée car nécessaire à l’obtention d’un squelette granulaire correct.Afin de compenser la perte d’ouvrabilité et de résistance mécanique observée avec l’utilisation des granulats recyclés de bétons, une recherche d’adjuvant a été menée et a conduit au choix de superplastifiants de la famille des polycarboxylates. Les interprétations proposées permettent de mieux comprendre la formulation des bétons de granulats recyclés de béton et des mortiers de bétons équivalents (MBE). Ainsi, la complexité des cinétiques d’absorption et de désorption d’eau conduit à une discussion autour de la notion d’eau efficace ; la différence de morphologie des granulats recyclés implique une correction du squelette granulaire ; enfin la fragilité des granulats recyclés à l’abrasion pose la question de sa prise en compte dans la détermination du squelette granulaire optimal.Enfin, une analyse comparative des impacts environnementaux des bétons de granulats recyclés de bétons ouvre des perspectives intéressantes. / Promoting the use of demolition waste as recycled aggregates presents a double objective: first to preserve natural resources and secondly to relieve storage site. In regards to natural aggregates, recycled aggregates contain mortar that influences theirs properties and those of concrete in which they are used. The objective of this thesis is to develop the use of 100 % recycled aggregates in concrete. This study was realised in patnership with the company CHYRSO. Properties of recycled concrete aggregates collected from several sources were studied to identify and analyse their specificities ; results were compared to natural ones. Normalised methods were modified in order to be applied on recycled aggregates and new methods were also proposed. Recycled aggregates present higher water absorption, lower mechanical strength, spreader granular distribution and a less circular shape compared to natural aggregates. The granulometry of recycled sand, fines content and the water absorption are properties that depend on the sampling and the robustness of protocols used. A reactivity of fines obtained from materials made at the laboratory have been established, meanwhile their influence on concrete properties is considered as minor. Finally, the absorption and morphology of recycled aggregate depend on the granular fraction. Correlation between morphological and mechanical properties with water absorption have been demonstrated. After analysing these properties, correction were proposed on mechanical performance forecasting models. It was also shown that the use of fines in recycled aggregate concretes provides better mechanical properties. For such materials, keeping aggregates less than 63μm is advisable because it provides correct granular skeletton. In order to balance the loss of workability and mechanical strength observed with the use of recycled aggregates, studies were carried with several superplasticisers. Polycarboxylates were identified as appropriate superplasticisers. Interpretations facilitate understanding of concrete formulation and concrete equivalent mortar formulation made with recycled aggregates. Thus, the complexity of absorption and desorption kinectics lead to a discusion around effective water definition. The difference between the morphology of recycled aggregates and natural ones involved a correction of the granular skeletton; finally, their weakness during mechanical test modifies the granular skeletton and need to be taken into consideration.Finally, studies on environmental impacts of recycled aggregates concrete were done and compared with those of natural aggregates concrete. This study starts interesting perspectives.

.L’objectif de cette étude était, en premier lieu, de mettre en place en Thaïlande un testd’adhésion par traction-écaillage sur une machine de traction classique (test« macroscopique »), de le comparer au test « microscopique » Grenoblois fonctionnant dansla chambre du MEB et de l’utiliser pour évaluer l’adhérence des calamines de process sur desaciers industriels. Deux paramètres ont été étudiés, la vitesse de déformation et la teneur desaciers en silicium. Il apparaît que l’écaillage des calamines au cours du test augmente quandaugmente la vitesse de déformation. Une vitesse de déformation élevée entraîne unedéformation au premier écaillage plus faible, donc une adhérence mesurée plus faible. Ceteffet est lié aux phénomènes de relaxation. On a pu alors montrer que la présence d’oxyde(s)contenant Si, situé(s) à l’interface avec le métal, augmentait l’adhérence. Les étudesd’oxydation dans la vapeur d’eau qui ont aussi été réalisées ont révélé que la présence desilicium réduisait la vitesse d’oxydation. En augmentant la teneur en Si, les couches defayalite et de wüstite s’épaississent ; par contre, les couches externes s’amincissent. Pour lesaciers contenant du cuivre, la vitesse d’oxydation est réduite quand la teneur en Cu estaugmentée. De la même façon, les couches internes sont plus épaisses et on observe uneaugmentation du nombre de précipités de Cu quand la teneur en cet élément augmente. / The purpose of this study was first to develop in Thailand a “macroscopic” adhesion testusing a conventional tensile machine, to compare it to the micro-tensile test used in Grenobleand sitting in the SEM chamber, and to use it for measuring adhesion of scales grown duringprocessing on industrial steels. Parameters affecting the test, i.e. strain rate and Si content ofsteels were investigated. The results showed that spallation of scales during strainingincreased with increasing tensile strain rate. A higher strain rate resulted in lower straininitiating the first spallation and lower mechanical adhesion of scales, which could beexplained by a relaxation effect. Oxide containing Si existed at the steel-scale interface andpromoted adhesion of scales. Oxidation studies were also performed, and the behaviour inwater vapour of steels with different contents of Si and Cu was investigated. Increasing Sicontent tended to decrease oxidation rate. It also resulted in the thickening of the wüstite andfayalite layers which formed by internal oxidation. When Si in steel increased, theintermediate (FeO + Fe3O4) and outermost (Fe2O3 sitting on Fe3O4) layers formed by externaloxidation were thinner. For Cu containing steel, increasing Cu content tended to decrease theoxidation rate. It also decreased the innermost and intermediate layers and resulted in moreCu precipitates along steel-scale interface.

Convaincu de l’intérêt et du potentiel des matériaux naturels et des déchets industriels, cette thèse a contribué à la mise au point de matériaux de stockage de la chaleur (TESM) pour les CSP en Afrique de l’Ouest. Plus spécifiquement, ce travail de recherche a porté sur la valorisation de la latérite du Burkina Faso, des cendres de foyer des centrales à charbon de la société SONICHAR au Niger, des résidus en carbonate de calcium (chaux) de l’industrie de production de l’acétylène au Burkina Faso et l’huile végétale de Jatropha curcas de la société Belwet au Burkina Faso. Les résultats de cette étude ont permis de montrer que l’huile de Jatropha curcas peut être considérée comme une alternative viable aux fluides de transfert et aux TESM conventionnels pour les CSP fonctionnant à 210 °C. Les matériaux élaborés à partir des cendres de foyer et de la latérite présentent un caractère réfractaire en raison de la présence de mullite et de spinelle. L’ajout de chaux permet de réduire le point de fusion tout en préservant le caractère réfractaire et conducteur des phases obtenues. En raison de leurs stabilités, et l’absence de conflit d'utilisation, les matériaux obtenus peuvent être utilisés comme TESM dans CSP à des températures allant jusqu’à 900 °C. / Convinced of the interest and potential of natural materials and industrial waste, this thesis has contributed to the development of heat storage materials (TESM) for CSPs in West Africa. More specifically, this research focused on the valorization of laterite from Burkina Faso, the bottom ashes from the coal-fired power plants of SONICHAR in Niger, residues of calcium carbonate (lime) from the acetylene in Burkina Faso and the vegetable oil of Jatropha curcas from the company Belwet in Burkina Faso. The results of this study showed that Jatropha curcas oil can be considered as a viable alternative to conventional HTF and TESM for CSP operating at 210 °C. The materials elaborated from bottom ashes and laterites present a refractory character due to the presence of mullite and spinel. The addition of lime makes it possible to reduce the melting temperature while preserving the refractory and conductive character of the obtained phases. Due to their stabilities, and the absence of conflict of use, the obtained materials can be used as TESM in CSP at temperatures up to 900 °C.

Ce travail de thèse porte sur la valorisation de granulats recyclés dans la fabrication de nouveaux liants hydrauliques. Il s’inscrit dans une problématique actuelle de gestion des déchets du BTP, de sauvegarde des ressources naturelles et de réduction des gaz à effets de serre liés à la production de matériaux cimentaires. En quelques chiffres, sur les 260 millions de tonnes de déchets inertes produits annuellement par le secteur du BTP en France, 90 millions sont encore déposés en installations de stockage. C’est ce gisement qu’il convient de réduire pour accentuer la fabrication de granulats recyclés estimée aujourd’hui à 15 millions de tonnes/an. Dans cette perspective, ce travail de recherche a pour double objectif de valoriser des granulats recyclés sous forme de fines (Dmax < 80 µm) comme addition minérale en substitution du ciment pour les mortiers et bétons ou bien comme constituant principal de Liants Hydrauliques Routiers (LHR) pour le traitement des sols en place. Deux matériaux source sont utilisés, à savoir : un béton aux propriétés connues et maitrisées et un granulat issu d’une plateforme de recyclage représentatif d’une filière de production. De ces deux matériaux, des fines sont fabriquées par un protocole couplé de concassage et criblage avec ou sans traitement thermique à haute température puis caractérisées (caractérisation physico-chimique, minéralogique et réactivité hydraulique résiduelle) en vue d’établir une cartographie complète de leur potentiel de valorisation en fonction de leur origine. Le premier objectif intitulé « fabrication d’une addition minérale à base de fines » traite de l’effet de cette addition sur le comportement rhéologique, mécanique et sur les propriétés de durabilité de mortiers. Malgré un verrou normatif lié à l’utilisation de matières non référencées dans les normes des matériaux cimentaires, les résultats de ce travail démontrent la faisabilité d’introduire des fines en substitut d’additions classiques tel que le filler calcaire dans des proportions largement supérieures à celles imposées. Le second objectif intitulé « fabrication de liants hydrauliques routiers à base de fines » traite de la conception de LHR à base de fines pour le traitement des sols en place. C’est à partir d’un sol témoin reconstitué en laboratoire que deux familles de LHR à base de fines traitées et non traitées sont conçues, testées et comparées à des liants hydrauliques routiers commercialisés et enfin optimisées. / This thesis work focuses on the valorization of recycled aggregates as main component for hydraulic binders. This is included in a current issue of waste management, protection of natural resources and environment, reduction of greenhouse gases emissions in cement production. In France, on 260 millions tons of inert wastes produced per year, 90 millions tons are still stored in non-hazardous landfill. This waste deposit has to be reduced to increase the production of recycled aggregates currently estimated at 15 million tons per year. In view of this, this research is aimed to enhance the valorization of recycled aggregates into powder form (Dmax < 80 microns) as a mineral addition in substitution of cement for mortar and concrete or as main constituent of Hydraulic Road Binders (HRB). Two sources of materials are used : a five years old concrete and a recycled aggregates come from a recycling plant. Powders are prepared by crushing and sieving with or without high-temperature heat treatment and characterized (physical, chemical and mineralogical characterizations : residual hydraulic reactivity) to evaluate their potential valorization based on their origin.The first objective, entitled “Conception of mineral addition using powder of recycled aggregates”, deals with of the influence of this new materials on rheological, mechanical and durability properties of mortars. The results of this study allow us to evaluate the benefits of incorporating powder obtained by crushing/sieving of recycled aggregates as cement or limestone substitute used in the composition of a mortar. The second objective, entitled "conception of the Hydraulic Road Binders using powders of recycled aggregates", deals with the design of HRB by a comparative approach with HRB manufactured. The characteristics of binders are tested on mortars and on samples of treated soil and the results show that it's possible to produce an HRB rich in powders of recycled aggregates with or without cement which can efficiently stabilize clayey soils.