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    Valorisation de matières minérales issues de déchets ou de sous-produits industriels dans les matériaux de construction

    La valorisation de matières minérales issues de déchets ou de sous-produits industriels dans les matériaux de construction est une thématique historique de l’équipe. L’équipe a progressivement élargi son champ de compétences de la mécanique des milieux granulaires à la physico-chimie pour arriver à des aspects environnementaux et écotoxicologiques. Outre cette pluridisciplinarité, une originalité supplémentaire repose sur une approche expérimentale partant d’essais de laboratoire et se terminant par des démonstrateurs pilotes à l’échelle 1 qui est complétée par la simulation numérique.

    R1. Sédiments marins et fluviaux Ouvrir le menu

    Les recherches menées sur la valorisation des sédiments marins et fluviaux depuis plus de 10 ans sont l’un des points forts de l’équipe avec de nombreuses collaborations, contrats et thèses (11 thèses sur la période considérée). Ces recherches sont également fédératrices au sein du LGCgE (2 enseignants-chercheurs du site de l’Université d’Artois font partie de l’équipe) et constitue un thème privilégié avec les Universités de Sherbrooke (Canada) et de Hohai (Chine). La ligne directrice des travaux réalisés correspond à l’étude du comportement mécanique en associant des aspects relatifs à l’expérimentation, la modélisation, l’identification des paramètres de comportement et de l’impact sur l’environnement. Des avancées scientifiques significatives ont été réalisées notamment vis-à-vis de l’impact de la matière organique sur les lois de comportement mécanique des sédiments. La connaissance de ces dernières a permis de mettre au point une méthodologie de formulation pour des assises routières, des coulis et des bétons, qui prend en compte la variabilité des sédiments. Les essais en laboratoire ont pu être validés à l’échelle 1 par la réalisation de pilotes instrumentés qui sont suivis sur plusieurs années. Ces études ont été menées à travers de nombreux contrats associant les gestionnaires de sédiments (GPMD, nombreux ports, VNF…) et des partenaires industriels (Colas, Italcementi, Lhoist, Baudelet, Envisan…), l’objectif ultime étant de créer des filières de valorisation.

    R2. Laitiers Ouvrir le menu

    Les recherches sur la valorisation des laitiers concernent les produits issus de la fabrication de la fonte (laitier HF) et de l’acier (laitier LD). Une caractérisation physico-chimique fine du laitier LD (mise en évidence des différentes formes de chaux en nodules et micro-inclusions et l’impact sur l’instabilité dimensionnel) en relation avec le mode d’élaboration au travers du procédé utilisé au niveau du convertisseur à oxygène a permis de définir une méthodologie de sélection des coulées afin d’obtenir des granulats stables pour la construction d’infrastructure routière durable (Thèse J. Waligora). Ceci a conduit au dépôt d’un brevet avec la société Eiffage Travaux Publics. Les travaux sur le thème des laitiers LD se poursuivent avec Arcelor Mittal dans le cadre du projet AAP ECO-INDUSTRIES-LACTER. L’activation chimique des laitiers HF a été également étudiée à travers des adjuvants spécifiques conduisant à augmenter leur vitesse de dissolution (ANR BEFU) ou avec des ajouts permettant d’augmenter la nucléation – croissance des hydrates (Thèse F. Jacquemot avec le CERIB).

    R3. Granulats de béton recyclé Ouvrir le menu

    La valorisation des granulats de béton recyclé (GBR) constitue un enjeu important. Elle fait l’objet d’un projet national (PN Recybéton) auquel l’équipe participe en collaboration avec l’Ecole des Mines d’Alès (Thèse de T. Le). La maîtrise de la rhéologie des bétons réalisés à partir de GBR passe par une bonne compréhension de l’effet de la teneur en pâte de ciment durcie dans les GBR. L’équipe a mis au point une méthode originale de mesure de la teneur en pâte de ciment durcie dans les GBR basée sur une dissolution sélective de cette dernière (Thèse de Z. Zhao). La teneur en pâte de ciment durcie et le coefficient d’absorption d’eau sont tous deux étroitement corrélés à la taille des particules. Cette double corrélation peut être utilisée pour déterminer précisément le coefficient d’absorption d’eau de la fraction granulaire la plus fine des sables, ce que ne permettent pas les méthodes de caractérisation définies dans les normes actuelles.

    R4. Modélisation numérique par éléments discrets Ouvrir le menu

    L’optimisation des matériaux de construction contenant des sous-produits nécessite une bonne compréhension de l’influence de ces derniers sur la microstructure. En complément des outils expérimentaux, un code de calcul basé sur la méthode des éléments discrets (code DemGCE) est développé par l’équipe. La modélisation discrète a notamment été utilisée pour l’étude de l’agglomération des fines minérales en suspension (thèse d’A. Kimbonguila). La floculation des fines entraine une augmentation importante de la demande en eau des mélanges cimentaires et constitue un frein à la valorisation des sous-produits contenant des proportions élevées de fines. Les simulations discrètes ont été menées pour étudier le processus d’agglomération en vue de quantifier l’eau immobilisée dans les flocs. Il a également été montré que le comportement d’une suspension diluée monodisperse peut être décrit par un unique nombre adimensionnel faisant intervenir la force de cohésion maximale, la taille des particules et le gradient de vitesse. La demande en eau des flocs peut ensuite être estimée à partir de leur compacité moyenne. Le code DemGCE est utilisé pour étudier le comportement sous cisaillement triaxial des matériaux granulaires hétérogènes (thèse de K. Wu). Une collaboration a ainsi été récemment engagée avec le laboratoire LTI (Université Picardie Jules Vernes) en vue de développer l’utilisation du calcul haute performance (HPC). Enfin, le code DemGCE est utilisé en collaboration avec l’équipe 3 du LGCgE (thèse de K. El-Cheikh) pour analyser la microstructure de l’interface béton/coffrage.