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    Matériaux et éco-matériaux de construction de performance

    La conception de matériaux et d’éco-matériaux de construction de performance repose également sur la forte pluridisciplinarité de l’équipe. Ce domaine est très vaste et en conséquence l’équipe s’est focalisée sur quelques sujets selon une double logique. D’une part, une logique de continuité sur certains thèmes où l’équipe possède une bonne visibilité comme pour les aspects de durabilité relatifs à l’étude de la réaction alcali-silice. D’autre part, une logique de prise de risque sur des sujets émergents à travers l’étude des interactions entre matériaux de construction et micro-organismes.

     

    R1 Matériaux et d’éco-matériaux innovants Ouvrir le menu

    L’équipe a été fortement associée au développement des connaissances de l’hydratation des ciments à base de sulfoaluminate de calcium qui suscitent un très fort intérêt au niveau mondial afin de réduire les émissions de CO2 lors de la fabrication du ciment Portland (6 à 8% des émissions mondiales de CO2) (Thèses de J. Wang, S. Berger, J-B Champenois et M. Idrissi en collaboration avec Lafarge, CEA et Université de Rabat). Deux points essentiels ressortent de ces travaux. D’une part, la grande complexité de l’hydratation de ces ciments demande à avoir une approche méthodologique différente de celle utilisée depuis une centaine d’années pour le ciment Portland. D’autre part, la composition chimique de ciments à base de sulfoaluminate de calcium leur confère des propriétés spécifiques non atteignables par le ciment Portland ce qui ouvre de nouvelles applications comme dans le domaine du stockage de déchets radioactifs. Des études amont sur les mécanismes de dissolution des minéraux du ciment ont conduit à plusieurs résultats majeurs comme la mise en évidence d’une phase apparentée à la calciochondrodite formant une couche de 2 à 5 nm à la surface du silicate tricalcique (Université de Weimar). Ces résultats ont été utilisés pour mettre au point des ciments dentaires innovants confectionnés à base de minéraux présents dans le ciment Portland (Faculté de Médecine de l’Université de Malte et la startup Material Research Processing).

    Le domaine très en vogue des matériaux capables d’autocicatriser des microfissures a été appliqué au cas de mortier grâce à la précipitation de calcite. En effet l’intensité de la carbonatation d’un mortier peut être amplifiée par la respiration cellulaire de bactéries. L’équipe a mis au point des expériences originales permettant de connaître l’activité bactérienne et donc de déduire la contribution réelle des bactéries afin d’optimiser cette dernière pour colmater des microfissures de plus de 100 mm non cicatrisables par la carbonatation naturelle (Thèse de J. Ducasse avec l’Université de Sherbrooke en cotutelle). Ce thème émergent conduit à avoir une interaction avec l’équipe 1 qui utilise une approche similaire pour consolider des sols (Thèse de Y.H. Suprapto).

    Le développement d’écomatériaux associe les problématiques de valorisation de coproduits (industriels et/ou agricoles) et le développement de matériaux ou produits de construction à faible empreinte environnementale. Depuis 2008, les études ont porté sur le développement de briques et de carreaux de terre comprimée (Thèse de C. Flament). Ces travaux ont conduit à la conception d’un produit innovant « mousse de terre » qui est léger, résistant et performant sur les plans thermiques et acoustiques.

    R2. Matériaux de construction durables Ouvrir le menu

    Les recherches menées pour garantir une maîtrise de la durabilité des matériaux de construction sont basées sur la poursuite de l’étude de la réaction alcali-silice qui est l’une des thématiques historiques de l’équipe et sur l’étude de la biodétérioration qui est une thématique émergente. L‘étude de la réaction alcali-silice (RAS) (6ième thèse consécutive avec Holcim) a permis la mise en évidence des paramètres physico-chimiques spécifiques à la RAS en mesurant l’avancement de la réaction conduisant à la rupture de liaison Si-O de silices réactives. Ceci a permis de formuler des bétons durables tout en étant constitués de granulats et sables réactifs conduisant à des enjeux socio-économiques forts puisque certaines régions possèdent principalement des granulats réactifs conduisant souvent à utiliser des ressources d’autres régions ou pays comme au Canada. La méthodologie a été exportée au Canada à travers une thèse en cotutelle avec l’Université Sherbrooke (Thèse de Y. Boukari).

    Deux principales problématiques relatives à la biodétérioration ont été ciblées : (i) la biodétérioration des tuyaux d’égout et (ii) l’encrassement des enduits de façade. Les recherches sur la biodétérioration de mortiers ont été réalisées à partir d’un essai de biolixiviation spécifiquement développé qui permet de mettre en œuvre Halothiobacillus neapolitanus comme bactérie sulfo-oxydante (BSO) neutrophile et Acidithiobacillus thiooxidans comme BSO acidophile (Thèses de M. Hajj-Chehade et E. Honjuilia en collaboration avec Kerneos). L’originalité de la démarche provient du suivi de la croissance bactérienne et de la production d’acide sulfurique associée en relation avec les quantités d’éléments chimiques accumulés en solution par l’altération du mortier. Il est ainsi possible de comparer de façon quantitative la performance de différentes formulations mais aussi de comprendre l’origine des dernières. Les recherches menées sur la colonisation des façades notamment par les algues (Thèses de T-H Tran et E. Dallod avec Ecole des Mines de Saint-Etienne) ont mis en évidence l’influence de la rugosité, du type de ciment et de la carbonatation de la surface sur la vitesse de colonisation de la surface des mortiers par les algues. Un des résultats majeurs est d’avoir utilisé une loi cinétique de type Avrami pour modéliser la vitesse de colonisation.