Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

THÈSE En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par

THÈSE En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par Université Toulouse III Paul Sabatier Discipline ou spécialité : Génie Civil Présentée et soutenue par Moustapha SOW Le 06 décembre 2016 Titre : Réalisation d'éco-ciments par la valorisation de cendres volantes de charbon non conventionnelles issues de centrales thermiques Spreader Stoker JURY André Lecomte, Pr. Université de Nancy (Rapporteur) David Bulteel, Pr. Ecole des Mines de Douai (Rapporteur) Eric Garcia-Diaz, Pr. Ecole des Mines d'Alès (Examinateur) Laurent Izoret, ATILH (Examinateur) Rachida Idir, Chargée de Recherche, Cerema (Examinatrice) Martin Cyr, Pr. Université Toulouse III Paul Sabatier (Directeur de thèse) Christelle Tribout, MCF Université Toulouse III Paul Sabatier (Co-Directrice de thèse) Ecole doctorale : Mécanique, Energétique, Génie civil et Procédés (MEGEP) Unité de recherche : Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions (LMDC) Directeur(s) de Thèse : Christelle Tribout et Martin Cyr Résumé L’objectif principal de cette thèse a été d’évaluer le potentiel de valorisation des cendres volantes de charbon issues de centrales thermiques Spreader Stoker (Cendres Volantes Spreader Stoker), dans la fabrication d’éco-ciments sur l’île de La Réunion. Nous avons dans un premier temps effectué une caractérisation physico-chimique des CVSS et vérifié leur réactivité. Deux voies de valorisation ont ensuite été retenues, l’une qui ne présente pas de valeur ajoutée mais qui permet de valoriser un volume important de CVSS par une stabilisation dans des matrices à base de ciment, l’autre qui offre une valeur ajoutée aux CVSS par une incorporation dans la fabrication de ciments composés. Le relargage en lixiviation a été étudié pour la première voie de valorisation retenue, puis, les effets des CVSS dans les matrices à base de ciment, notamment le rôle des imbrûlés contenus dans les cendres, ont été évalués aux états frais, durcissant et durci, suivi d’une petite exploitation numérique des données expérimentales. Enfin, une étude de durabilité sur des bétons à base de ciments de laboratoire a été faite par une approche comparative avec la pouzzolane naturelle, qui est actuellement utilisée pour la fabrication de ciments composés sur l’île de la Réunion. Mots clés : Cendres volantes ; Spreader Stoker ; Valorisation ; Fabrication de ciments ; Eco- ciments Abstract The main objective of this project was to evaluate the potential of coal fly ash from Spreader Stoker thermal power plants (Spreader Stoker Coal Fly Ash) in the manufacture of eco-cements in Reunion Island. We first performed a physico-chemical characterization SSCFA and verified its reactivity. Two valorisation paths were chosen, one of which did not present any added value but which permit to value a large quantity of SSCFA by stabilization in cement-based matrices, the other which offers added value to SSCFA by incorporating it in the manufacture of composed cements. Leachate release was studied for the first path of valorisation, and then the effects of SSCFA in the cement matrices, especially the unburned particles contained in SSFCA, were evaluated in fresh, hardening and hardened states, followed by a small numerical exploitation of the experimental data. Finally, a sustainability study on concretes based on laboratory cements was made using a comparative approach with natural pozzolana, which is currently used for the manufacture of composite cements in Réunion Island. Keywords: Coal fly ash; Spreader Stoker; Valorisation; Cement manufacturing, Eco-cement REMERCIEMENTS Cette thèse n’aurait pu être menée à bien sans le soutien et l’aide de nombreuses personnes… MERCI tout d’abord à mes encadrants, Monsieur Martin Cyr, Professeur des universités et Madame Christelle Tribout, Maître de conférences à l’Université Paul Sabatier Toulouse III, ainsi qu’à Julie Hot, aujourd’hui Maître de conférences à l’IUT Génie Civil de Toulouse III ayant joué le rôle d’encadrant remplaçante durant une partie de ma thèse, pour leur gentillesse, leur assistance, leurs précieux conseils et directives. Je souhaite également les remercier pour leurs relectures, leurs nombreuses corrections et remarques afin de finaliser ce manuscrit dans les temps, sans oublier le travail accompli pour ma soutenance de thèse tant redoutée. Sans vouloir en faire trop, vous avez été au top  ! MERCI à Monsieur André Lecomte, Professeur des Universités à Nancy et Monsieur David Bulteel, Professeur à l’école des Mines de Douai pour avoir accepté d’être les rapporteurs de ce mémoire et pour leur apport dans cette version finale. Je remercie également dans ce sens les membres du jury qui ont examiné ce travail : Monsieur Eric Garcia-Diaz, Professeur à l’école des mines d’Alès, qui a accepté de présider mon jury de thèse, Madame Rachida Idir, Chargée de Recherche au CEREMA (Encore merci pour le fichier magique!), et Monsieur Laurent Izoret, Directeur délégué Produits et Applications à l’ATILH. MERCI à toutes ces personnes côtoyées au sein du LMDC, le personnel technique (du service Mécanique que j’ai le plus sollicité, puis des services Physique et Chimie que j’ai pas mal embêtés aussi), pour leur grande aide à mon travail expérimental mais aussi pour leur sympathie, les différents enseignants chercheurs qui ont su partager leurs connaissances avec moi et me prodiguer de bons conseils, les nombreux doctorants rencontrés au sein du LMDC que j’aurai aimés pouvoir citer individuellement, notamment les collègues de bureau (qui se reconnaitront) grâce à qui le fait d’aller travailler au labo a toujours été un réel plaisir ! MERCI à Monsieur Nicolas Schmutz qui a proposé cette étude au LMDC, à feu Monsieur Christian Ode ancien directeur de la Compagnie Industrielle des Cendres et Mâchefers qui a financé cette thèse et qui était d’une extrême gentillesse, mes sincères remerciements vont également à Madame Ode qui a pris en main la compagnie et a continué à soutenir ce projet après la perte de son mari. INTRODUCTION GENERALE Enfin, le meilleur pour la fin, MERCI à mes compagnons de toujours sur Toulouse, Ibou, Cheikh, Wagna, Karim, Momo, John, Oumar, pour les loisirs partagés, leur compagnie et leur soutien (aussi petit soit-il lol), mes 4 frères et ma sœur <3, qui pourront enfin me traiter de Docteur en maçonnerie, mon père, qui a toujours su me motiver et me pousser à donner le meilleur de moi-même (désolé papa mais je n’ai pas pu finir cette thèse en moins de 2 ans comme tu me l’as demandé et pourtant j’ai carburé ), ma belle-famille, les Diallo-Auda de Nice , avec une grosse mention à ma belle maman « mamie » Suzanne <3, sans qui il aurait certainement été impossible de tenir la cadence avec 2 enfants arrivés en début et en milieu de thèse, et bien évidemment ma Lady Sandy <3, qui m’aura épaulé comme très peu auraient pu le faire durant ces 3 années de travail à ne pas compter les heures… Ce serait vraisemblablement hypocrite de ma part de remercier ma fille et mon fils pour leur aide dans cette thèse car ils ne l’ont clairement pas facilitée  (lol), cependant, (Santa Yalla !) je les remercie énormément pour le nouveau souffle apporté à ma vie et le bonheur qui en découle. Enfin, je tenais à partager cette grosse pensée pour ma mère, partie juste avant le démarrage de cette thèse, qui m’aura poussé à me lancer dans l’enseignement et la recherche malgré mes doutes (et qui avait raison comme toujours en ce qui concerne ses enfants). Elle aura été un modèle d’humanité, qui m’inspire, sachant donner une superbe éducation dans tous les domaines à ses 6 enfants, tout en réussissant sa carrière de Professeur de médecine, et j’en passe... Que nos prières l’accompagnent. MERCI Sommaire INTRODUCTION GENERALE................................................................................................ 1 PARTIE A : BIBLIOGRAPHIE Introduction ................................................................................................................................ 9 I. Les cendres volantes de centrales thermiques (CVC)........................................................... 10 I.1. Généralités sur les cendres volantes de charbon (CVC) ................................................ 10 I.2. Historique bibliographique sur les CVC ........................................................................ 14 II. Les aspects reglementaires .................................................................................................. 14 II.1. Classification et règlementation en France et en Europe.............................................. 14 II.2. Les cendres de Spreader Stoker par rapport aux normes en vigueur............................ 16 III. Les centrales thermiques a charbon ................................................................................... 17 III.1. Les foyers à charbon pulvérisé (CP) ........................................................................... 17 III.2. Les grilles de combustion............................................................................................ 18 III.2.1. Les principaux types de grilles ............................................................................. 18 III.2.2. Le Spreader Stoker (SS) ....................................................................................... 19 IV. Caracteristiques des cendres volantes de charbon ............................................................. 22 IV.1. Composition chimique ................................................................................................ 22 IV.2. Caractéristiques physiques .......................................................................................... 24 IV.3. Caractéristiques minéralogiques ................................................................................. 25 IV.4. Caractéristiques environnementales ............................................................................ 26 V. Les effets des cendres volantes de charbon sur les materiaux à base de ciment ................. 28 V.1. Effets positifs à l’incorporation des CVC siliceuses dans les matrices à base de ciment .............................................................................................................................................. 28 V.1.1. Avantages à l’état frais .......................................................................................... 28 V.1.2. Avantages à l’état durci ......................................................................................... 29 V.2. Les effets négatifs des CVC à leur incorporation dans les matrices à base de ciment . 32 V.2.1. Effets des imbrûlés et du carbone contenus dans les CVC à l’état frais ............... 32 V.2.2. Effets des imbrûlés et du carbone contenus dans les CVC à l’état durci .............. 34 V.3. Applications.................................................................................................................. 36 V.3.1. Utilisation dans les ciments et bétons.................................................................... 36 V.3.2. Stabilisation/solidification de déchets ................................................................... 36 V.3.3. Fabrication de granulats légers .............................................................................. 36 CONCLUSION ........................................................................................................................ 37 PARTIE B: PROCEDURES EXPERIMENTALES ET MATERIAUX UTILISES CHAPITRE B1: PROCEDURES EXPERIMENTALES Introduction .............................................................................................................................. 43 I. Méthodes uploads/Geographie/ cendre-pdf.pdf