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HAL Id: tel-01143569 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01143569 Submitted on 18 Apr 2015 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Valorisation des déchets de chantiers du BTP : comportement à haute température des béton des granulats recyclés Cléo Laneyrie To cite this version: Cléo Laneyrie. Valorisation des déchets de chantiers du BTP : comportement à haute température des béton des granulats recyclés. Génie civil. Université de Cergy Pontoise, 2014. Français. NNT : 2014CERG0707. tel-01143569 Thèse de Doctorat Présentée pour l’obtention du grade de Docteur de l’Université de Cergy Pontoise Ecole doctorale Science et Ingénierie, spécialité Génie Civil Valorisation des déchets de chantier du BTP : comportement à haute température des bétons de granulats recyclés Cléo LANEYRIE Présentée et soutenue publiquement le 15 décembre 2014 Composition du Jury : Rapporteur Mr Fréderic SKOCZYLAS Professeur à l’Ecole Centrale de Lille Rapporteur Mr Eric GARCIA-DIAZ Professeur à l’Ecole de Mines d’Ales Examinateur Mme Hélène DUMONTET Professeur à l’Université Pierre et Marie Curie Examinateur Mr Raphaël BODET Chef du service Affaires Techniques, UNPG Co-encadrant Mme Anne-Lise BEAUCOUR MCF à l’Université De Cergy-Pontoise Co-encadrant Mr Ronan HEBERT MCF HDR à l’Université De Cergy-Pontoise Directrice de thèse Mme Béatrice LEDESERT Professeur à l’Université de Cergy-Pontoise Directeur de thèse Mr Albert NOUMOWE Professeur à l’Université de Cergy-Pontoise 2 3 REMERCIEMENTS Je tiens tout d’abord à remercier très chaleureusement Mme Hélène DUMONTET d’avoir accepté de présider ma soutenance de thèse. Merci pour votre prévenance et votre gentillesse. Je remercie Eric GARCIA-DIAZ et Frédéric SKOCZYLAS pour leurs rapports très complets et précieux de mon manuscrit. Enfin je souhaite remercier Raphael BODET pour son travail d’examinateur et son œil avisé d’industriel. Merci à tous pour vos remarques pertinentes et conseils avisés. La discussion avec vous s’est avérée très enrichissante. Je souhaite remercier très sincèrement Albert NOUMOWE et Béatrice LEDESERT d’avoir dirigé ma thèse, ainsi qu’Anne-Lise BEAUCOUR et Ronan HEBERT pour leur encadrement. Merci beaucoup de m’avoir fait confiance malgré mon profil atypique et mon apparente incapacité à soulever des tonnes de béton. Ces trois années de recherche ont été pour moi extrêmement enrichissantes. Merci d’avoir créé une atmosphère de travail très agréable et enthousiasmante. Je vous recommande chaleureusement comme équipe d’encadrement à tous vos futurs doctorants ! Mes remerciements s’adressent à Christel BERIOT et Estelle LIMOGE et plus largement à toute La Fondation de l’Université de Cergy-Pontoise via la Chaire Eco-Quartiers et Villes Durables pour avoir financé une partie de mon travail de thèse, et pour m’avoir permis d’aller présenter mes travaux dans le grand nord. Un des temps forts de ma thèse ! Merci beaucoup, beaucoup (!) à Yannick QUINCON, Bastien KATOLA et Thibault HARLE d’avoir éclairé pour moi le monde, à première vue plutôt obscur, de l’ACV. Grazie mille à Cristian ZANATTA pour sa force et son travail de super-stagiaire, qui m’ont fait gagner un temps précieux, et m’ont probablement préservée de quelques courbatures ! Je tiens à remercier chaudement Lilian CRISTOFOL, Annelise COUSTURE et Noémie CHAUMONT pour leur grande disponibilité, leur aide très précieuse et toujours bienvenue, leur bonne humeur et pour avoir instauré le désormais traditionnel et incontournable petit déjeuner mensuel le plus cool de tout le Val d’Oise ! Merci du fond du cœur à Isabelle COLLET, Isabelle SOKOLOWSKI et Norma ANCELIN de m’avoir accueillie, guidée, aidée, maternée et chouchoutée durant ces trois années ! Et je n’oublie évidemment pas mes fantastiques co-doctorants : Charlotte, Nonna, Amal, Niry, Olivier, Arthur, Minh-Duc, Tahar, Gildas… Merci pour le petit vent de folie que vous avez insufflé dans le bureau, pour les questions plus ou moins bêtes sur lesquelles nous avons débattu, pour toutes les spécialités régionales rapportées de vos périples, pour toutes nos expérimentations bétonnées, plus ou moins réussies, mais toujours indiscutablement artistiques… ! Et merci pour mon magnifique sceptre de docteur, beaucoup plus original qu’un diplôme encadré sur un mur ! Je tiens finalement à remercier très tendrement mes parents, ma petite sœur chérie et mon Gabriel adoré pour m’avoir soutenue dans ce projet de thèse, m’avoir encouragée, et m’avoir écoutée me plaindre aussi de temps en temps… C’est en partie grâce à vous que j’y suis arrivée. Merci ! 4 5 Table des matières Table des matières .................................................................................................................................. 5 Liste des figures ..................................................................................................................................... 11 Liste des tableaux .................................................................................................................................. 15 Notations ............................................................................................................................................... 16 Résumé .................................................................................................................................................. 17 Abstract ................................................................................................................................................. 19 Introduction générale ........................................................................................................................... 21 Chapitre 1. Etude bibliographique .................................................................................................. 27 1. Contexte général ....................................................................................................................... 28 1.1 Introduction ....................................................................................................................... 28 1.2 Contexte Européen ............................................................................................................ 28 1.3 Situation en France ............................................................................................................ 29 1.3.1 Réutilisation ............................................................................................................... 29 1.3.2 Aspect économique ................................................................................................... 30 1.3.3 Législation .................................................................................................................. 31 1.4 Perspectives / avenir ......................................................................................................... 32 2. Les granulats recyclés ................................................................................................................ 33 2.1 Production des granulats ................................................................................................... 33 2.2 Principaux paramètres influant sur les caractéristiques des granulats recyclés ............... 34 3. Les bétons de granulats recyclés ............................................................................................... 35 3.1 Propriétés du béton à l’état frais ...................................................................................... 35 3.2 Propriétés du béton à l’état durci ..................................................................................... 35 3.2.3 Zone de transition interfaciale .................................................................................. 35 3.2.2 Propriétés de transfert (perméabilité / porosité) ..................................................... 36 3.2.3 Propriétés mécaniques .............................................................................................. 36 2.2.1.1 Résistance à la compression ...................................................................................... 36 3.2.3.2 Résistance à la traction par flexion et par fendage ................................................... 38 3.2.3.3 Module d’élasticité .................................................................................................... 38 4. Evolution du comportement du béton avec la température .................................................... 38 4.1 Modification de la microstructure de la pâte de ciment .................................................. 38 4.1.1 Transformations physico-chimiques de la pâte de ciment durcie ............................ 38 4.1.2 Evolution de la perte de masse ................................................................................. 40 4.1.3 Evolution de la porosité avec la température ........................................................... 42 6 4.2 Incompatibilité de déformation pâte – granulats ............................................................. 43 4.2.1 Déformation thermique des granulats ...................................................................... 43 4.2.2 Fissuration de l’interface pâte – granulat ................................................................. 43 4.3 Evolution des propriétés thermiques avec la température .............................................. 44 4.3.1 Conductivité thermique du béton ............................................................................. 45 4.3.2 Chaleur spécifique du béton ..................................................................................... 46 4.4 Evolution des propriétés mécaniques avec la température ............................................. 48 4.4.1 Résistance à la rupture en compression ................................................................... 49 4.4.2 Résistance à la rupture en traction par fendage ....................................................... 50 4.4.3 Module d’Young ........................................................................................................ 51 4.5 Eclatement des bétons sous sollicitation thermique ........................................................ 52 4.5.1 Les différents types d’instabilités thermiques .......................................................... 52 4.5.1.1 L’aspect thermo-hydrique ..................................................................................... 52 2.2.1.1 L’aspect thermomécanique ................................................................................... 53 5. Problématique du béton recyclé à haute température ............................................................ 54 5.1 Etat de l’art et remarques sur les protocoles expérimentaux .......................................... 54 5.2 Instabilités thermiques observées après chauffage de bétons de granulats recyclés ...... 55 5.3 Comportement thermique et propriétés thermiques des bétons recyclés ...................... 56 5.4 Comportement mécanique résiduel des bétons de granulats recyclés ............................ 57 5.4.1 Résistance résiduelle en compression....................................................................... 57 5.4.2 Résistance résiduelle en traction .............................................................................. 59 5.4.3 Module d’élasticité résiduel ...................................................................................... 60 6. Conclusion de l’étude bibliographique ...................................................................................... 62 Références bibliographiques ................................................................................................................. 64 Chapitre 2. Caractérisation de granulats recyclés .......................................................................... 69 1. Introduction ............................................................................................................................... 70 2. Evaluation des méthodes de mesure des propriétés physiques des granulats recyclés – Etude réalisée dans le cadre du Projet National Recybeton ....................................................................... 70 2.1 Problématique – objectifs de l’étude ................................................................................ 70 2.2 Démarche expérimentale .................................................................................................. 71 2.3 Essais sur gravillons ........................................................................................................... 72 2.3.1 Masse volumique réelle, norme EN 1097-6 .............................................................. 72 2.3.2 Coefficient d’absorption à 24 H ................................................................................. 74 2.3.3 Répétabilité hétérogénéité du lot ............................................................................. 75 2.4 Essais sur sable recyclé ...................................................................................................... 75 7 2.4.1 Séchage jusqu’à l’état saturé surface sèche selon la norme EN 1097-6 ................... 75 2.4.2 Séchage jusqu’à l’état saturé surface sèche sur dispositif Büchner .......................... 76 2.4.3 Comparaison des deux méthodes de séchage de sable ............................................ 77 2.4.4 Comparaison des résultats avec et sans fines (méthode Büchner) .......................... 78 2.5 Cinétique d’absorption ...................................................................................................... 78 2.5.1 Description des protocoles expérimentaux .............................................................. 78 2.5.1.1 Méthode norme EN 1097-6 (granulats naturels) .................................................. 78 2.5.1.2 Méthode norme EN 1097-6 (granulats légers) ...................................................... 79 2.5.2 Cinétique d’absorption d’eau sur gravillons .............................................................. 80 2.5.2.1 Résultat de la cinétique à court terme .................................................................. 80 2.2.1.1 Résultat de la cinétique à long terme.................................................................... 81 2.5.3 Cinétique d’absorption d’eau du sable recyclé ......................................................... 81 2.6 Etude de l’ouvrabilité des mortiers ................................................................................... 84 2.6.1 Méthode 1 – immersion 24 H .................................................................................... 84 2.6.2 Méthode 2 – ajout de la quantité d’eau d’absorption .............................................. 84 2.7 Conclusion sur l’évaluation des méthodes de caractérisation des propriétés physiques 86 3. Origine des granulats ................................................................................................................. 87 3.1 Les granulats recyclés de laboratoire (GRL) ...................................................................... 87 3.2 Les granulats recyclés industriels (GRI) ............................................................................. 88 3.3 Les granulats naturels de référence (GSC) ........................................................................ 89 4. Caractérisation physique des granulats .................................................................................... 89 4.1 Granulométrie ................................................................................................................... 89 4.2 Détermination de la quantité de mortier attaché aux granulats d’origine ....................... 90 4.3 Masse volumique, coefficient d’absorption d’eau et porosité ......................................... 93 4.3.1 Mesure de la masse volumique et du coefficient d’absorption d’eau des granulats uploads/Geographie/ valorisation-des-dechets-de-chantiers-du-btp-comportement-a-haute-temperature-des-beton-des-granulats-recycles-pdf.pdf