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T TH HÈ ÈS SE E En vue de l'obtention du D DO OC CT TO OR RA AT T D DE E L L’ ’U UN NI IV VE ER RS SI IT TÉ É D DE E T TO OU UL LO OU US SE E Délivré par L’INSA DE TOULOUSE Spécialité : GENIE CIVIL JURY M. Gilles ESCADEILLAS Mme. Michèle QUENEUDEC-T’KINT M. Albert NOUMOWE M. Anaclet TURATSINZE M. Ngoc Anh VU Examinateur - Professeur des Universités, Université de Toulouse III Rapporteur - Professeur des Universités, Université de Picardie Jules Verne Rapporteur - Professeur des Universités, Université de Cergy-Pontoise Examinateur - Maître de conférences-HDR, Université de Toulouse III Examinateur - Docteur, Hanoi Architectural University Ecole doctorale : Mécanique Energétique Génie civil Procédés Unité de recherche : Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions Présentée et soutenue par M. HO Anh Cuong Le 20 Juillet 2010 Optimisation de la composition et caractérisation d’un béton incorporant des granulats issus du broyage de pneus usagés : Application aux éléments de grande surface i A la mémoire de mon père Hồ Chất, A ma mère, mon frère, sa femme et mon neveu Châu Kiệt A mes beaux parents et mon beau frère Enfin, à ma tendre chère femme Thuỳ Dương et mon fils Nhật Minh ii iii Remerciements Durant ma thèse, j’ai bénéficié d’une bourse cotutelle de l’Agence Universitaire de la Francophonie que je remercie vivement. Le présent travail a été réalisé donc au Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions (LMDC) de l’Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse (INSA) et de l’Université Paul Sabatier à Toulouse (UPS), France et à l’Institut de Transport Science et Technologie (ITST) à Hanoi, Vietnam. Je tiens à remercier Mme. le Professeur Ginette Arliguie, Ex-Directrice du LMDC et M. le Professeur Jean-Pierre Ollivier, Ex-Directeur de l’école doctorale MSM de m’avoir accueilli durant ces années au sein de leur équipe. Je remercie également à M. Hoang Huyen Nguyen, Ex-Directeur général de l’ITST qui m’a accueilli à son institut. J’adresse mes plus vifs remerciements à M. Anaclet Turatsinze, Maître de conférences – HDR à l’Institut Universitaire de Technologie de l’UPS qui, en tant que Directeur de thèse, a permis l’aboutissement heureux de ce travail. Je le remercie pour son aide scientifique et qui par son expérience et sa compétence m’a transmis sa passion pour ce sujet. Sans lui, cette thèse n’aurait jamais vu le jour. A ces remerciements, je souhaite associer mon co-Directeur de thèse, M. Duc Chinh VU, Professeur à l’ITST pour sa direction scientifique, ses conseils, sa confiance et son encouragement pour ce travail. Je suis gré à M. le Professeur Gilles Escadeillas, Directeur du LMDC de m’avoir fait l’honneur de présider le Jury de soutenance. Je tiens à adresser toute ma gratitude à Mme. le Professeur Michèle Quéneudec – T’Kint, Université de Picardie Jules Verne et M. le Professeur Albert Noumowé, Université de Cergy- Pontoise, d’avoir accepté d’évaluer ce travail de thèse. J’ai particulièrement apprécié les remarques, les commentaires qu’ils ont rapportés. Un grand merci à M. Ngoc Anh Vu, Docteur à Hanoi Architectural University, Vietnam d’avoir accepté de participer à ce jury de soutenance et pour ses remarques pertinentes. iv Au cours de ma préparation de thèse, j’ai trouvé un cadre de travail agréable et accueillant. J’adresse un merci particulier à Mme. Ariane Abou-Chakra Guery, Maître de conférences à l’INSA de Toulouse pour ses conseils scientifiques et son aide très importante pour ma thèse. Je voudrais adresser un grand merci à Mme. Berangere Lartigue, Maître de conférences – HDR au Laboratoire Physique de l’Homme Appliquée à Son Environnement de l’UPS qui, en tant que mon parrain pour sa confiance, son aide et son encouragement pour ce travail. Je suis très reconnaissant à Mme. Duong Thi Minh Thu, Conseillère du Recteur de l’Ecole Supérieure de Communication et de Transport de Hanoi, Vietnam pour son aide tout au long de ces années de thèse. Je remercie également M. Michel Mouret, Maître de conférences à l’UPS et M. Ahmed Toumi, Maître de conférences à l’Institut Universitaire de Technologie de l’UPS pour leurs supports et leurs conseils scientifiques pour ce travail. J’adresse de chaleureux remerciements à toute l’équipe du LMDC, particulièrement à M. Bernard Attard, M. Guillaume Lambaré, M. Marc Bégué et M. Laurent Larregain pour leur soutien ainsi que leur aide. Un grand merci à tous mes amis du LMDC, surtout à Thành, Sơn, Bình, Hiếu, Trụ, Minh, Hiệp, Rashid, Abdelkadir, Sifaques, Pierre et Rachida, avec qui les échanges scientifiques ou amicaux m’ont fait de bons souvenirs inoubliables. Je remercie tout particulièrement Chương pour les bons moments que nous avons partagé ensemble durant le séjour à Toulouse. En fin, une grande pensée pour féliciter et remercier du fond du cœur ma famille, mes collègues, mes amis pour le soutien et les encouragements sans faille malgré la distance tout au long de cette thèse. Qu’ils trouvent ici l’expression de mon amitié et de ma gratitude. v AUTEUR : M. Anh Cuong HO TITRE : Optimisation de la composition et caractérisation d’un béton incorporant des granulats issus du broyage de pneus usagés : Application aux éléments de grande surface DIRECTEUR DE THESE : M. Anaclet TURATSINZE, Maître de conférences – HDR, Institut Universitaire de Technologie de l’Université Paul Sabatier à Toulouse, France. CO-DIRECTEUR DE THESE : M. Duc Chinh VU, Professeur, Institut de Transport Science et Technologie, Vietnam. RESUME : Les matériaux de construction par excellence que sont les matériaux à base cimentaire offrent une faible résistance à la traction ainsi qu’une faible capacité de déformation. Ils sont fragiles et particulièrement sensible à la fissuration, notamment la fissuration due au retrait dans le cas d’éléments à grande surface. Des joints de retrait judicieusement espacés permettent de localiser la fissuration et d’éviter le désordre apparent. Malheureusement, ils constituent aussi le point de départ de futurs désordres (pénétration d’agents agressifs, tuilage, etc.). Cette thèse est une contribution au développement d’un nouveau composite cimentaire présentant une capacité de déformation améliorée. Dans cet objectif, des granulats en caoutchouc (G.C.) issus du broyage de pneus usagés ont été utilisés en remplacement partiel du sable. Les résultats obtenus montrent que la présence de ces granulats est préjudiciable vis-à-vis de la rhéologie du matériau à l’état frais mais que l’utilisation d’un superplastifiant et d’un agent de viscosité permet de réaliser les corrections nécessaires. A l’état durci, une chute de la résistance mécanique et du module d’élasticité est observée, en contrepartie la capacité de déformation au stade de la localisation de la macrofissuration est significativement augmentée. Des essais dédiés permettent de démontrer que cette incorporation de G.C. permet de réduire la sensibilité à la fissuration de retrait avec un intérêt évident pour les applications à grande surface comme les chaussées et dallages sur terre-plein. L’influence de la présence de ces G.C. sur la cinétique de la fissuration a été analysée et confirmée par le biais d’une variable d’endommagement et par l’activité (émission) acoustique accompagnant le processus de fissuration. Le potentiel du composite dans les applications à grande surface comme les chaussées en béton a aussi été abordé par le biais de l’indice de qualité élastique qui a confirmé les promesses attendues. Compte tenu du rôle joué par le module d’élasticité du composite sur ces nouvelles propriétés et les applications potentielles, les outils prédictifs de ce module en fonction du dosage en G.C. présentent un intérêt pratique évident. Dans ce sens, cette thèse a permis de tester la pertinence de quelques modèles analytiques. Dans ce cadre, la borne inférieure de Hashin-Shtrikman qui reste perfectible s’est avérée la mieux indiquée. A côté de l’intérêt en termes d’application matériau Génie Civil, l’incorporation de G.C. constitue une voie de valorisation de pneus usagés non réutilisables et une contribution à la protection de l’environnement. MOTS-CLES : Granulats en caoutchouc, fissuration, capacité de déformation, fragilité, endommagement, émission acoustique, indice de qualité élastique, chaussées, valorisation, protection de l’environnement. vi ABSTRACT: Cement-based materials exhibit low tensile strength and poor strain capacity. They are brittle and are very sensitive to cracking particularly to shrinkage cracking in large area applications. Sawn joints allow shrinkage cracking to be localised a way to avoid unsightly cracking. Unfortunately they are also the starting point of future distress (ingress of aggressive agent, curling, etc.). This work is a contribution to the design of a cement-based material exhibiting an enhanced strain capacity. For a such objective rubber aggregates (RAs) obtained from grinding end of life tyres partly replacing natural sand have been used. Results showed that RAs are detrimental to the properties of the fresh materials (workability and segregation). However the use of optimized content of a superplasticiser and of a viscosity agent allows the required behaviour to be achieved. With regard to harden state, RAs reduce the strength and the modulus of elasticity of the composite but the strain capacity corresponding to the macrocracking formation is significantly improved. Specific tests showed that RAs reduced the propensity of the material for shrinkage cracking, offering an interest for large surface area such as pavements. Analysis by a scalar damage variable and by acoustic emission uploads/Litterature/2010-ho-cuong.pdf