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MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSIT

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE D’ORAN – MOHAMED BOUDIAF Faculté des Sciences Département de Chimie Spécialité : Option : Chimie Industrielle Physicochimie des Matériaux Minéraux Mémoire pour l’obtention du diplôme de MAGISTER Présenté par Melle MAZOUZI Wafaa ETUDE DES PROPRIETES MINERALOGIQUES ET PHYSICO- MECANIQUES D’UN CIMENT BELITIQUE FORTEMENT REACTIF OBTENU A BASSE TEMPERATURE PAR LA METHODE HYDROTHERMALE Soutenu devant le jury composé de : Président Mr. KERDAL Djamel Elddine Professeur U.S.T.O.- M.B. Encadreur Mr. KACIMI Larbi M.C.A U.S.T.O.- M.B. Examinateur Mr. CLASTRES Pierre Professeur LMDC, INSA, Toulouse. Examinateur Mr. CYR Martin Professeur LMDC, UPS, Toulouse. Examinateur Mr. ZEROUALI Djilali M.C.A U.S.T.O.- M.B. Invité Mr. BELGHAIT Tayeb PDG SPMC-FERPHOS- Béni Saf 01 Juin 2011 Remerciement Ce travail de Magister a été réalisé conjointement au Laboratoire de Silicates au sein du Département de Chimie Industrielle de l’Université des Sciences et de la Technologie d’Oran – Mohamed Boudiaf, et en partenariat avec le Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions (LMDC) de l’Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse (INSA) France. J’adresse mes sincères remerciements à mon Directeur de Magister Dr. Larbi Kacimi, Maître de Conférences à l’Université des Sciences et de la Technologie d’Oran, d’avoir accepté de diriger ce travail. Il a su me faire partager son enthousiasme et ses connaissances. Son soutien et conseils m’ont permis de mener à bien ce travail. Je tiens à remercier M. Pierre Clastres, Professeur et Directeur du Département de Génie Civil à l’Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse (INSA) et M. Martin Cyr, Professeur à l’Université de Paul Sabatier de Toulouse d’avoir dirigé la partie technique de ce travail effectué au sien du Laboratoire LMDC- France et d’avoir consacré du temps à examiner ce mémoire de Magister et faire part du jury de soutenance. Durant mon séjour en France, j’ai pu bénéficier de leurs compétences et conseils qui m’ont permis d’interpréter les résultats et de rédiger ce mémoire. J’adresse également mes remerciements à M. Djamel Elddine Kerdal, Professeur au Département de Génie Civil, USTO-Oran d’avoir accepté de présider le jury, ainsi que M. Djillali Zerouali, Maître de Conférences au Département de Chimie, USTO-Oran et M. Tayeb Belghait, Président Directeur Général du SPMC-FERPHOS-Béni Saf, pour m’avoir fait l’honneur de participer au jury de Magister et d’examiner ce travail. Je remercie infiniment M. Gilles Escadeillas, Professeur et Directeur du Laboratoire LMDC- Toulouse, pour son accueil au Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions. Je tiens à remercier également Mme. Simone Julien et M. Guillaume Lambaré, Ingénieurs d’étude et de recherche, Responsables du Service d’Analyse Thermique et DRX pour m’avoir fait découvrir l’outil d’analyse passionnant et pour leur aide scientifique et technique. Un grand merci à tous les membres du LMDC qui m’ont donné « un coup de main », notamment Bernard et David, ainsi que tous les chercheurs et enseignants, la division de transfert et le personnel technique et administratif. Je remercie également M. Benchaa Abdelkarim, M. Lalimi, M. Faudil, M. Kaled, M. Omar et tout le personnel administratif et technique de la cimenterie de Zahana ainsi que la cimenterie de CiBA pour leur accueil et leurs aides, leurs conseils dans mon projet de magister. Je tiens à remercier spécialement mes collègues, Djohar Geryville et Mhenni Houari pour leurs aides, leur disponibilité et leurs conseils. Messieurs Ahmed, Gauchy, Rachid Dalila, Najet, Torki, Elhadj, Mohamed, Omar et tous les opérateurs des cimenteries de CiBA et Zahana trouvent ici mes vifs remerciements. Je tiens à remercier mes collègues, Soumia, Anissa, Fatiha, Mama et tous les chercheurs du laboratoire de silicate U.S.T.O pour leurs soutiens moraux, et je leur souhaite une bonne continuation, sans oublier mes amies du Laboratoire LMDC de Toulouse en particulier, Maria Eléna, Angel, Fatma, Muazzam et Minn, que je leur souhaite un avenir splendide. Mes remerciements les plus sincères et les plus profondes vont à mes parents et aux membres de ma famille qui, grâce à leur encouragement, leur amour et leurs soutiens moraux, j’ai pu produire ce mémoire. SOMMAIRE Abréviation Introduction générale 1 CHAPITRE I : Etude de la bélite et du clinker bélitique 4 I. Etude du silicate bicalcique (C2S) et de la bélite 4 I.1. Variétés et transformations polymorphismes du C2S 4 I.2. Etude structurale et morphologique de la bélite 6 II. Hydratation de la bélite 9 II.1. Hydratation de -,  et -C2S 10 II.2. Hydratation de -C2S 10 II.3. Mécanisme d’hydratation de -C2S 10 II.3.1. Dissolution des grains de -C2S 10 II.3.2. Croissance rapide du gel de C-S-H 11 II.3.3. Précipitation de la portlandite 11 II.4. Structure des C-S-H 12 III. Ciments bélitiques 14 IV. Intérêts de la fabrication des ciments bélitiques 14 IV.1. Economie de l’énergie 14 IV.2. Amélioration de l’environnement 15 IV.3. Durabilité et conservation des matériaux 15 V. Propriétés hydrauliques du ciment bélitique 16 V.1. Comparaison entre l’hydratation de l'alite et de la bélite du ciment 16 V.2. Influence du ciment bélitique sur la fluidité des bétons 17 VI. Utilisation de la pouzzolane dans le ciment bélitique 17 VI.1. Effet des pouzzolanes sur les ciments 17 VI.2. Réaction pouzzolanique et ciment bélitique 18 Chapitre II : Recherche bibliographique sur la fabrication des ciments bélitiques réactifs 20 I. Procédés d’obtention et de stabilisation de la bélite réactive 20 I.1. Activation mécanique 21 I.2. Régimes de refroidissement 21 I.3. Stabilisation chimique 21 I.3.1. Stabilisateurs chimiques I.3.2. Effet des alcalis 22 I.3.3. Effet des sulfates 23 I.3.4. Effet couplé des sulfates et d’alcalis 23 I.3.5. Effet d’autres stabilisateurs 23 I.4. Activation hydrothermale de la bélite 24 II. Ciment bélitique de sulfoaluminate 25 II.1. Synthèse des ciments bélitiques de sulfoaluminate 25 II.2. Propriétés minéralogiques des ciments bélitiques de sulfoaluminate 26 II.3. Stabilisation des formes réactives du ciment bélitique de sulfoaluminate 26 II.4. Hydratation des ciments bélitiques de sulfoaluminate de calcium 27 II.5. Avantages du ciment bélitique de sulfoaluminate 28 II.6. Inconvénients du ciment bélitique de sulfoaluminate 29 II.7. Comportement des ciments sulfoalumineux dans les milieux agressifs 30 IV. Ciments bélitiques des cendres volantes 31 IV.1. Synthèse des ciments bélitiques des cendres volantes 31 IV.2. Durabilité et Comportement des ciments bélitiques de cendres volantes dans les milieux agressifs 32 V. Utilisation de déchets industriels et matières naturelles spécifiques dans la synthèse du ciment bélitique 34 V.1. Utilisation de la coque de riz 34 V.2. Utilisation du phosphogypse 35 V.3. Utilisation des cendres volantes 35 V.4. Utilisation de la poussière de chaux 36 V.5. Utilisation de la zéolithe naturelle 36 VI. Amélioration des propriétés hydrauliques du ciment bélitique 37 VI.1. Activation des clinkers bélitiques (CB) 37 VI.2. Amélioration de la vitesse d’hydratation du ciment bélitique 37 VI.3. Amélioration de la résistance mécanique des ciments bélitiques 39 CHAPITRE III : Matériaux utilisés et Techniques de caractérisations 41 I. Introduction 41 II. Matières premières utilisées 41 II.1. Matières premières sources de chaux 42 II.2. Matières premières siliceuses 43 III. Préparation des matières premières et des mélanges crus 44 IV. Calcul du mélange cru 44 V. Dosage des mélanges crus 45 VI. Méthode de synthèse des clinkers bélitiques utilisée 46 VII. Méthodes d’analyses et de caractérisations 46 VII.1. Dosage de la chaux libre dans les clinkers bélitique 47 VII.2. Dosage de l’eau libre dans les pâtes de ciment 47 VII.3. Diffraction des rayons X 48 VII.4. Fluorescence des rayons X 48 VII.5. Analyses thermiques 49 VII.5.1. Analyse Thermique Différentielle (ATD) 49 VII.5.2. Analyse thermogravimétrique (ATG) 49 VII.6. Détermination du temps de prise 50 VII.7. Détermination de la résistance à la compression 51 CHAPITRE IV : Synthèse d’un clinker bélitique réactif par la méthode hydrothermale 52 I. Procédure de synthèse par la méthode hydrothermale 52 II. Synthèse du clinker bélitique de cendres volantes 54 II.1. Caractérisation par DRX des cendres volantes utilisées 54 II.2. Caractérisation par DRX du mélange hydrothermal « chaux éteinte-cendres volantes » 55 II.3. Caractérisation par DRX du ciment bélitique des cendres volantes 56 II.3.1. DRX du ciment bélitique de cendres volantes cuit à 900°C, avec lavage du mélange hydrothermal 56 II.3.2. DRX du ciment bélitique de cendres volantes cuit à 900°C sans lavage du mélange hydrothermal 57 III. Synthèse du clinker bélitique de marne 59 III.1. Caractérisation par DRX de la marne utilisée 59 III.2. Caractérisation par DRX du mélange hydrothermal « chaux éteinte- marne » 60 III.3. Caractérisation par DRX du ciment bélitique de marne 61 IV. Synthèse du clinker bélitique de boue de forage 63 IV.1. Caractérisation par DRX de la boue de forage utilisée 63 IV.2. Caractérisation par DRX du mélange hydrothermal « chaux éteinte- boue de forage » 64 IV.3. Caractérisation par DRX du ciment bélitique de boue de forage 65 V. Synthèse du clinker bélitique de vase de barrage hydraulique 66 V.1. Caractérisation par DRX de la vase de barrage utilisée 66 V.2. Caractérisation par DRX du mélange hydrothermal « chaux éteinte- vase de barrage » 66 V.3. Caractérisation par DRX du ciment bélitique de vase de barrage 67 VI. Synthèse du clinker bélitique d’argile 68 VI.1. Caractérisation par DRX de l’argile utilisée 68 VI.2. Caractérisation par DRX du mélange hydrothermal « chaux éteinte- argile » 69 VI.3. Caractérisation uploads/Science et Technologie/ atg-atd.pdf