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Thème « Effet des agrégats à base de déchets plastiques sur les différentes pro

Thème « Effet des agrégats à base de déchets plastiques sur les différentes propriétés des matériaux composites mortier-polymère » Soutenue publiquement le xxx Devant le jury composé de : Mme N. BELAS Mr. A.S. BENOSMAN Mr. N. BOUHAMOU Mr. H. TAIBI Mr. A. MEBROUKI Mr. Y. SENHADJI Professeur, Université de Mostaganem MCA, ESSAT de Tlemcen Professeur, Université de Mostaganem Professeur, Université d’Oran 1 Professeur, Université de Mostaganem MCA, Université de Mascara Présidente Encadrant Co-Encadant Examinateur Examinateur Examinateur Année Universitaire 2018-2019 Université de Mostaganem Université de Mostaganem République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Abdelhamid Ibn Badis de Mostaganem Faculté des Sciences et de la Technologie THÈSE Présentée pour obtenir le grade de Docteur en science Spécialité : Génie Civil Option : Génie Civil Présentée par : LATROCH NOUREDDINE Je dédie ce modeste travail à Ma mère, Mon père, Ma famille, Mes professeurs, Ainsi que tous mes amis, Tous ceux qui m'ont aidé de près ou de loin. LATROCH Noureddine Remerciements Remerciements Les travaux de thèse ont été une expérience unique pour moi, rendue possible grâce à de nombreuses personnes que je souhaite remercier. J’ai l’honneur d’être dirigé par Monsieur BENOSMAN Ahmed Soufiane, Maitre de Conférences « A » à l’Ecole Supérieure en Sciences Appliquées de Tlemcen ESSAT, dans la présente recherche. Je tiens à le remercie énormément pour avoir encadré et suivi ce travail avec patience tout au long de ces quatre années. Merci beaucoup, encore une fois, pour sa disponibilité, pour les nombreuses et intéressantes discussions scientifiques, pour les remarques et les orientations constructives, pour les nombreux conseils avisés, pour ces encouragements quotidiens, pour le soutien permanent, pour sa compréhension, pour la confiance qu’il m’avez accordée et qu’il a toujours témoignée à mon égard, pour son écoute et, tout simplement pour sa gentillesse. J’adresse également mes remerciements les plus vifs à Messieurs BOUHAMOU Nasr-Eddine, Professeur à l’Université Abdelhamid Ibn Badis de Mostaganem ; SENHADJI Yassine, Maitre de Conférences « A » à l’Université de Mascara et MOULI Mohamed, Professeur à l’ENPO-MA d’Oran, pour le temps qui m’ont consacré au suivi efficace de mes travaux, pour leurs expériences scientifiques, conseils, encouragements, participations à mes essais et leurs disponibilités ont été un soutien indispensable à la réalisation de ce travail. Je tiens à remercier vivement Mme BELAS Nadia, Professeur à l’Université Abdelhamid Ibn Badis de Mostaganem, d’avoir accepté de présider mon jury de thèse, sa présence dans le jury de ma soutenance me fait l’honneur. Je remercie Monsieur TAIBI Hamed, Professeur à l’Université d’Oran 1, Ahmed Benbella, Monsieur MEBROUKI Abdelkader, Professeur à l’Université Abdelhamid Ibn Badis de Mostaganem et Monsieur SENHADJI Yassine, Maitre de Conférences classe « A » à l’Université de Mascara, d’être présent comme membre du jury dans ma thèse. Leur présence m’honore. Toutes mes amitiés vont à Monsieur BELBACHIR Boucif, Maitre de Conférences « B » à l’Université d’Oran 1, Ahmed Benbella, Laboratoire de Chimie des Polymères LCP. Remerciements Mes remerciements vont aussi à tous les membres des laboratoires et techniciens, qui ont participé indirectement ou directement au bon déroulement des différentes méthodes d’analyse et de caractérisation de nos matériaux à savoir : - Laboratoire de Matériaux LABMAT du département de Génie Civil, ENPO Maurice Audin d’Oran ; - Laboratoire Construction Transport et Protection de l’Environnement LCTPE, Université Abdelhamid Ibn Badis de Mostaganem ; - Laboratoire de Catalyse et Synthèse en Chimie Organique (LCSCO), Université Abou Bekr Belkaïd (Tlemcen) ; - Laboratoire « Eau Energie Environnement » (LR3E), Université de Sfax - Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax (ENIS), Sfax, Tunisie ; - Laboratoire des Propriétés de la Matière Condensée (utilisation du MEB/EDS) de l’Université Abou Bekr Belkaïd de Tlemcen ; - Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions LMDC, INSA de Toulouse, France ; - Laboratoire de Recherche Science Technologie et Génie des Procèdes (LSTGP) USTOMB ; - Laboratoire de Biologie Botanique de l’Université Abou Bekr Belkaïd de Tlemcen ; - Laboratoire des essais pour mortiers et bétons prêts à l’emploi du Groupe des Sociétés HASNAOUI d'Oran. Je tiens spécialement à remercier mes collègues Mrs BADACHE A. et HASSINI M. pour leur gentillesse et leur motivation. Un grand merci va aussi pour mes amis : MEDJAHED A., DJEBARA A. et GOUASMI M.T. Enfin, tous mes remerciements vont à ceux qui, de près ou de loin m’ont apporté leur aide. Sommaire SOMMAIRE Liste des figures …………………………………….......................................................... i Liste des tableaux ……………………………………………………...……………...….. vii Liste des abréviations ……………………………………………………………….…… viii RESUME ……………………………………………………….……………………..…. ix ABSTRACT …………………………………………………..………………..…….….. x ملخص ……………………………………………..………………………….……………. xi Introduction générale……………………………………...……………………….…….. 1 Chapitre I Revue Bibliographique I.1. Introduction ……………………………………………………….………...... 5 I.2. Le ciment Portland ………………………………………………..………..…. 5 I.3. Les superplastifiants……………………………………………………….…. 6 I.4. L’impact des déchets plastiques sur l’environnement……………………… 8 I.5. La gestion des déchets plastiques………………………………………….…. 9 I.6. Les déchets légers et leurs applications dans le domaine de Génie civil…..…………………………………………………………………………. 10 I.7. Les plaques de PVC expansés « FOREX »…………………… …………… 13 I.8. Types et quantités de substitutions des agrégats naturels par des agrégats légers dans le mortier / béton……………………………………….…….….. 16 I.9. Evaluation des propriétés des mortiers/bétons à base des agrégats légers…………………………………………………………………….…..…. 18 I.9.1. Maniabilité (Affaissement)………………………………………. 19 I.9.2. Densité …………………………………………………………..… 21 I.9.3. Propriétés mécaniques………………………………………………… 23 I.9.3.1. Résistance à la compression………………………..….. 23 I.9.3.2. Résistance à la flexion…………………………..…….. 24 I.9.4. Caractéristiques des ruptures………………………………………… 26 I.9.5. Module d'élasticité……………………………………..…………. 27 I.9.6. Vitesse d'impulsion ultrasonique (UPV)…… ………….……….… 28 I.9.7. La microstructure……………………………………………….…….. 30 I.9.8. Propriétés thermo-physiques…………………….………….…… 32 I.9.9. Comportement à haute température (résistance au feu)…….…..… 33 I.9.10. Performances de la durabilité………………………………..…… 38 Sommaire I.9.10.1. Porosité accessible à l’eau et l'absorption capillaire….. 38 I.9.10.2. Pénétration des ions chlorures………………………… 40 I.10. Synthèse de la revue bibliographique………………………………......…… 42 I.11. Problématique et axes de recherche…………………….………………… 43 Index bibliographique - Chapitre I……………………………………………………… 44 Chapitre II Matériaux utilisés et méthodes d’essais II.1 Introduction ………………………………………………………………….… 50 II.2. Matériaux utilisés …………………………………………..……….…….....… 51 II.2.1. Le ciment …………………………………………..………………..…. 51 II.2.2. Le sable ………………………………………..………….….………… 51 II.2.3. L’agrégat de PVC expansé (EPVC)……………………………..……… 52 II.2.4. Superplastifiant…………………………………………………..…….. 56 II.3. Elaboration des mortiers composites légers LMEPVC……………………… 56 II.4. Essai de maniabilité sur mortiers frais (Flow Test)………………...…….. 58 II.5. Technique expérimental………………………………………………….…….. 59 II.5.1. Essais de caractérisation mécanique………………………….…… 59 II.5.1.1 Mesure des résistances mécaniques………………………………..... 59 II.5.1.2. Essai d’ultrason (Ultrasonic pulse velocity test) –UPV………..… 61 II.5.1.3. Détermination du module d’élasticité dynamique….................…… 61 II.5.2. Essais de caractérisation physico-thermique……..………....………. 61 II.5.2.1. Densité à l’état sec ……………………….……………....……… 61 II.5.2.2. Porosité accessible à l’eau ………………………………………….. 62 II.5.2.3. Absorption capillaire -Sorptivité-…..………………….……..….. 62 II.5.2.4. L’essai des propriétés thermiques……………………..…………….. 63 II.5.3. Essai de chauffage-refroidissement……….……………………...……. 64 II.6. Caractérisation microstructurale des LMEPVCs à l’état durci………….. 66 II.6.1. Microscope optique MOP……………………………………….…….. 67 II.6.2. Microscopie électronique à balayage (MEB)…………………………. 67 II.6.3. Diffraction des rayons X (DRX)……………………………….….…... 68 II.6.4. Spectrométrie infrarouge (IRTF)………………………....................… 70 II.7. Test de la pénétration d’ion chlore………………………………………..…….. 70 II.8. Conclusion……………………………………………………………….………... 72 Index bibliographique - Chapitre II……………………………………………………….. 73 Sommaire Chapitre III Propriétés Physico-Mécaniques et Thermiques des Mortiers Légers LMEPVC III.1. Introduction …………………………………………………………........…….. 75 III.2. Maniabilité sur mortiers frais (Flow Test)…………………………..….…. 75 III.3. Densité à l’état durci…………………………………………..………….….. 76 III.4. Caractéristiques mécaniques des mortiers LMEPVC………………….….…. 77 III.4.1. Résistance à la compression …..………………………………….…….. 77 III.4.2. Résistance à la flexion………………………………………………….. 81 III.4.3. Etat des éprouvettes après l’essai de résistance à la flexion……….…… 85 III.5. Caractérisation microstructurale des mortiers légers à l’état durci…............ 87 III.5.1. Microscopie optique (MOP)…………….……………………….…….. 87 III.5.2. Microscopie électronique à balayage (MEB)……………………..… … 88 III.5.3. Diffraction des rayons X (DRX)……………………………………….. 89 III.5.4. Spectrométrie infrarouge IRTF …………………………………..…… 91 III.6. Vitesse de propagation des ondes sonores UPV………………….……….. 93 III.7. Module d’élasticité dynamique ………………………………..……………. 94 III.8. Caractérisation des propriétés thermiques……………………………………. 96 III.8.1. Conductivité thermique (λ) ………………………..………………….. 96 III.8.2. Capacité calorifique (Cp) …………………………………………….... 98 III.8.3. Diffusivité thermique (a)…………………………………..………...…. 99 III.9. Relation entre les propriétés physico-mécaniques et thermiques des composites LMEPVCs....................................................................................... 102 III.10 Conclusion …………………….………………………….…………..……..….. 103 Index bibliographique - Chapitre III……………………………………….…………….. 105 Chapitre IV Etude du Comportement sous Hautes Températures des Mortiers Légers LMEPVC IV.1. Introduction………………………………………………………………… 108 IV.2. Influence de l’exposition à hautes températures sur les propriétés physico-mécaniques des LMEPVCs…………........................................... 108 IV.2.1. Perte de masse…………………………………….…………………... 108 IV.2.2. Volume des éprouvettes après chauffage……………………………... 109 Sommaire IV.2.3. Porosité accessible à l’eau…………………………………...……. 111 IV.2.4. Vitesse de propagation des ondes sonores UPV…………….…...… 112 IV.2.5. Module d’élasticité dynamique………………………………….… 113 IV.2.6. Caractérisation mécanique des LMEPVCs à hautes températures….. 114 IV.2.6.1. Résistance à la compression……………………..……….….. 115 IV.2.6.2. Facteur d’endommagement ………………………..………... 116 IV.2.6.3. Résistance à la flexion………………………………..…...…. 117 IV.2.6.4. Corrélation entre l’UPV et la résistance à la compression ……. 118 IV.3. Examen visuel des éprouvettes LMEPVCs à hautes températures …... 121 IV.4. Caractérisation microstructurale des LMEPVCs à hautes températures. 121 IV.4.1. Microscopie optique (MOP)……………………. ….…………… 121 IV.4.2. Microscopie électronique à balayage (MEB)……………….…… 119 IV.4.3. Diffraction des rayons X (DRX)…………………………………. 124 IV.4.4. Spectrométrie infrarouge (IRTF) ………………….…………….. 125 IV.5. Evolution des propriétés thermiques en fonction de la température….. 126 IV.5.1. Conductivité thermique (λ)…………………………………..…… 127 IV.5.2. Capacité calorifique (Cp)…………………….………………...…. 128 IV.5.3. Diffusivité thermique (a)……………………………….…….…... 129 IV.6. L’influence de la vitesse du chauffage sur les propriétés des mortiers LMEPVCs……………………………………………………………….….. 130 IV.6.1. Perte de masse ……………………………………………..……… 130 IV.6.2. Résistances mécaniques…………………………………………… 131 IV.6.3. Caractérisation des propriétés thermiques …………………………… 132 IV.6.4. Effet de la vitesse de chauffage sur l’état des éprouvettes ……..…. 133 IV.7. Relation entre les propriétés physico-mécaniques et thermiques des LMEPVCs à hautes températures…………………………………….…... 134 IV.8. Conclusion………………………………………………………….…….….. 136 Index bibliographique - uploads/Science et Technologie/ m5-effet-des-agregats-a-base-de-dechets-plastiques-sur-les-differentes-proprietes-des-materiaux-composites.pdf