Matériaux, impact environnemental et sanitaire

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Les éco-matériaux du génie civil sur leur cycle de vie


Les différents projets développés concernent les interactions entre environnements naturels, métaux et matériaux cimentaires afin d’analyser leur vieillissement pour prévenir les risques de dégradations des structures.

  • Analyse et étude des caractéristiques de matériaux solides : des protocoles originaux permettent d’analyser des matériaux composites et poreux (bétons). La technique d’élaboration et les propriétés des composants de tels matériaux influence leur structure de réseau poreux et leurs caractéristiques mécaniques, ces interactions sont mises en évidence.
  • Compréhension et analyse des situations environnementales : pour rendre les structures plus pérennes, des compétences dans l’étude de l’action des microorganismes sur le vieillissement des matériaux sont développées.
  • Elaboration de solutions, conception des propriétés de surface par traitement ou modifications de surface : pour des matériaux métalliques comme les aciers des banches (amélioration des surfaces de coffrage) ou pour la mise au point de formules de bétons moins bioréceptifs, les travaux contribuent à l’amélioration des propriétés de surfaces des matériaux.

L’originalité des recherches repose sur la prise en compte des effets des microorganismes dans l’analyse de l’évolution des surfaces ; de la biodétérioration des matériaux cimentaires mais également du potentiel des microorganismes ainsi que des déchets et co-produits pour développer des bétons plus éco-respectueux.

Le caractère éco-respectueux est contrôlé par des calculs d’impacts environnementaux (ACV).


Recherches et projets en cours

Analyse et conception de matériaux cimentaires valorisant les déchets

  • Analyse des interactions entre chimie des ciments, paramètres de cures et finesses de mouture : la durabilité des mortiers et bétons dépend de leur porosité, une caractérisation de leur réseau poreux en fonction de leur composition cimentaire et de leur cure a été effectuée.
  • Elaboration de Bétons de Granulats Recyclés et aux laitiers de hauts fourneaux : l’étude et la modélisation des propriétés physicochimiques et des performances mécaniques de différentes formules de bétons de granulats recyclés ont été effectuées. Ces bétons peuvent contenir divers adjuvants.

Principaux résultats

  • Compréhension de la durabilité des matériaux cimentaires contenant divers produits valorisés.
  • Mise en évidence d’un « self-sealing effect » lors de changements de pression capillaire dans les pâtes cimentaires contenant plus de laitiers de hauts fourneaux.
  • Proposition de modification de normes d’essais.
  • Influence des granulats recyclés sur la compatibilité des adjuvants avec les ciments et sur le comportement du béton à l’état frais et durcissant.
  • Contribution à l’évolution normatives pour l’utilisation des granulats recyclés de béton.

Perspectives

Analyser la durabilité de ces nouvelles formules de béton dans des environnements naturels avec l’impact des microorganismes et de laitier de haut fourneau.

Projets et collaborations associés

Participation au projet national RECYBETON (2012 – 2016) : recyclage complet des bétons.

Partenariat avec l’IJL de Nancy et l’ENPC.

Collaboration avec l’AFOCO (co-produits).

Projet National PERFDUB (2015 – 2019) : durabilité des bétons par approche performantielle.


Nouveaux adjuvants biosourcés, bioréceptivité des bétons et mortier

Des adjuvants sont élaborés à partir de produits bactériens tels que les substances extra-cellulaires.

  • Analyse des interactions entre bioadjuvant et pâtes cimentaires et mortiers à l’état frais et durci.
  • Analyse de la modification du réseau poreux des matériaux cimentaires.
  • Analyse de l’état de surface par rapport à la bioréceptivité.

Principaux résultats

  • Contribution à la compréhension de la durabilité de matériaux cimentaires plus éco-respectueux.
  • Mise en évidence de l’action d’un nouveau bioadjuvant sur l’ouvrabilité des mortiers.
  • Mise en évidence de l’action d’un nouveau bioadjuvant sur la physico-chimie des ciments et mortiers.
  • Analyse de l’évolution de la surface cimentaire, relation avec sa bioréceptivité.

Perspectives

La preuve du concept est faite pour les actions du bioadjuvant sur les bétons jeunes, il reste à valider les effets sur des bétons vieillis et à analyser la durabilité de ces nouvelles formules de béton in situ et exploiter le produit pour d’autres applications (projet ERGOFORM).

Projets et collaborations associés

Collaboration avec l’IJL (co-direction de thèse).

Projet SEPOLBE (ANR CD2I 2012 – 2016) : élaboration de produits respectueux de l’environnement pour modifier la surface des bétons et améliorer la résistance à la corrosion de leurs armatures.


Conception de structures éco respectueuses

  • Caractérisation et modélisation de propriétés physico-chimiques de différentes formules de bétons dans le cadre de micro-centrales hydroélectriques (MCH).
  • Elaboration et caractérisation d’une surface de banche métallique pour améliorer le décoffrage.

Principaux résultats

  • Contribution à la compréhension de la durabilité de matériaux cimentaires plus éco-respectueux.
  • Analyse des paramètres liés à la bioréceptivité de différents mortiers en bioréacteur.

Perspectives

Proposer une alternative aux huiles de décoffrage.

Projets et collaborations en cours

Le projet MCH (FUI) vient de se terminer : micro-centrale hydroélectrique reposant sur une technologie de vis d’Archimède et d’une passe à poisson (partenaire industriel : NSC environnement).

Le projet ERGOFORM (FUI) : développement d’un nouveau système de coffrage notamment par la mise en œuvre sur les panneaux métalliques de solutions qui permettront de s’affranchir de l’utilisation des huiles de coffrage (partenaire industriel : Hussor).

Projets récemment achevés

  • Adjuvants aux bio-polymères associés aux bétons aux laitiers de hauts-fourneaux (thèse de Huan He).
  • Bétons aux laitiers de hauts-fourneaux, caractérisation physico-chimique et évaluation de leur durabilité (thèse de Nicolas Bur).
  • Valorisation des matériaux issus du recyclage et des sous-produits industriels dans la réalisation de bétons. Étude des lois de comportement à l'état frais et durcissant (Projet Interreg IV B20 - 2010-2013).
  • Impact environnemental et performance énergétique des matériaux de construction naturels et recyclés, réalisation d’une maquette à l’échelle 1 pour le test de parois (Projet Interreg IV B20 – 2010-2013).
  • Étude des caractéristiques physico-chimiques de bétons de granulats recyclés et de leur impact environnemental (partenaire industriel : Chryso, thèse de Kunwufine Deodonne).
  • Étude de faisabilité de réalisation de béton de terre cuite (partenaire industriel : Wienerberger).

Distinctions

(2014) C. MUNZER, N. SERRES, T. MEYLHEUC, F. FEUGEAS, Substances extracellulaires en tant que bioadjuvant pour les bétons. Journée du département mécanique d’ICube, Strasbourg, mai 2014. 1er prix du meilleur poster.

(2014) C. MUNZER, N. SERRES, T. MEYLHEUC, F. FEUGEAS, Substances extracellulaires en tant que bioadjuvant pour les bétons. Journée Recherche de l’INSA Strasbourg, Strasbourg, avril 2014. 1er prix du meilleur poster.

(2013) N. SERRES, F. FEUGEAS, Analyse de cycle de vie d’adjuvants incorporés dans la formulation de bétons. ECOBAT, Paris, 20-21 mars 2013. 1er prix de la meilleure présentation orale.

(2012) H. HE, N. SERRES, T. MEYLHEUC, F. FEUGEAS, Extra-cellular substances: how to use bacteria to protect concrete?. Journée Poster de l’école doctorale MSII (ED n°269), Strasbourg, septembre 2012. 1er prix du meilleur poster.

(2012) H. HE, N. SERRES, T. MEYLHEUC, F. FEUGEAS, Extra-cellular substances: how to use bacteria to protect concrete?. XIème Forum Biodétérioration, Saint-Etienne, 4 et 5 juin 2012. 1er prix du meilleur poster décerné par la société Oxygen.

(2012) S.BRAYMAND P. FRANCOIS, A. GRONDIN, FEUGEAS, C. FOND, Propriétés rhéologiques, physiques et mécaniques des bétons de granulats recyclés. AUGC, Chambéry, juin 2012. 2ème prix poster.


Moyens expérimentaux (sur 2 sites)

L’axe MATIMPENSA bénéficie de moyens expérimentaux de l’INSA Strasbourg et de l’IUT Robert Schuman de l’Université de Strasbourg.

Liste des principaux équipements

En cours de rédaction

L’axe MATIMPENSA participe à la vulgarisation de ses activités de recherche

Sur le site de l’IUT une matériauthèque illustrant les techniques et matériaux de construction innovants est disponible.


(2015) AlsaScience, Villé, 12 juin 2015. Les éco-matériaux dans la construction
.

(2014) Les matériaux écologiques et les énergies naturelles, Journée de l'éco-construction, Illkirch Graffenstaden, octobre 2014.

(2013) De la glu de bactéries dans les bétons, Les Cahiers Techniques du Bâtiment n° 327

(2013) Vers l’industrialisation de la micro-hydroélectricité, Le MONITEUR, 22 mars 2013, p. 40.

(2012) Béton recyclé : le test Ferrari HOLCIM, LE MONITEUR Des Travaux Publics et du Bâtiment, 16 mars 2012, p. 87.

(2011) Editorial de la revue Matériaux et Techniques, numéro spécial : Biodétérioration et biocorrosion des matériaux - Progrès et innovation - 2011, page 535.


Séminaires de formation

22 novembre 2013 : Séminaire Européen Performance, efficacité et impacts environnementaux des parois. Projet INTERREG IV – TEM3, Strasbourg.

12 octobre 2012 : Séminaire Européen Chantier vert et valorisation des déchets. Projet INTERREG IV – TEM3, Strasbourg.


Surface de mortier polie.jpg Surface de mortier polie (détails).jpg Pâte de ciment contenant des granulats recyclés de béton.jpg
Surface de mortier polie (x1200) Surface de mortier polie (x5000) Pâte de ciment contenant des granulats recyclés de béton


Profilo.jpg Topographie de la surface d'un mortier adjuvanté polie.jpg Topographie de la surface d'un mortier adjuvanté non-polie.jpg
Mesure de la topographie d'une surface par profilométrie confocale Topographie de la surface d'un mortier adjuvanté polie (à gauche) et non-polie (à droite)


Béton de brique.jpg Prototype de microcentrale en chantier à Guebwiller (Haut-Rhin).jpg Vis d'Archimède.jpg
béton de brique Prototype de microcentrale en chantier à Guebwiller (Haut-Rhin) et vis d'Archimède (source : N. Schlumberger)


Moyens expérimentaux IUT.jpg 9N5A1742-medium.jpg Thermique.jpg
Moyens expérimentaux disponibles à l'IUT GC d'Illkirch Mesure de la conductivité thermique des bétons