Développement de liants et de composites minéraux : application à la protection incendie

par Jérôme Féjean

Thèse de doctorat en Génie civil. Physicochimie des matériaux

Sous la direction de Philippe Lanos.

Soutenue en 2003

à Rennes, INSA .


  • Résumé

    Ce travail consiste à développer des matériaux à base de liants minéraux présentant une résistance au feu. Dans le domaine de la construction des bâtiments, ces matériaux sont destinés à réaliser des éléments coupe-feu, des éléments structuraux de type gaines de désenfumage et de ventilation ainsi qu'à la protection des structures. Ce travail s'articule autour de deux axes. Le premier consiste à formuler des matrices minérales liantes à forte chaleur latente induite par des changements de phases endothermiques dans une gamme de températures choisie au regard d'un critère d'isolation au feu. Le deuxième axe concerne la caractérisation et l'exploitation d'une gamme de matériaux formulés à partir d'un liant et d'une charge minérale incombustible. L'étude préliminaire des conditions de stabilité mécanique et thermique du gypse sert de référence à l'ensemble du travail. L'étude de la synthèse et de la stabilité de l'ettringite (3CaO. Al2O3. 3CaSO4. 32 H2O) illustre la formulation de matrices minérales à forte chaleur latente. L'hydratation de mélanges d'hémihydrate et d'un ciment alumineux, riche en aluminates de calcium, aboutit à la synthèse d'ettringite et de gypse. L'étude de l'évolution de l'ettringite obtenue avec un ciment commercial spécifique, en fonction du temps et de différents modes de conservation, montre que la stabilité de cette phase peut être compromise. Son utilisation dans la composition de matériaux résistants au feu n'est donc pas opportune. Les liants phosphomagnésiens forment également des matrices minérales à forte chaleur latente constituées de cristaux très hydratés qui leur confèrent des variations d'enthalpie élevées vers 100ʿC. Les composés formés avec des magnésies réactives se caractérisent par des temps de prise très courts et par des proportions élevées en composé struvitique KMgPO4. 6H2O qui induisent une chaleur latente plus forte que celle d'un plâtre industriel. Différents essais de sollicitation thermique simulant un incendie normalisé mettent en évidence le caractère coupe-feu de tels composés qui se traduit par un long palier isotherme. Ce résultat s'accompagne néanmoins d'une microfissuration importante du matériau pénalisant l'exploitation directe de tels composés. Une gamme de matériaux composites est développée à partir du mélange de fumée de silice et de gypse. Les analyses thermomécaniques montrent que l'introduction de fumée de silice au sein de la matrice gypseuse provoque une diminution du retrait induit par les changements de phases au sein de ce matériau lors de l'élévation de la température. Les essais de sollicitation thermique confirment que l'incorporation croissante de charge constituée de fumée de silice et de fibres réduit le faïençage et le transfert thermique au sein du matériau sans pénaliser la conductivité thermique du produit. La conservation de l'intégrité de la structure du matériau permet, durant un incendie, d'obtenir une meilleure stabilisation de la température mesurée sur la face froide. Les premiers transferts technologiques de cette gamme de matériaux consistent à réaliser des enduits projetés et des panneaux. Lors de tests d'incendie, au cours desquels l'élévation thermique préconisée par la norme ISO 834 est utilisée, la stabilité thermique des produits est validée. Cependant, les essais montrent que les forts gradients thermiques imposés à la structure lors des premières minutes de la chauffe entraînent une instabilité mécanique des matériaux isolants développés. Il convient alors d'envisager une amélioration du principe constructif de telles structures.


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Informations

  • Détails : 183 p., 1 vol.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.p.160-168.(132 réf.). Index

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut National des Sciences Appliquées. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : THE FEJ
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