Eco-conception de nouveaux agromatériaux à partir de cendre de chaudière biomasse. Relation structures-propriétés

par Hafida Zmamou

Thèse de doctorat en Physico-chimie des matériaux

Sous la direction de Daniel Levacher et de Nathalie Leblanc.

Les rapporteurs étaient François Buyle-Bodin, Dimitri Deneele.


  • Résumé

    Valoriser des coproduits industriels en matériaux dits alternatifs en technique routière selon le guide méthodologique du SETRA est à l'heure actuelle un défi scientifique majeur pour l'environnement et l'économie circulaire. Les Cendres Volantes Papetières (CVP) sont des résidus de l'industrie papetière. Des études antérieures ont démontré qu'elles possèdent des propriétés hydrauliques et/ou pouzzolaniques. Ces coproduits disponibles en grande quantité à des prix attractifs constituent un atout pour une valorisation matière. L'incitation à utiliser des matériaux alternatifs est en parfaite adéquation avec la volonté de valoriser des CVP en technique routière. Utilisées comme liants, ces dernières présentent un impact faible au niveau de l'empreinte carbone par rapport aux liants hydrauliques usuels. Ce travail de recherche a été initié pour valoriser en tant qu'éco-matériaux des volumes conséquents de CVP. Deux voies de valorisation ont été retenues. Elles consernet la mise en oeuvre d'un matériau routier innovant pour les techniques routières, l'aménagement du territoire et la conception d'agromatériaux pour la construction. Ce travail propose une double approche expérimentale : (i) l'optimisation d'une matrice à base de CVP et d'additifs minéraux, puis (ii) l'ajout de granulats végétaux pour élaborer des agromatériaux. Les granulats végétaux sélectionnés sont des coproduits de l'agriculture. Ils sont issus de ressources renouvelables locales, employant une main d'oeuvre en mobilisant des savoir-faire locaux, pour rester dans le cadre d'une valorisation matière en circuit court. L'étude comporte quatre volets : (1) formulations et mise en oeuvre des éco-matériaux à base de CVP, (2) analyse de leur comportement mécanique, de leur durabilité et du comportement à long terme, (3) comportement environnemental et (4) analyse microstructurale des éco-matériaux élaborés. Le traitement des CVP à l'eau avec des additifs minéraux diminue considérablement leur impact environnemental. L'analyse des paramètres comportementaux a permis d'obtenir un éco-matériau (A) et un éco-agromatériau (AG) potentiellement valorisables en ingénierie routière. La mise en pratique avec prise en compte du changement d'échelle , i. E. Passage du laboratoire à l'échelle d'un pilote, a été étudiée. Une plate-forme routière et deux chemins piétonniers, constituant la planche expérimentale avec essais de validation, ont d'une part été réalisés. Plusieurs séries de matériaux de construction comprenant des pavés, des briques, des boisseaux et des parpaings ont d'autre part été mises en oeuvre à l'unité. Il a été possible de conclure qu'une combinaison entre 95% CVP + 5% ciment ou 95% CVP + 5% ciment + 2% de chènevotte constitue les mélanges les plus prometteurs pour les deux applications.


  • Résumé

    Valorizing the industrial by-products int alternative materials for road engineering according to SETRA recommendations is a major scientific challenge for the environment and the circular economy. The Wastepaper Sludge Ash (WSA) is a waste material that comes from the recycled paper industry. Previous studies showed that they have hydraulic and/or pouzzolanic properties. These by-products being available in large quantities at attractive cost are an asset for material valorization. To use alternative materials is in perfect adequacy with the fact of valorizing WSA in road engineering. As binders, WSA having a low impact in terms of carbon print compared to usual hydraulic binders. This research work was undertaken to valorize as eco-materials, important volumes of WSA. Two application fields were selected. They consern the implementation of an innovative road material for road engineering and territorial management, and the eco-design of agromaterials for construction. This work proposes two experimental approaches : (1) on optimization of the matrix based on WSA and mineral additives and (ii) addition of natural aggregates for making eco-agromaterials. The natural aggregates are renewabke resources obtained from agriculture. These chosen aggregates are local resources, using local handcraft, and mobilizing the local expertise for short circuit of material valorization. The study contains four parts : (1) formulations and implementation of eco-materials, (2) analysis of their mechanical behavior, their durability and long-term behavior, (3) a study of environmental behavior and (4) a microstructural analysis of eco-materials. The WSA treatment with water and mineral additives decreases considerably their environmental impact. The correlation between these parameters allowed obtaining an eco-material (A) and eco-agromaterial (AG) potentially recoverable in road engineering. The practice takes into account the change of scale i. E. Transition from the laboratory scale to the pilot scale, this aspect was studied. On one hand a reduced road platform and two pedestrian pathways constituting the test on site for validation have been performed. On the other hand, series of materials, i. E. Pavements, bricks and concrete blocks were made. It was possible to conclude that a mixture composed with 95% WSA + 5% cement or 95 % WSA + 5% cement + 2% hemp shives gives the best promising mixes for these two applications.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (276 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 180 références

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  • Bibliothèque : Université de Rouen. Service commun de la documentation. Section sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 15/ROUE/S055
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