Etude de l'encrassement biologique de matériaux cimentaires en eau de rivière : analyse de l'influence des paramètres de surface des pâtes cimentaires

par Karim Ben Ahmed

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Françoise Fritz-Feugeas et de Christophe Fond.

Soutenue le 12-07-2016

à Strasbourg , dans le cadre de École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....) , en partenariat avec Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg) (laboratoire) .

Le président du jury était André Lecomte.

Le jury était composé de Nicolas Serres.

Les rapporteurs étaient Gilles Escadeillas, Elhem Ghorbel.

mots clés

• Bioréceptivité
• Essai accéléré
• Micro-indentation
• Biodétérioration
• Densité de pics
• Modélisation
• Pâtes de ciment
• Rugosité
• Ciment -- Détérioration
• Encrassement
• Matériaux -- Biodégradation
• Rugosité

Résumé

Les aspects biologiques ne sont généralement pas considérés lors de la conception des ouvrages de génie civil, malgré que la biocolonisation puisse affecter leur durabilité. Cette thèse s’intéresse à l’encrassement biologique des matériaux cimentaires en eau de rivière. Un essai de biocolonisation phototrophe accélérée, simulant les conditions en rivière a été mis au point et validé. Il a permis l’étude de pâtes cimentaires de différentes formulations. La colonisation a été évaluée par le taux de recouvrement de la surface, estimé par une méthode proposée d’analyse d’images. Une étude de l’influence de la rugosité sur la bioréceptivité du matériau a été réalisée à travers plusieurs paramètres de différentes natures et la densité de pics (paramètre d’espacement) a montré l’influence la plus déterminante. Un modèle a été proposé pour expliquer cette influence et a donné des résultats satisfaisants. Les influences de la porosité et du pH semblent être limitées dans les conditions de l’essai. Enfin, la micro-indentation a été adaptée pour l’évaluation mécanique de la détérioration des pâtes cimentaires sur de faibles épaisseurs. Cette technique pourra être utilisée pour évaluer la biodétérioration.

mots clés

• Bioreceptivity
• Roughness
• Accelerated test
• Micro-indentation
• Biodeterioration
• Peaks density
• Modelling
• Cement pastes

Titre traduit

A study of the biofouling ot cementitious materials in river water : analysis of the influence of surface parameters of cement pastes

Résumé

The biological aspects are generally not considered in the design of civil engineering works, although the biocolonisation may affect their durability. This thesis focuses on biofouling of cementitious materials in river water. A laboratory accelerated test of phototrophic biocolonisation, simulating the river conditions, was developed and validated. It allowed the study of cement pastes of different formulations. Colonization was assessed by the recovery rate of the surface, estimated by a proposed method of image analysis. A study of the roughness influence on the bioreceptivity of the material was conducted through several roughness parameters of different natures, and the peaks density (a spacing parameter) showed the most decisive influence. A model was proposed to explain this influence and gave satisfactory results. The influences of porosity and pH appeared to be limited in the test conditions. Finally, micro-indentation was adapted to the mechanical evaluation of the deterioration of thin layers of cement pastes. This technique may be used to evaluate the biodeterioration.