Impact des nano-particules sur le comportement au jeune âge et à l’état frais des matériaux à base de ciment

par Théau Conte

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Mohend Chaouche.

Soutenue le 15-06-2017

à l'Université Paris-Saclay (ComUE) , dans le cadre de École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences (Cachan, Val-de-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire de mécanique et technologie (Cachan, Val-de-Marne) (laboratoire) .

Le président du jury était Ahmed Loukili.

Le jury était composé de Mohend Chaouche, Ahmed Loukili, Nicolas Roussel, Lazhar Benyahia, Rachid Bennacer, Abdelhak Kaci.

Les rapporteurs étaient Nicolas Roussel, Lazhar Benyahia.

mots clés

• Nano particules
• Ciment
• Matériaux
• Rhéologie
• Nanoparticules -- Thèses et écrits académiques
• Éco-matériaux -- Thèses et écrits académiques
• Ciment -- Thèses et écrits académiques

Résumé

Ce travail de thèse rentre dans le cadre de la problématique générale, en plein développement actuellement, concernant l’exploitation des nanotechnologies pour le développement d’écomatériaux, dont les propriétés sont significativement améliorées et élargies. A cause de leur surface spécifique particulièrement élevée, l’ajout d’une infime quantité (de l’ordre du % par rapport au ciment) de particules nanométriques à une formulation d’un matériau cimentaire peut entrainer des modifications significatives des propriétés du produit. Ces modifications peuvent intervenir à tout niveau de maturation du matériau en impactant les propriétés correspondantes : état frais (rhéologie), jeune âge (cinétique de prise, retrait, fissuration) et état durci (propriétés mécaniques, thermiques et durabilité).Le principal travail de cette thèse a consisté à étudier l’impact de nano particules isotropes (nano silice) et anisotropes (nano argile) sur la rhéologie des matériaux cimentaires à l’aide d’un nouveau protocole : la rhéologie oscillatoire aux grandes amplitudes. De plus, l’impact de celle-ci sur le processus d’hydratation des matériaux contenant de hauts dosages en laitier de haut fourneaux a aussi été étudié.

mots clés

• Nano particles
• Cement
• Materials
• Rheology

Titre traduit

Impact of nano particle on the early age and fresh state behavior of cement based materials

Résumé

This PhD gets in the larger topic of the use of nano-technology to develop eco-friendly materials whose properties are improved. Due to their very high specific surface, a very low quantity (only a few percent) of nano particles into a cement-based material can induce significant changes of materials properties. These changes can take place at every ages of materials such as fresh state (rheology), young age (kinetic of hydration, shrinkage) or long term (mechanical, thermal properties and durability). During this PhD, different types of nano particles are considered: isotropic (nano silica) or anisotropic (nano clay). The main objective is to consider the impact of nano particles on rheological properties considering a new rheological protocol: large amplitude oscillation shear (LAOS). Besides, interaction between nano particles and hydration products in the case of cement based material containing high dosage of slag is also considered. This study will help to understand how nano particles change material properties at fresh state and young age. Indeed, it is at these ages that materials properties are lower when cement is replaced by other material.