Interaction entre le matériau cimentaire et les micro-organismes marins

Interaction between cementitious material and marine microorganisms

• Auteur / Autrice : Marine Georges
• Direction : Mohamed Boutouil, Daniel Chateigner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 22/11/2021
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (Caen ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Claquin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Boutouil, Daniel Chateigner, Thierry Chaussadent, Françoise Fritz-Feugeas, Marie Salgues, Amel Bourguiba, Martin Ubertini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Chaussadent, Françoise Fritz-Feugeas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mortier

Diatomées

Microstructure (physique)

Biofilms

Béton

Mots clés libres

Matériau cimentaire

Couche superficielle

Cementitious material

Biofilm

Microstructure

Surface layer

Bio-colonisation

Résumé

Aujourd’hui, les matériaux cimenaires sont majoritairement utilisés pour la construction d’infrastructures maritimes ou de récifs artificiels. Ces derniers sont rapidement colonisés par un biofilm composé de microorganismes qui au cours du temps peut modifier sa composition et sa microstructure. Dans ce contexte, cette thèse vise à comprendre et suivre les interactions entre les micro-organismes marins et la matrice cimentaire. Les matériaux cimentaires étudiés pendant cette thèse sont le mortier et le béton. Les principaux objectifs associés portent sur la capacité des microalgues à assimiler certains nutriments provenant de la matrice cimentaire. Il en ressort que les diatomées Cylindrotheca closterium peuvent assimiler la silice dissoute provenant du mortier lorsque son milieu en est limité. Par ailleurs, celles-ci sont capables de s’acclimater à la disponibilité en silicium. Un des autres objectifs est d’étudier l’effet du biofilm sur la couche superficielle du matériau en fonction du temps. Des analyses de composition et de microstructure ont été réalisées. Des études accélérées en laboratoire et en mésocosme ont été mises enplace. Une fois immergé, des modifications de la composition du matériau cimentaire ont été observées.L’activité biologique du biofilm a provoqué une augmentation de la dissolution en profondeur de la portlandite. La formation de carbonates de calcium est rapidement observée une fois le matériau immergé en eau de mer. La forme des carbonates de calcium varie suivant que le matériau cimentaire est colonisé ou non. A long terme, la bio-colonisation joue également un rôle protecteur contre la pénétration de ces agents agressifs.

Today, the cementitious materials are mostly used for the construction of marine infrastructures or artificialreefs. These are rapidly colonised by a biofilm composed of micro-organisms which over time can modifyits composition and its microstructure. In this context, this thesis aims to understand and monitor theinteractions between marine micro-organisms and the cementitious matrix. The cementitious materialsstudied during this thesis are mortar and concrete. The main objectives of this thesis focus on the ability ofmicroalgae to assimilate certain nutrients from the cementitious matrix. It emerges that the diatomsCylindrotheca closterium can assimilate dissolved silica from the mortar when its environment is limited.Furthermore, they are able to acclimatise to silicon availability. Another objective is to study the effect ofthe biofilm on the surface layer of the material as a function of time. Compositional and microstructuralanalysis were performed. Accelerated laboratory and mesocosm studies were carried out. Once immersed,changes in the composition of the cementitious material were observed. The biological activity ofthe biofilm caused an increase of the portlandite dissolution in depth. The formation of calcium carbonatesis rapidly observed once the material is immersed in sea water. The form of the calcium carbonates variesaccording to whether the cementitious material is colonised or not. In the long term, the bio-colonisationalso plays a protective role against the penetration of these aggressive agents.