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Durability of bio-aggregate building insulation materials
No full textL'utilisation de matériaux isolants à base de granulats végétaux est en plein essor notamment pour la réhabilitation du bâti ancien, améliorant ainsi le confort des habitants. Ces matériaux possèdent des propriétés thermiques, hydriques et acoustiques appréciables. Cependant, leur développement est encore limité par le manque d'information sur l'évolution de leurs performances à long terme. Ainsi, l’objectif de cette étude est d’évaluer l’évolution des propriétés fonctionnelles du béton de chanvre, en identifiant les mécanismes de vieillissement lorsque le matériau est exposé à différents types d'environnements. Pour cela, deux bétons de chanvre formulés avec une même chènevotte et deux liants de nature chimique différente sont retenus. L’approche utilisée dans cette étude est pluridisciplinaire (chimique, physico-chimique, microbiologique, microstructurale, acoustique, thermique et mécanique) et multi échelle. L'étude des propriétés chimiques et microstructurales permet de comprendre les variations des propriétés fonctionnelles. Dans un premier temps, la caractérisation initiale des deux formulations a permis de mettre en évidence l’absence d’influence de la nature du liant sur les propriétés fonctionnelles des isolants, ce qui peut être en partie expliqué par des microstructures similaires. Une faible résistance mécanique des matériaux, liée à l'inhibition de la prise des liants en raison de leurs interactions avec les molécules extraites de la chènevotte, a également été mise en évidence. Dans un second temps, les bétons de chanvre ainsi que la chènevotte brute sont soumis à un vieillissement accéléré en imposant des cycles d’humidification/séchage pendant deux ans. Les modifications des performances des matériaux à différentes échéances sont comparées à celles d'échantillons de référence placés à 50% d’humidité relative et une température constante contrôlée. Dans les conditions de référence, aucune variation de propriétés n'est observée. Pour le vieillissement accéléré, les variations de propriétés mises en évidence sont induites par différents paramètres. Dans le cas de la chènevotte brute, l’action des microorganismes et l’adsorption d’eau entrainent une perte de masse et l'ouverture des porosités à l'origine des variations des propriétés acoustiques et hydriques. Pour le béton de chanvre, aucun développement fongique n’est observé en surface du matériau. En revanche, l’action de microorganismes est bien visible à l’intérieur des granulats végétaux, et des mécanismes supplémentaires sont identifiés : les réactions d'hydratation et de carbonatation au sein du liant ainsi que la minéralisation de la chènevotte entrainent des variations de propriétés thermiques, acoustiques et hydriques en modifiant la microstructure des bétons de chanvre. En conclusion, l’absence de variations des propriétés des bétons de chanvre dans les conditions de référence laisse penser que dans un bâtiment réel, leurs propriétés peuvent être stables dans le temps, les pathologies observées étant alors liées à une mise en œuvre défaillante. Pour aller plus loin, les résultats obtenus lors de ce travail devront être validés par une étude in situ qui permettrait d’estimer la durée de vie de ces matériauxThe use of insulating materials based on plant aggregates is growing quickly, especially for the rehabilitation of old buildings, thus improving the comfort of residents. These materials have significant thermal, hydric and acoustic properties. However, their development is still limited by the lack of information on the evolution of their long-term performances. Thus, the objective of this study is to evaluate the evolution of the functional properties of hemp concretes, by identifying the aging mechanisms when the material is exposed to different types of environments. For this aim, two hemp concretes formulated with one type of hemp and two binders with different chemical nature are retained. The approach of this study is multidisciplinary (chemical, physico-chemical, microbiological, microstructural, acoustic, thermal and mechanical) and multi-scale. The study of chemical and microstructural properties allows the understanding of the variations of functional properties. Firstly, the initial characterization of the both hemp concretes made it possible to demonstrate the absence of impact of the nature of the binder on the functional properties of the insulators, which can be partly explained by their similar microstructure. A weak mechanical resistance of the materials was also highlighted, related to the inhibition of the setting of the binders because of their interactions with the molecules extracted from the shiv. Secondly, hemp concretes and bulk shiv hemp are subjected to an accelerated aging by imposing cycles of humidification / drying during two years. The modifications of the material performances at different time scales are compared to reference samples stored at 50% of relative humidity and a constant controlled temperature. Under reference conditions, no variation in properties is observed. For accelerated aging, the variations of properties highlighted are induced by several parameters. In the case of bulk shiv, the action of microorganisms and the adsorption of water lead to a loss of mass and to the opening of porosities, leading to variations in acoustic properties. For hemp concretes, no fungal development is observed on the surface of the material. On the other hand, the action of microorganisms is clearly visible inside the plant aggregates, and additional mechanisms are identified: the hydration and carbonation reactions within the binder as well as the mineralization of the vegetal particles cause variations in thermal, acoustic and hydric properties by modifying the microstructure of hemp concretes.In conclusion, the absence of variations in the properties of hemp concretes in the reference conditions suggests that in a real building, their properties can be stable over time, the observed pathologies then being due to a faulty implementation. To go further, the results obtained during this work have to be validated by an in-situ study to be able to estimate the lifetime of these material
Durability of HDPE geomembranes used in basal liner systems of municipal solid waste landfills
No full textLes géomembranes (GMB) en polyéthylène haute densité (PEHD) sont utilisées comme barrière d'étanchéité dans les installations de stockage de déchets non dangereux (ISDND). Malgré les bonnes propriétés initiales du PEHD, face aux agressions chimiques et biologiques d'un lixiviat de déchets et aux contraintes thermiques et mécaniques générées par le massif de déchets, sa durabilité reste une question ouverte. L'objectif de cette thèse est de contribuer au développement d'un modèle cinétique non empirique de prédiction de la durée de vie des GMB en PEHD, qui prend simultanément en compte les effets du vieillissement chimique et biologique. Pour cela, nous cherchons à déterminer d'une part les paramètres d'extraction des antioxydants constitutifs des GMB, première étape du vieillissement des GMB, et d'autre part les paramètres cinétiques de vieillissement oxydatif des PE, deuxième étape de vieillissement. Ceci nécessite de connaître et de comprendre les mécanismes physico-chimiques impliqués dans le vieillissement des PE dans les conditions particulières des ISDND. A partir d'une approche multi-échelle (macro- micro) et à l'aide de différentes techniques (IRTF, GPC HT, AED, essais de traction,…), nous évaluons l'impact du vieillissement accéléré sur la composition chimique, les structures macromoléculaire et cristalline ainsi que les propriétés d'usage des GMB et des films en PEHD. Cette étude a permis de déterminer un critère de fin de vie pertinent pour évaluer la durée de vie de la GMB : la fragilisation qui correspond à une masse molaire critique M'C d'environ 100 kg.mol-1. Un couplage de la modélisation chimique de la dégradation oxydante du polymère et biologique de la cinétique de croissance du biofilm est proposé. Enfin, dans une dernière partie, la même approche multi-échelle a été utilisée pour caractériser la dégradation de GMB vieillies 18 ans en bassin de stockage d'eau pour ainsi déterminer les mécanismes impliqués dans le vieillissement sur siteHigh Density PolyEthylene (HDPE) geomembranes (GMB) are used as basal liners in municipal solid waste (MSW) landfills. In spite of the good initial properties of the HDPE, his durability remains poorly known face to the chemical and biological strains of the MSW landfill leachate and the thermal and mechanical strains generated by the solid waste. The objective of this thesis is to contribute to the development of a non-empirical kinetic model for predicting HDPE GMB life cycle, that simultaneously takes into accounts the chemical and biological aging effects. For this purpose, we seek to determine on the one hand the extraction process parameters of the antioxidants present in the GMB, first step of the GMB aging, and on the other hand the kinetic parameters of the PE thermo-oxidation, second step of the GMB aging. This requires knowing and understanding the physico-chemical mechanisms involved in the PE aging in the particular conditions of MSW landfills. Using a multi-scale methodology (macro-micro) and multi-technique approach (FTIR; GPC-HT, DSC, tensile tests, …), we assess the impact of the accelerated aging on the chemical composition, on the macromolecular and crystalline structures and on the used properties of HDPE GMB and films. This study identified a relevant endlife criterion for assessing the GMB service lifetime: the embrittlement which corresponds to a critical molecular mass M'C of about 100 kg.mol-1. Coupling chemical oxidative degradation modelling of the polymer and biofilm growth kinetic modelling is proposed. In the last part, the same type of multi-scale approach has been applied to characterize the degradation of HDPE GMB aged 18 years in water storage basin in order to determine the mechanisms involved in natural agin
La caractérisation des matériaux organiques utilisés en génie civil par des méthodes chimiques et physico-chimiques, In : Matériaux organiques spécifiques pour la construction, chapitre 13
No full textDu domaine de la route à celui des ouvrages d'art, les matériaux organiques utilisés sont très divers (bitumes, peintures, ciments), mais l'étude de leur structure chimique et de leur composition fait généralement appel aux mêmes techniques d'analyses. Sans prétendre être exhaustif, ce chapitre complète et actualise la présentation des méthodes chimiques, physico-chimiques, physico-mécaniques et thermomécaniques faite précédemment à travers l'exposé de quelques travaux de recherche menés sur l'étude de la structure chimique de matériaux organiques de base utilisés en génie civil et de leurs additifs. L'originalité de ce travail réside essentiellement dans l'adaptation des méthodes et des conditions d'analyse, l'extension de leur domaine d'application et l'interprétation des résultats à la nature du matériau à analyser (liants bitumineux, peintures anticorrosion, adjuvants organiques introduits dans les matériaux cimentaires) et la problématique posée
Characterization of Organic Materials used in Civil Engineering by Chemical and Physico-chemical Methods
No full textLa caractérisation des matériaux organiques utilisés en génie civil par des méthodes chimiques et physico-chimiques, In : Matériaux organiques spécifiques pour la construction, chapitre 13
No full textDu domaine de la route à celui des ouvrages d'art, les matériaux organiques utilisés sont très divers (bitumes, peintures, ciments), mais l'étude de leur structure chimique et de leur composition fait généralement appel aux mêmes techniques d'analyses. Sans prétendre être exhaustif, ce chapitre complète et actualise la présentation des méthodes chimiques, physico-chimiques, physico-mécaniques et thermomécaniques faite précédemment à travers l'exposé de quelques travaux de recherche menés sur l'étude de la structure chimique de matériaux organiques de base utilisés en génie civil et de leurs additifs. L'originalité de ce travail réside essentiellement dans l'adaptation des méthodes et des conditions d'analyse, l'extension de leur domaine d'application et l'interprétation des résultats à la nature du matériau à analyser (liants bitumineux, peintures anticorrosion, adjuvants organiques introduits dans les matériaux cimentaires) et la problématique posée
Characterization of organic materials in civil engineering by chemical and physicochemical methods, chapter 25 In : Yves Mouton (Eds), Organic Materials for Sustainable Construction
No full textFrom the domain of roads to the domain of construction, the organic materials used are very diverse (bitumens, paints, cements, etc), but studying their chemical structure and their composition generally uses the same analysis techniques. Without claiming to be exhaustive, this chapter completes and brings up to date the presentation of chemical, physicochemical, physicomechanical and thermomechanical properties previously offered through research studying the chemical structure of basic organic materials and their additives, used in civil engineering. The original aspect of this work primarily lies in adapting methods and analysis conditions, the extension of their application domain and interpreting their results according to the nature of the material being analyzed (bitumen binders, anti-corrosive paints, organic admixtures used in cementing materials) and the problems posed
La spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) : Une méthode intéressante pour la caractérisation des ciments
No full textInfrared spectrometry, which is frequently applied to analyze organic compounds, is still very little used for the characterization of mineral products, in spite of technical advances that have considerably improved the quality of infrared spectra, in particular the use of the Fourier transform in signal processing. This paper shows that infrared Fourier transform spectometry can be a valuable technique for characterizing cement, in particular in the context of structural surveys ; however, the identification of some constituents remains problematic. The authors have built up a specific library of IRFT spectra (in transmission mode) for the constituents and the different phases of anhydrous and hydrated cement and use this data to characterize synthetic and industrial concrete. They describe how IRFT spectrometry can be used to monitor the cement hydration process. The paper shows that IRFT analysis constitutes a valuable analytical tool providing rapid and accurate diagnosis. For example, this technique is used to characterize the products formed during the bleeding that occurs when grout is injected into prestressing ducts.La spectrométrie infrarouge, couramment employée pour l'analyse des composés organiques, reste encore très peu utilisée dans le domaine de la caractérisation des produits minéraux, ce, malgré les progrès techniques qui ont permis d'améliorer considérablement la qualité des spectres infrarouges, notamment l'utilisation de la transformée de Fourier pour le traitement du signal. L'article montre que l'infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) peut s'avérer une technique intéressante pour caractériser des ciments, notamment dans le cas d'expertises ; cependant, quelques difficultés à identifier certains composants subsistent. Les auteurs ont établi une bibliothèque de spectres IRTF en mode transmission, spécifique aux constituants et aux différentes phases des ciments anhydres et hydratés, et utilisent ces données pour caractériser des ciments synthétiques et des ciments industriels. Ils décrivent comment la spectrométrie IRTF peut être utilisée pour suivre l'hydratation des ciments. L'article montre que l'analyse par IRTF est un outil analytique intéressant pour répondre aux exigences d'un diagnostic rapide et pertinent. Par exemple, cette technique est employée pour caractériser les différents produits formés lors du phénomène de ressuage observé au cours de l'injection de coulis dans les gaines de précontrainte
Durabilité des géomembranes en polyéthylène haute densité utilisées dans les installations de stockage de déchets non dangereux
No full textLes géomembranes (GMB) en polyéthylène haute densité (PEHD) sont utilisées comme barrière d'étanchéité dans les installations de stockage de déchets non dangereux (ISDND). Malgré les bonnes propriétés initiales du PEHD, face aux agressions chimiques et biologiques d'un lixiviat de déchets et aux contraintes thermiques et mécaniques générées par le massif de déchets, sa durabilité reste une question ouverte. L'objectif de cette thèse est de contribuer au développement d'un modèle cinétique non empirique de prédiction de la durée de vie des GMB en PEHD, qui prend simultanément en compte les effets du vieillissement chimique et biologique. Pour cela, nous cherchons à déterminer d'une part les paramètres d'extraction des antioxydants constitutifs des GMB, première étape du vieillissement des GMB, et d'autre part les paramètres cinétiques de vieillissement oxydatif des PE, deuxième étape de vieillissement. Ceci nécessite de connaître et de comprendre les mécanismes physico-chimiques impliqués dans le vieillissement des PE dans les conditions particulières des ISDND. A partir d'une approche multi-échelle (macro- micro) et à l'aide de différentes techniques (IRTF, GPC HT, AED, essais de traction, ), nous évaluons l'impact du vieillissement accéléré sur la composition chimique, les structures macromoléculaire et cristalline ainsi que les propriétés d'usage des GMB et des films en PEHD. Cette étude a permis de déterminer un critère de fin de vie pertinent pour évaluer la durée de vie de la GMB : la fragilisation qui correspond à une masse molaire critique M'C d'environ 100 kg.mol-1. Un couplage de la modélisation chimique de la dégradation oxydante du polymère et biologique de la cinétique de croissance du biofilm est proposé. Enfin, dans une dernière partie, la même approche multi-échelle a été utilisée pour caractériser la dégradation de GMB vieillies 18 ans en bassin de stockage d'eau pour ainsi déterminer les mécanismes impliqués dans le vieillissement sur siteHigh Density PolyEthylene (HDPE) geomembranes (GMB) are used as basal liners in municipal solid waste (MSW) landfills. In spite of the good initial properties of the HDPE, his durability remains poorly known face to the chemical and biological strains of the MSW landfill leachate and the thermal and mechanical strains generated by the solid waste. The objective of this thesis is to contribute to the development of a non-empirical kinetic model for predicting HDPE GMB life cycle, that simultaneously takes into accounts the chemical and biological aging effects. For this purpose, we seek to determine on the one hand the extraction process parameters of the antioxidants present in the GMB, first step of the GMB aging, and on the other hand the kinetic parameters of the PE thermo-oxidation, second step of the GMB aging. This requires knowing and understanding the physico-chemical mechanisms involved in the PE aging in the particular conditions of MSW landfills. Using a multi-scale methodology (macro-micro) and multi-technique approach (FTIR; GPC-HT, DSC, tensile tests, ), we assess the impact of the accelerated aging on the chemical composition, on the macromolecular and crystalline structures and on the used properties of HDPE GMB and films. This study identified a relevant endlife criterion for assessing the GMB service lifetime: the embrittlement which corresponds to a critical molecular mass M'C of about 100 kg.mol-1. Coupling chemical oxidative degradation modelling of the polymer and biofilm growth kinetic modelling is proposed. In the last part, the same type of multi-scale approach has been applied to characterize the degradation of HDPE GMB aged 18 years in water storage basin in order to determine the mechanisms involved in natural agingPARIS-EST-Université (770839901) / SudocSudocFranceF
Bitumen emulsions formulation and destabilisation process relationship: influence of salts addition
No full textTo simulate ionic species release from hydrolysis reactions when bitumen emulsions come into contact with gravel, electrolyte solutions have been added to cationic emulsions and their impact on emulsions stability has been tested. In order to understand how the different parameters (oils viscosity, oils and electrolytes nature) influence the emulsion destabilisation, which included a gelation process, different materials have been used: two bitumen from different origins as well as two silicone oils with different viscosities, acting as model oils to simplify the system. According to cationic emulsifier, a quaternary ammonium salt was used. The different emulsions have been studied. Macroscopic and microscopic observations as well as size distribution measurements have been performed to evaluate the emulsion destabilisation. Results obtained show relationships between emulsion formulation and destabilisation evolution (gelation process included) of the materials studied. Phenomena observed could be interpreted by well-known mechanisms such as flocculation and coalescence. Moreover, it will be discussed how the coalescence and relaxation shape kinetics, probably due to salt and emulsion formulation, affect the gelation phenomenon
Influence des rayons UV sur le vieillissement de liants bitumineux : comparaison avec une expérimentation de terrain
No full textLe vieillissement des liants bitumineux est, en partie, responsable des dégradations de leurs propriétés physiques et mécaniques. Actuellement, les méthodes de laboratoire normalisées simulant le vieillissement à court terme (RTFOT) et à long terme (PAV) ne tiennent pas compte de l'influence des rayonnements UV du soleil. Afin d'expliquer les divergences observées entre les simulations de laboratoire et le vieillissement sur route, cette article décrit l'utilisation d'un appareillage, conçu pour le vieillissement des peintures, pour évaluer l'influence de la structure d'un élastomère et de la nature de la base bitume et, pour comparer le vieillissement dû à l'exposition UV en laboratoire aux méthodes normalisées et au vieillissement in situ. Le vieillissement a été suivi par l'évolution des groupements carbonyle déterminés par spectrométrie IRTF
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