Valorization of limestone co-products for construction : performance and durability of seashell-based concretes

Valorisation de co-produits calcaires pour la construction : performance et durabilité de bétons coquilliers Chaque année dans le monde, 6.6 millions de tonnes d'huitres sont produites dont 86 000 tonnes en France. Une fois consommées, les coquilles vides constituent des déchets calcaires qu'il est possible de valoriser dans les bétons. Les recherches pour cette application ont mis en évidence des caractéristiques intéressantes de ces co-produits, qui pourraient être utilisés au sein de bétons porteurs tout en apportant des propriétés de régulation hygrique et thermique et en répondant à différentes problématiques environnementales.Cette thèse s'intéresse plus particulièrement à la valorisation de ces co-produits coquilliers d'huitres sous forme d'ajouts calcaires en remplacement des gravillons dans les bétons. L'objectif de cette étude est de comprendre les interactions co-produits calcaires/matériaux cimentaires afin de développer un béton porteur isolant et régulateur en humidité.Pour cela, une caractérisation des co-produits coquilliers a d'abord été effectuée et a mis en évidence une microstructure particulière contenant deux phases faites de calcite : une phase dense et une phase présentant une porosité additionnelle. L'étude de la composition chimique des co-produits a également mis en évidence la présence de matière organique notamment constituée de protéines ayant participé à la fabrication de la coquille.Des bétons dans lesquels 50% des gravillons ont été remplacés par des granulats d'huitres ont été formulés, d'abord en visant la même application (affaissement et résistance mécanique similaires), puis en conservant des proportions volumiques similaires entre les différentes formulations. Deux ciments ont été utilisés : un ciment CEM I de référence et un ciment CEM III/C afin de limiter l'impact environnemental du béton formulé.Ces bétons ont d'abord été étudiés d'un point de vue mécanique. La présence de coquilles entraine une diminution de la résistance mécanique des bétons, diminution qui est limitée en présence de ciment CEM III. Le remplacement à 50% des gravillons permet d'obtenir un béton avec une résistance mécanique suffisante pour être porteur. Les coquilles entrainent une diminution du module d'Young des bétons et une augmentation de leur retrait, principalement liée au plus faible module d'Young des coquilles. Le comportement en fissuration des bétons de coquilles est similaire à celui des bétons de référence mais la présence de coquilles est à l'origine d'un effet fibre à l'intérieur des bétons notamment grâce à la forme des granulats de coquilles.Les bétons de coquilles présentent une augmentation de leur capacité d'isolation thermique et de régulation hygrique notamment liée à la porosité additionnelle amenée par les coquilles. Cependant, cette augmentation n'est pas suffisante pour permettre de se passer d'isolant dans un dispositif constructif.Une étude de durabilité a également été effectuée et a permis de montrer que la porosité des bétons de coquilles augmente notamment via l'ajout de la porosité interne des coquilles mais également via une augmentation de la porosité aux interfaces entre les coquilles et la pâte cimentaire. Les bétons de coquilles présentent une meilleure résistance aux chlorures, ce qui permettrait un usage en milieu marin.Enfin, une modélisation des propriétés élastique, thermique et de transferts des bétons de coquilles a été effectuée par homogénéisation afin de tendre vers une optimisation des formulations.