Recycling of seashell wastes for high performance and lower environmental impact cementitious materials (grouts, mortar, concrete)

Recyclage des déchets de coquillages pour obtenir des matériaux cimentaires à haute performance et à faible impact sur l'environnement (coulis, mortier, béton) Les matériaux cimentaires figurent parmi les plus utilisés dans le monde, faisant de l'industrie de la construction le plus grand consommateur de ressources naturelles telles que le gravier et l'eau. Cette surexploitation conduit à un épuisement rapide de ces ressources. Par ailleurs, l'utilisation du ciment Portland ordinaire (CPO) comme principal liant dans la majorité des matériaux cimentaires aggrave les émissions de CO2 associées à la construction. Ces problèmes vont s'intensifier avec la croissance continue du secteur. Ce projet de thèse vise donc à explorer des matériaux cimentaires alternatifs, innovants et respectueux de l'environnement, répondant aux objectifs de développement durable.Pour atténuer l'épuisement des ressources, des coquilles de mollusques ont été utilisées comme alternative durable aux agrégats naturels. Composées principalement de carbonate de calcium, ces coquilles sont des déchets et présentent des propriétés mécaniques remarquables, les rendant aptes à être utilisées comme agrégats dans les matériaux cimentaires. La valorisation des coquilles de mollusques contribue également à réduire les déchets produits par l'industrie des fruits de mer. Les coquilles de Crepidula Fornicata, Crassostrea Gigas, Pecten Maximus et Pinctada Maxima ont été transformées en divers types d'agrégats à différentes étapes du projet. Pour réduire les émissions de CO2 liées au CPO, du ciment sans clinker activé par des alkalis (AAS) a été utilisé, réduisant ainsi les émissions de CO2 jusqu'à 80% par rapport au CPO. Trois matériaux cimentaires distincts ont été créés pour trois secteurs industriels.Premièrement, des coulis ultra-légers avec une densité spécifique de 1,2 ont été formulés en utilisant des coquilles finement broyées pour la cimentation de puits géothermiques. Les quatre types de coquilles ont été utilisés pour produire quatre coulis différents. Le métakaolin a été entièrement remplacé par de la poudre de coquilles dans une formulation industrielle comprenant cénosphères, ciment et métakaolin. À l'état frais, l'ajout de poudre de coquilles a réduit le "yield stress", la viscosité plastique et la gélification, mesurés à température ambiante et élevée. À 85 °C et 18 MPa, les échantillons contenant des coquilles ont développé une résistance plus rapide que l'échantillon classique à base de métakaolin. À l'état solide, ces échantillons présentaient de meilleures propriétés élastiques et flexurales que l'échantillon classique, avec une conductivité thermique légèrement supérieure en conditions saturées.Ensuite, des bétons ont été formulés avec du ciment AAS et 100% d'agrégats de coquilles de Pecten Maximus. L'étude visait à remplir les vides dans les agrégats de coquilles avec un filler de calcite pour minimiser la quantité de ciment AAS. L'objectif était d'atteindre une classe de béton C30/37 avec 410 kg/m³ de ciment, en variant le rapport eau-ciment (e/c). La résistance a été atteinte avec des rapports e/c de 0,35 et 0,30. Les propriétés à l'état frais ont également été analysées pour optimiser la formulation finale du béton pour de futures études.Enfin, un mortier de réparation a été formulé avec du ciment AAS et 100% de sable de coquilles de Crassostrea Gigas. Ce mortier est destiné au rejointoiement des structures portuaires en Nouvelle-Aquitaine, France. Différents mortiers, à rapports e/c variables, ont été comparés à un mortier industriel utilisé localement. Les résultats ont montré que le mortier de C. Gigas présentait de bonnes propriétés de résistance à la compression, d'élasticité et d'état frais, le rendant conforme aux normes pour la réparation d'unités structurelles.En conclusion, cette thèse démontre la faisabilité de formuler des bétons et mortiers à partir d'agrégats de coquilles et de ciment AAS, ainsi que la possibilité de produire des coulis ultra-légers pour la cimentation de puits en utilisant des poudres de coquilles finement broyées.