Durabilité Innovation et Valorisation des Matériaux Alternatifs

Les travaux de l’équipe-projet DIMA aspirent à mieux appréhender le comportement des matériaux de construction intégrant des produits alternatifs sur trois plans : durabilité de l'ouvrage en lien avec les propriétés des matériaux mis en œuvre et l'environnement d'exposition, modélisation du comportement et évaluation du cycle de vie et des impacts environnementaux dans le cadre d'une économie circulaire.

Sites : Aix en Provence et Sourdun ; 25 agents impliqués dont 6 chercheurs permanents.

Enjeux de société

En France, le secteur de la construction au sens large, c’est-à-dire l’ensemble du BTP, représente près de 10 % du Produit Intérieur Brut [INSEE, 2015] et procure de l’emploi pour près de 1,5 millions de salariés. En 2013, le BTP était le 3ᵉ secteur générant le plus d’emplois salariés en France. Par ses effets indirects et induits, il soutient près de 13 % des emplois français. Par ailleurs, les bâtiments, les ouvrages et les réseaux changent la nature, la fonction et l’apparence de nos villes et de nos territoires. Leur construction, utilisation, maintenance, réparation, réhabilitation et démolition consomment de l’énergie et des ressources et génèrent des déchets à grande échelle.

Le secteur du BTP est de loin le plus gros producteur de déchets, avec 360 Mt en 2010 [CGDD/ SOES, 2013]. Ce secteur participe aussi de manière importante à la mise en œuvre des politiques publiques dans les domaines du transport (infrastructures), du logement, de l’éducation (écoles), de la santé (hôpitaux), de la réduction des risques naturels. Le secteur de la construction est dans une recherche continue de moyens et de stratégies pour délivrer progrès social, protection de l’environnement, meilleure utilisation des ressources, croissance économique et emploi. Ces dernières années, le développement durable est devenu une priorité politique relayée par les acteurs économiques, avec un impact encore difficile à apprécier. Il est donc aujourd’hui au centre de l’action publique et privée.

DIMA : Durabilité, Innovation et valorisation des Matériaux Alternatifs

 

Problématique scientifique

Les problématiques scientifiques visent à mieux appréhender le comportement des matériaux de construction intégrant des produits alternatifs (en particulier ceux à base de déchets de construction et de coproduits industriels) sur trois plans : (i) la durabilité de l'ouvrage en lien avec les propriétés des matériaux mis en œuvre et l'environnement d'exposition, (ii) l’optimisation des mélanges garantissant des performances mécaniques adéquates (iii) la prise en compte du cycle de vie et des impacts environnementaux dans le cadre d'une économie circulaire.

Ces problématiques se traduisent par trois questions formalisées en trois axes scientifiques :

  1. Comment prendre en compte les particularités des matériaux à base de produits alternatifs (minéralogique, physico-chimique, morphologique...) dans les outils de modélisation permettant de prédire leurs comportements à court et à long terme ?
  2. Comment formuler ces matériaux tout en s’assurant de leur durabilité, selon l’usage/l’environnement ?
  3. Quel est l’intérêt d’utiliser des matériaux alternatifs, d’un point de vue environnemental, et quel est leur apport dans l'économie circulaire ?

Différents types de matériaux sont concernés, dont en particulier ceux utilisés au sein des matériaux cimentaires pour les ouvrages d’art et bitumineux pour les réseaux d’infrastructures routières, ainsi que d’autres usages, pour lesquels les performances recherchées des matériaux de construction sont moins élevées. Le but étant d’optimiser la valorisation de certains matériaux alternatifs sans nuire à la durabilité de l'ouvrage et à l'environnement.

Résultats attendus

Les grands thèmes de recherche portés par l’équipe-projet DIMA sont déclinés en 3 grands axes applicables à différents types de matériaux (dont en particulier ceux utilisés au sein des matériaux cimentaires et bitumineux).

Pour l’Axe 1 - Mécanismes d’interactions des matériaux alternatifs :

  • Caractérisation des matériaux alternatifs ;
  • Formulation et caractérisation à l’état frais et au jeune âge, en laboratoire, des mélanges ;
  • Evolution des propriétés physico-chimiques et mécaniques du matériau ;
  • Modélisation des propriétés dans le temps.

Pour l’Axe 2 - Durabilité des matériaux dans leur environnement

  • Nouveaux protocoles de vieillissement des matériaux ;
  • Propriétés de durabilité des matériaux formulés ;
  • Modèles de prédiction des propriétés de durabilité ;
  • Validation des modèles sur des éléments de structure.

Pour l’Axe 3 - Analyse de Cycle de Vie - Économie circulaire - Impacts environnementaux

  • ICV des produits initiaux ;
  • ACV des produits initiaux ;
  • ACV des procédés ;
  • ACV des formules retenues ;
  • FDES d’éléments de structure.
Partenariat
  • Partenaires publics et réseau scientifique et technique des ministères de tutelle : CSTB, VNF, IFSTTAR, Ports
  • Partenariats industriels : EDF, PMEs, grands groupes industriels
  • Partenariats académiques : Université de Nantes, ENPC, École Centrale Paris, École des Mines d’Alès, LMDC de Toulouse, Polytech’ Orléans, université A. Mira de Béjaïa (Algérie), École Polytechnique de l’Université de São Paulo (Brésil), ESTP, Polytech’ Lille, Université de Lorraine, Université de Montpellier.
Publications récentes

- Lavergne F., Ben Fraj A., Bayane I., Barthélémy J-F, Estimating the mechanical properties of hydrating blended cementitious materials: an investigation based on micromechanics, Cement and Concrete Research, 2018, vol. 104, p. 37-60.

- Cyr M., Idir R., Poinot T., Properties of geopolymer mortars made of glass cullet, Journal of Materials Science, 2012, vol. 47, p. 2782-2797.

- Somé C., Gaudefroy V., Delaunay D., A new laboratory method to evaluate the influence of aggregate temperature on the binder-aggregate bonding: first results, Materials and Structures, 2014, Volume 47, Issue 6, p. 963-976.

- Vassaux S., Gaudefroy V., Boulange L., Pévère A., Mouillet V., Montero V., Towards a better understanding of wetting regimes at the interface bitumen/aggregate during warm-mix process, Construction and Building Materials, 2017, vol. 133, p. 182–195.

- Mouillet V., Farcas F., Chailleux E., Sauger L., Evolution of bituminous mix behaviour submitted to UV rays in laboratory compared to field exposure, Journal of Materials & Structure, 2014, Volume 47, Issue 8, p. 1287-1299

- Barthélémy J-F., Giraud A., Lavergne F., Sanahuja J., The eshelby inclusion problem in ageing linear viscoelasticity, International Journal of Solids and Structures, 2016, p. 530-542.

- Adessina A., Barthélémy J-F, Lavergne F., Ben Fraj A., Effective elastic properties of materials with inclusions of complex structure, International Journal of Engineering Science, 2017, Volume 119, p.1-15.

- Lozinguer E., Barthélémy J-F., Bouteiller V., Modelling of patch repair and efficiency of sacrificial anode for cathodic Protection (SACP), 2016, IN EUROCORR, Europeen Corrosion Congress.

- El Bèze L., Rose J., Mouillet V., Farcas F., Masion A., Chaurand P., Bottero JY., Location and Evolution of the speciation of Vanadium in bitumen and model of reclaimed bituminous mixes during aging: can Vanadium serve as a tracer of the aged and fresh parts of the reclaimed asphalt pavement mixture?, Fuel (2012), 2012, Vol. 102, p. 423-430

- Somé C., Delaunay D., Faraj J., Bailleul J-L., Boyard N., Quilliet S., Modeling of the thermal contact resistance time evolution at polymer-mold interface during injection molding: effect of polymers’ solidification, Applied Thermal Engineering, 2015, Vol. 84, p. 150-157.

- Lopes M., Gabet T., Mouillet V., Bernucci L., Durability of hot and warm asphalt mixtures containing high rates of reclaimed asphalt, Journal of Materials and Structure, 2014, Vol. 48, Issue 12, p. 3937-3948.

- Ben Fraj A., Idir R., Concrete based on recycled aggregates – Recycling and environmental analysis, Construction and Building Materials, 2017, vol.  157, p. 952–964

Thèses en cours

Noureddine GOUFI (2014-2018)
« activation de la pouzzolane algérienne pour l’élaboration d’un nouveu ciment », Thèse de l’Université des Sciences et de la Technologie d'Oran, (directeur de thèse : Kaid Nouria ; encadrement : Rachida Idir, Cerema), Financement du ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche en Algérie ;

Ayodélé ADESSINA (2015-2018)
« Les bétons à base de granulats de démolition : des propriétés microscopiques au comportement macroscopique », Thèse de l’Université Paris Est, (directeur de thèse : Luc Dormieux, laboratoire Navier ; encadrement : Amor Ben Fraj, Jean-François Barthélémy, Cerema), Financement Cerema ;

Polyca BUN (2017-2020)
« Valorisation de ressources naturelles et sous-produits locaux pour la fabrication d’éco-matériaux durables », Thèse en co-tutelle de l’Université Paul Sabatier, (directeur de thèse : Martin Cyr LMDC ; encadrement : Rachida Idir Cerema et kim Ngun BUN du ITC-GGG), Financement LMDC (France) et ITC-GGG (Cambodge) ;

Bernus KOUVEDJIN (2017-2020)
« Caractérisation et modélisation de la fissuration des matériaux viscoélastiques hétérogène : Application à l’étude de la fissuration des enrobés bitumineux sous l’impact des aléas climatiques », Thèse de Ecole Centrale Supelec Paris, (directeur de thèse : Hechmi Ben Dhia, MSSMAT ; encadrement : Cyrile Somé, Jean-François Barthélémy, Cerema), Financement Cerema ;

Louise LEMESRE (2017-2020)
« Développement, caractérisation et durabilité de géopolymères à faible impact CO2 à base de poudre de verre », Thèse de l’université de Toulouse, (directeur de thèse : Martin Cyr, LMDC ; encadrement : Rachida idir, Cerema IdF), Financement Cerema ;

Hamza BEDDAA (2017-2020)
« Effets de l’incorporation des sédiments de dragage sur les propriétés physico-chimiques, mécaniques et de durabilité des bétons », Thèse de l’Université Paris Est, (directeur de thèse : Jean-Michel Torrenti, IFSTTAR ; encadrement : Francis Lavergne, Amor Ben Fraj, Cerema), Financement Voies Navigables de France (dans le cadre du projet SEDIFLUV).

Thèses soutenues

Omar ABDULKAREEM (2014-2017)
« Microstructure and durability properties of environmentally friendly Ultra High Performance Concrete (UHPC) »
Thèse de l’Université de Nantes, (directeur de thèse : Abdelhafid Khelidj GeM ; encadrement : Amor Ben Fraj, Cerema et Marwen Bouasker PRISME), Financement de ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche en Iraq ;
Thèse soutenue le 08 décembre 2017

Sabine VASSAUX (2014-2017)
« Mouillabilité et miscibilité des bitumes et impact sur l’adhésivité : application au multi-recyclage des enrobés »
Thèse de l’Université de Montpellier (co-directeurs de thèse : V. Mouillet, Cerema Méditerranée/Dr. V. Montero, Université de Montpellier ; encadrement : Vincent Gaudefroy, Ifsttar, Laurence Boulangé, Eiffage, Audrey Pévère, Cerema Méditerranée), Financement ANR.
Thèse soutenue le 27 novembre 2017

Andy Andrianandraina (2011-2014)
« Approche d'éco-conception basée sur la combinaison de l'Analyse de Cycle de Vie et de l'Analyse de Sensibilité. : Cas d'application sur le cycle de vie du matériau d'isolation thermique biosourcé, le béton de chanvre »
Thèse de l’université de Nantes, Directeur de thèse, Anne VENTURA, Université de Nantes, encadrement : Bogdan CAZACLIU, IFSTTAR de Nantes, Rachida IDIR, Cerema et Hayo van der WERF de l’INRA de Rennes. Financement de l’ADEME et la Région Pays de la Loire.

Responsable de l'équipe
Adjoint responsable
Membres de l'équipe
Jean-Christophe Molinengo
Technicien
Édith Miremont
Technicien
Juan Carpio
Ingénieur-docteur
Jérôme Carriat
Technicien
Véronique Queyrat
Technicien
Bernard Bart
Technicien
Julien Schneider
Technicien
Fabrice Landrin
Technicien
Mathieu Landrin
Technicien
Florencio Tharladière
Technicien
Laurent De Marco
Technicien
Roberto Andrade
Technicien
Philippe Da Silva
Technicien
Eric Lozinguez
Ingénieur
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DIMA : Durabilité, Innovation et valorisation des Matériaux Alternatifs

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