Etude multi-échelles du Gonflement - Retrait des matériaux biosourcés
Le présent travail de thèse se concentre sur une étude approfondie du comportement de gonflement et de retrait des matériaux biosourcés, en tenant compte des variations d'humidité relative et en mettant en lumière des méthodes et protocoles de mesures pour ces nouveaux matériaux fortement hétér...
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| Главный автор: | |
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| Другие авторы: | , , , , , |
| Формат: | Thèse numérique |
| Язык: | Français |
| Опубликовано: |
2023.
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| Предметы: | |
| Online-ссылка: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2023ORLE1095_va.pdf https://theses.hal.science/tel-05221830 http://www.theses.fr/2023ORLE1095/abes https://theses.hal.science/tel-05221830 |
| Примечание: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire de mécanique Gabriel Lamé (Orléans ; 2018-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Ouali Amiri (Président du jury) ; Ouali Amiri, Eric Garcia-Diaz, Fouzia Khadraoui, Frédéric Becquart (Membre(s) du jury) ; Eric Garcia-Diaz, Fouzia Khadraoui (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Multi-scale study of Swelling-Shrinkage of Bio-based Materials |
| Итог: | Le présent travail de thèse se concentre sur une étude approfondie du comportement de gonflement et de retrait des matériaux biosourcés, en tenant compte des variations d'humidité relative et en mettant en lumière des méthodes et protocoles de mesures pour ces nouveaux matériaux fortement hétérogènes. L'objectif fondamental est d'examiner ces phénomènes à différentes échelles, en commençant par une analyse microscopique des granulats végétaux. Les analyses microscopiques ont révélé que la moelle de tournesol présente un gonflement moyen de gonflement de 42%, suivie de la paille de blé avec 24%, puis la paille de colza avec 16,6%, et enfin l'écorce de tournesol avec 5% entre des taux d'humidité relative de 12% et 90%. Dans cette perspective, deux traitements préalables ont été utilisés pour réduire les variations dimensionnelles : le bicarbonate de sodium et le chlorure de sodium. Le protocole de traitement a été optimisé en examinant l'influence de la durée du traitement et du rinçage sur le gonflement et le retrait des granulats. Les résultats mettent en évidence une efficacité différenciée du traitement au bicarbonate de sodium par rapport au chlorure de sodium, réduisant le gonflement des granulats de plus de 60%. En revanche, le chlorure de sodium ne le réduit que de 20%. Cette différence est attribuée à la modification des constituants chimiques des granulats induite par le traitement, réduisant voire éliminant les constituants responsables du caractère hydrophile des granulats. Une contribution significative de cette thèse réside dans la conception et la réalisation d'un dispositif expérimental novateur, à savoir un banc d'essai permettant la mesure sans contact des déplacements à l'échelle macroscopique des matériaux hétérogènes. L'utilisation de capteurs laser de déplacement a permis de mesure les déplacements de ces matériaux sous des conditions climatiques extrêmes, en particulier en appliquant des protocoles de vieillissement accéléré impliquant des cycles d'immersion/séchage et d'humidification/séchage. Les résultats montrent que le comportement de gonflement et de retrait des biocomposites varie en fonction du type de granulat utilisé. L'analyse des résultats a révélé un comportement opposé entre l'épaisseur et la hauteur des biocomposites en réponse à la variation d'humidité. Pendant la phase d'humidification, la hauteur se rétracte et l'épaisseur gonfle, tandis que pendant la phase de séchage, la hauteur gonfle et l'épaisseur se rétracte. Une compétition entre le gonflement interne des granulats du biocomposite et l'effet gravitationnel de l'eau est en jeu qui par conséquent influence le comportement mécanique des biocomposites. En outre, cette recherche se penche également sur le comportement complexe des biocomposites recouverts d'un enduit de protection et la compréhension des phénomènes de gonflement et de retrait dans le cas du système isolant-enduit. À l'aide du banc d'essai équipé des capteurs laser de déplacement, une série d'expériences a été entreprise pour évaluer l'impact de ces phénomènes sur les biocomposites étudiés et leur interaction avec l'enduit. Le rôle de l'enduit dans la limitation des déformations dues au gonflement et au retrait est établi, bien que des variations des déformations différentielles et de la potentialité de formation de fissures entre le biocomposite et l'enduit soient observées. Dans un contexte plus général, ce travail offre une contribution pionnière à la compréhension avancée des variations dimensionnelles des matériaux biosourcés face aux variations d'humidité et à leur interaction avec des revêtements de protection. Les implications de cette recherche vont au-delà de la sphère académique, puisqu'elles suscitent des perspectives prometteuses pour l'application pratique de ces matériaux dans des environnements réels de construction. This doctoral study focuses on an in-depth investigation of the swelling and shrinkage behavior of biobased materials, taking into account variations in relative humidity and highlighting measurement methods and protocols for these highly heterogeneous new materials. The fundamental objective is to examine these phenomena at different scales, starting with a microscopic analysis of plant aggregates. Microscopic analyses revealed that sunflower pith exhibited an average swelling of 42%, followed by wheat straw with 24%, then rapeseed straw with 16.6%, and finally sunflower husk with 5% between relative humidity levels of 12% and 90%. In this context, two pre-treatments were employed to reduce dimensional variations: sodium bicarbonate and sodium chloride. The treatment protocol was optimized by studying the influence of treatment duration and rinsing on the swelling and shrinkage of aggregates. The results highlight differential effectiveness between sodium bicarbonate and sodium chloride treatments, with the former reducing aggregate swelling by over 60%, whereas the latter reduces it by only 20%. This disparity is attributed to the modification of aggregate chemical constituents induced by the treatment, reducing or eliminating components responsible for hydrophilic behavior. A significant contribution of this thesis lies in the design and implementation of an innovative experimental setup, namely a testing enabling contactless measurement of macroscopic displacements of heterogeneous materials. The use of laser displacement sensors facilitated the measurement of material displacements under climatic conditions, particularly through accelerated aging protocols involving immersion/drying and humidification/drying cycles. The results demonstrate that the swelling and shrinkage behavior of biocomposites varies based on the type of aggregate used.The analysis revealed an opposing behavior between biocomposite thickness and height in response to humidity variation. During the humidification phase, height contracts and thickness expands, while during the drying phase, height expands and thickness contracts. A competition between internal swelling of the biocomposite aggregates and the gravitational effect of water is at play, consequently influencing the mechanical behavior of biocomposites. Furthermore, this research delves into the complex behavior of biocomposites coated with a protective coating and seeks to understand swelling and shrinkage phenomena in the insulation-coating system. Using the testing equipped with laser displacement sensors, a series of experiments were conducted to assess the impact of these phenomena on the studied biocomposites and their interaction with the coating. The role of the coating in limiting deformations due to swelling and shrinkage is established, although variations in differential deformations and the potential formation of cracks between the biocomposite and the coating are observed. In a broader context, this work offers pioneering insight into the advanced understanding of dimensional variations in response to humidity changes and their interaction with protective coatings in biobased materials. The implications of this research extend beyond the academic realm, as they hold promising prospects for the practical application of these materials in real construction environments. |
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| Примечание: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire de mécanique Gabriel Lamé (Orléans ; 2018-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Ouali Amiri (Président du jury) ; Ouali Amiri, Eric Garcia-Diaz, Fouzia Khadraoui, Frédéric Becquart (Membre(s) du jury) ; Eric Garcia-Diaz, Fouzia Khadraoui (Rapporteur(s)) |
| Формат: | Configuration requise : un logiciel capable de lire un fichier au format : PDF |
| Доступ: | Thèse soumise à l'embargo de l'auteur jusqu'au 22 août 2025 |