Development of insulation materials based on recycled vegetal aggregates : formulation and durability
En raison des évolutions règlementaires du contexte environnemental autour de l'industrie de construction, l'impact des matériaux a été identifié parmi les plus importants en termes de consommation d'énergie et d'émissions de gaz à effet de serre que ce soit pour les phases de pr...
Kaydedildi:
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| Diğer Yazarlar: | , , , , , |
| Materyal Türü: | Thèse numérique |
| Dil: | Anglais Français |
| Baskı/Yayın Bilgisi: |
2023.
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| Online Erişim: | Accès au texte intégral https://theses.fr/2023ORLE1097/abes http://www.theses.fr/2023ORLE1097/abes https://theses.hal.science/tel-05235328 |
| Not: |
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) : Abdelwaheb Amrouche (Président du jury) ; Abdelwaheb Amrouche, Abderrahim Boudenne, Stéphanie Bonnet, Sandrine Marceau, Frédéric Becquart (Membre(s) du jury) ; Abderrahim Boudenne, Stéphanie Bonnet (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Développement de matériaux isolants à base de granulats végétaux recyclés :, formulation et durabilité |
| Özet: | En raison des évolutions règlementaires du contexte environnemental autour de l'industrie de construction, l'impact des matériaux a été identifié parmi les plus importants en termes de consommation d'énergie et d'émissions de gaz à effet de serre que ce soit pour les phases de production, de construction ou opérationnelles. L'utilisation des matériaux issus de filières locales, peu transformés, à base de co-produits ou de matériaux de recyclage constitue une alternative permettant de réduire l'impact négatif du domaine du bâtiment. Les matériaux biosourcés développés ces dernières années représentent un potentiel de matériaux performants pour le domaine de la construction dans différentes applications comme l'isolation et la réhabilitation énergétique grâce à leurs propriétés et leur disponibilité. Cependant, leur sensibilité à l'eau, leur propriétés mécaniques médiocres, et leur fin de vie non maitrisée limitent la généralisation de leur utilisation. Dans ce contexte, les travaux de cette thèse sont orientés autour de trois objectifs principaux. Le premier est d'étudier la faisabilité de recyclage des biocomposites pour proposer des matériaux biosourcés à base de granulats végétaux recyclés permettant de proposer une solution pour la fin de vie des matériaux. Le deuxième concerne le développement d'un matériau biosourcé aux performances mécaniques structurelles et une résistance à l'eau permettant d'éviter les problèmes de fissuration et de gonflement rencontrés lors des travaux précédents. Le troisième objectif est d'évaluer la durabilité des propriétés vis-à-vis de l'eau et d'étudier l'effet des cycles humidification-séchage et gel-dégel sur les propriétés des matériaux développés dans le cadre de cette thèse. L'étude s'appuie sur la compréhension des mécanismes microstructuraux à l'origine du comportement macroscopique en utilisant une analyse microstructurale (MEB, DRX, ATG, pH, CE, analyse ionique). L'étude a été menée en utilisant deux types de granulats végétaux, la paille de blé et les tiges de tournesol, un liant de chaux, et un additif hydrofugeant. Les granulats végétaux recyclés ont été obtenus à partir de blocs de biocomposites fabriqués trois ans avant la présente thèse. Le programme expérimental est divisé en deux parties. La première concerne la caractérisation et l'investigation des granulats végétaux naturels et recyclés. La seconde concerne, la formulation, la caractérisation mécanique, thermique, et hydrique pour les biocomposites sains, et après vieillissement accéléré. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence la faisabilité de réutiliser des granulats de paille de blé, de tige de tournesol issus d'anciens blocs qui représentent des matériaux modèles de déconstruction. La conductivité thermique des biocomposites nouvellement développés est comparable à celle de la formulation de référence lorsque la proportion de paille de blé recyclée dans le mélange varie de 30 à 50 %. La chaux résiduelle d'enrobage/intergranulaire des granulats recyclés a une influence significative sur le comportement hydrique, thermique et mécanique des biocomposites. Les différentes formulations développées en utilisant le compactage et les granulats de tournesol, ont permis également d'atteindre des résistances mécaniques d'environ 4 et 7 MPa, comparables à certains blocs de bétons classiques à matrice cimentaire. Les résultats ont montré le potentiel des formulations pour obtenir des matériaux isolants aux propriétés structurelles. Les tests de durabilité d'humidification séchage confirment l'intérêt d'utilisation des granulats végétaux recyclés (blé et tournesol) et de l'additif hydrofugeant, notamment grâce à la diminution de l'absorption d'eau qui mène à une réduction des problèmes de gonflement et de fissuration. As a result of new regulations governing the environmental context of the construction industry, the impact of materials has been identified as one of the most significant in terms of energy consumption and greenhouse gas emissions, whether in the production, construction, or operational phases. The use of locally sourced, minimally processed materials based on co-products or recycled materials is an alternative way of reducing the negative impact of the building sector. The properties and availability of bio-based materials developed in recent years represent a potential source of high-performance materials for the construction industry in various applications such as insulation and energy rehabilitation. However, their sensitivity to water, their poor mechanical properties, and their uncontrolled end-of-life limit their widespread use. In this context, the work in this thesis has three main objectives. The first is to study the feasibility of recycling biocomposites in order to propose biobased materials based on recycled plant aggregates, thereby offering a solution for the end-of-life of materials. The second concerns the development of a biobased material with structural mechanical performance and water resistance that avoids the problems of cracking and swelling encountered in previous work. The third objective is to assess the durability of properties with respect to water and to study the effect of wetting-drying and freeze-thaw cycles on the properties of the materials developed as part of this thesis. The study is based on an understanding of the microstructural mechanisms at the origin of the macroscopic behaviour using microstructural analysis (SEM, XRD, ATG, pH, EC, ionic analysis).The study was carried out using two types of plant aggregates, wheat straw and sunflower stalks, a lime binder, and a water-repellent additive. The recycled plant aggregates were obtained from biocomposite blocks manufactured three years prior to this thesis. The experimental program is divided into two parts. The first concerns the characterization and investigation of natural and recycled plant aggregates. The second is devoted to the formulation and mechanical, thermal, and hydric characterization of biocomposites in their original state and after accelerated aging.The results obtained showed the feasibility of reusing wheat straw and sunflower stalk aggregates from old blocks, which represent model deconstruction materials. The thermal conductivity of the newly developed biocomposites is comparable to that of the reference formulation when the proportion of recycled wheat straw in the mixture varies from 30 to 50%. The residual coating/intergranular lime of the recycled aggregates has a significant influence on the hydric, thermal, and mechanical behaviour of the biocomposites. The various formulations developed using compaction and sunflower aggregates also achieved mechanical strengths of around 4 and 7 MPa, comparable to some conventional cement-matrix concrete blocks. The results showed the potential of these formulations to produce insulation materials with structural properties. The durability tests of wetting-drying confirmed the benefits of using recycled plant aggregates (wheat and sunflower) and the water-repellent additive, particularly in terms of reduced water absorption, which leads to a reduction in swelling and cracking problems. |
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| Diğer Bilgileri: | 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) : Abdelwaheb Amrouche (Président du jury) ; Abdelwaheb Amrouche, Abderrahim Boudenne, Stéphanie Bonnet, Sandrine Marceau, Frédéric Becquart (Membre(s) du jury) ; Abderrahim Boudenne, Stéphanie Bonnet (Rapporteur(s)) |
| Materyal Türü: | Configuration requise : un logiciel capable de lire un fichier au format : PDF |
| Erişim: | Thèse soumise à l'embargo de l'auteur jusqu'au 01 septembre 2026 |