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Valorisation des fibres végétales dans des matériaux cimentaires : application dans les formulations de chapes fluides

Authors
  • Pons Ribera, Sergio
Publication Date
Oct 31, 2022
Source
HAL-Descartes
Keywords
Language
French
License
Unknown
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Abstract

Les préoccupations environnementales croissantes amènent le secteur de la construction à rechercher des matériaux innovants, fiables et durables, capables de remplacer les fibres synthétiques habituellement utilisées pour le renforcement des matériaux de construction. Les fibres naturelles sont considérées comme des alternatives potentielles, en raison de leur respect de l'environnement et, de leur disponibilité. Dans cette logique, et afin de favoriser les filières régionales et développer de nouveaux marchés à base de fibres végétales, le projet FIBRABETON, financé par l’ADEME, la région Grand-Est et le FEDER a vu le jour. Ce projet réunit trois partenaires : le cimentier français VICAT qui propose des solutions de chapes fluides, la société Fibres Recherche Développement (FRD) qui prépare les fibres végétales et l’ESTP qui mène des travaux de recherche et travaille sur la caractérisation des formulations de chape fluide. L’objectif de la thèse est de mettre au point des formulations de chapes fluides en substituant les fibres synthétiques de type polypropylène par des fibres végétales, tout en atteignant des performances a minima équivalentes. Cette recherche a porté sur l’utilisation de fibres végétales souples et rigides (chanvre, lin, miscanthus et bambou) dans la formulation de chape antifissuration (monofibrée) et de chape structurelle (bifibrée). Ces quatre fibres naturelles ont été étudiées avec deux longueurs distinctes (5 mm et 15 mm) et des dosages différents. Une première partie de la campagne expérimentale a porté sur la caractérisation des fibres sur le plan physico-chimique (composition, structure,…). Puis, l'influence du type de fibre, de la teneur et de la taille a été investigué en étudiant leur impact sur les performances des mortiers de chapes fibrés par des essais de contrôle d’ouvrabilité, de teneur en air et de masse volumique. La chaleur d’hydratation, les déformations libres liées au retrait et les propriétés mécaniques (flexion et compression) ont également été suivies. De plus, la microscopie électronique à balayage (MEB) a été utilisée pour caractériser l'état de surface des fibres souples et rigides, l’interface avec la matrice cimentaire ainsi que leur dispersion.Les principaux résultats obtenus par rapport à l’impact de la longueur de la fibre et de son dosage sur les performances mécaniques sont conformes à ceux de la littérature. A savoir, plus le dosage de fibres est élevé, plus la résistance à la flexion est importante mais plus la résistance à la compression est faible. Globalement, les résultats de résistance à la flexion et à la compression, sont supérieurs avec les fibres végétales à ceux obtenus avec des fibres synthétiques. En ce qui concerne l'état frais, l'étalement est plus important dans le cas des fibres rigides que celui des fibres souples. Ce résultat est à corroborer avec le rapport d’aspect de la fibre souple qui est plus élevé ce qui induit plus d’air occlus et donc une densité réduite. Dans le cas des fibres rigides, étant donné que le rapport d’aspect est plus faible, les valeurs de la résistance à la flexion obtenues sont élevées et ce avec des dosages plus importants. Dans le cas de la formulation chape mono fibrée, le dosage optimal en termes d’ouvrabilité et de performance mécanique est 1,2 kg/m3 de fibres de chanvre de longueur 5 mm. Dans le cas de la formulation bifibrée (fibres souples – fibres rigides), en ce qui concerne la résistance à la flexion, la plupart des formulations proposées dépassent celles à base de fibres synthétiques. Les images MEB des fibres souples démontrent un changement de forme lorsqu’elles sont enrobées dans une matrice cimentaire. Ce changement affecte le rapport d'aspect. Enfin, un modèle numérique de régression linéaire a été utilisé pour prédire les résistances mécaniques des formulations de chapes fluides mono et bifibrées

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