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Diaz Caselles, Laura. Stabilisation des sulfates et du molybdène par des liants alternatifs

Diaz Caselles, Laura (2020). Stabilisation des sulfates et du molybdène par des liants alternatifs.

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Résumé en francais

Les opérations d'excavation produisent plusieurs tonnes de sols généralement contaminés par la présence de polluants. Les sols excavés sont considérés comme des déchets et sont soit envoyés en décharge, soit destinés à être réutilisés en fonction du niveau de pollution. Dans tous les cas, les sols doivent être correctement traités afin de : (i) diminuer le relargage de polluants dans l'environnement, et (ii) minimiser les problèmes entrainés dans les projets de génie civil liés aux réactions entre les phases cimentaires et les polluants. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur les sulfates et le molybdène (Mo). Concernant les sulfates, nous avons considéré deux problématiques principales : (i) l'attaque sulfatique externe des structures en béton qui sont en contact direct avec des sols sulfatés (ex : barrages, fondations), et (ii) le relargage de sulfates en solution, en plus du gonflement et de la perte de résistance mécanique dans des sols sulfatés destinés à la valorisation (ex : réutilisation dans la construction de routes). Dans le cas du Mo, il peut se retrouver en solution, entraînant alors des risques importants pour l'environnement. Par conséquent, dans cette thèse, nous avons étudié la réaction du béton au contact des sulfates et la stabilisation des sulfates dans les sols en utilisant des liants alternatifs afin de réduire leur pollution et envisager leur réutilisation. De plus, nous nous sommes intéressés à l'interaction du Mo avec des liants alternatifs et leur capacité à stabiliser le Mo. Dans un premier temps, nous avons étudié la capacité de sept bétons différents à résister à l'attaque sulfatique externe dans des conditions expérimentales similaires. Le ciment Portland ordinaire a présenté des expansions élevées (>0,1%) en raison de la formation d'ettringite en excès provoquée par la réaction entre les aluminates et les sulfates. Pour le ciment Portland sans C_3A, des expansions plus faibles ont été mesurées, mais l'apparition de fissures à plus long terme a été attribuée à la formation de gypse. Par ailleurs, les liants alternatifs ont présenté de faibles expansions, de l'ordre de 0,01 à 0,03%, expliquées par l'absence de C_3A et de portlandite, en plus de la formation d'ettringite lors de l'hydratation (cas des liants ettringitiques) et de l'absence de calcium (cas du géopolymère à base de métakaolin). Dans un deuxième temps, nous avons comparé la capacité de quatre liants à stabiliser les sulfates dans des sols sulfatés. Les liants ayant une teneur élevée en C_3A ont entrainé des expansions élevées (>5%) à cause de la formation d'ettringite en excès. Ces liants ont également rélargué des métaux lourds en solution du fait de leur teneur élevée en clinker. En revanche, les liants contenant du laitier ont conduit à de faibles expansions (<2%), la rétention des sulfates a été d'environ 89%, et avec un relargage limité de métaux lourds. La solubilité des sulfates a été contrôlée par l'ettringite, qui n'a pas conduit à une expansion, peut-être en raison de la faible cinétique de précipitation et de l'absence de portlandite, souvent liée à l'ettringite expansive. Enfin, nous avons étudié l'interaction du Mo avec trois liants différents et leur capacité à stabiliser le Mo. La rétention du Mo variait d'un liant à l'autre et dépendait également de la concentration initiale en Mo. À des concentrations élevées de Mo (>500 mg/kg de liant), la précipitation de powellite (CaMoO_4) s'est avérée être le principal mécanisme de stabilisation du Mo. Le Mo a également été trouvé avec le calcium et les sulfates probablement en raison de l'interaction (substitution ou adsorption) du Mo avec des phases sulfatées (ex : ettringite/monosulfoaluminate). De plus, le Mo a été aussi mélangé avec des silicates de calcium hydratés (C-S-H), probablement en raison de l'adsorption du Mo dans la surface de C-S-H. La synthèse de 5 différents C-S-H avec du Mo a été réalisée et le Mo a été largement immobilisé (>95%) dans toutes les phases. Le principal mécanisme de stabilisation du Mo a été attribué à la coprécipitation de la powellite et l'adsorption de Mo sur la surface de C-S-H a été considérée le mécanisme secondaire de stabilisation. Enfin, la modélisation réalisée avec PHREEQC a montré que le powellite a précipité uniquement pour des concentrations de Mo supérieures à 90 mg/kg de solide.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Cyr, Martin
Hot, Julie
Ecole doctorale:Mécanique, énergétique, génie civil, procédés (MEGeP)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions (LMDC), EA 3027
Mots-clés libres :Immobilisation - Mécanismes de stabilisation - Béton - Sol - Métaux lourds - Sulfates - Molybdène - Modélisation
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :09 Apr 2021 18:50