Equipe Matériaux pour le Génie Civil

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Cuisson expérimentale de clinker
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Cuisson expérimentale de clinker

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Cristaux de silicates calciques hydratés (CSH) dans une pâte de ciment Portland
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Cristaux de silicates calciques hydratés (CSH) dans une pâte de ciment Portland

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Fragment de la mosaïque pariétale de Damblain (88-Vosges), détail de la surface de tesselles et des couches sous-jacentes de mortiers de tuileau
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Fragment de la mosaïque pariétale de Damblain (88-Vosges), détail de la surface de tesselles et des couches sous-jacentes de mortiers de tuileau

Dernières publications

Présentation

Les activités de l’équipe Matériaux pour le Génie Civil portent sur la conception et la caractérisation des matériaux et des structures du génie civil. La recherche y est menée avec des partenaires académiques mais également en partenariat avec de nombreux industriels du bâtiment, du ciment et des bétons.

Elle est experte en matière de caractérisation physico-chimique des matériaux (ciments, mortiers, bétons et de leurs constituants) et d’étude du comportement structurel des ouvrages. La temporalité des ouvrages est également étudiée via l’analyse de la durabilité des matériaux modernes mais aussi la conservation du patrimoine historique. Face à la nécessité de réduire l’impact environnemental des ouvrages modernes, plusieurs études en lien avec l’utilisation de la terre crue et des matériaux biosourcés (fibres naturelles, etc.) sont en cours, tout comme l’auto-cicatrisation des bétons.

Elle dispose d’un laboratoire mortiers / bétons pour caractériser les matériaux. Il permet la fabrication et le suivi (rhéologie à l’état frais et propriétés mécaniques à l’état durci au cours du temps, suivi dimensionnel, etc.) d’éprouvettes et de grands éléments de structure. Pour les analyses fines à petite échelle, elle a recours aux moyens d’analyse de pointe dédiés à la caractérisation.

De nouvelles méthodes de dimensionnement sont développées grâce à sa plateforme spécifique d’essais des structures (mesures de contraintes mécaniques, déformations, etc.). Elles permettent, par exemple, la prise en compte des imperfections initiales, au travers de nouveaux critères d’instabilité ou de nouvelles configurations d’armatures. Ceci afin de répondre à des problématiques de résistance au feu et de montage sur chantier (poutre mixte acier-béton apportant une tenue au feu jusqu’à 2 heures).

En interne, elle collabore avec les équipes Surfaces et Interfaces : Réactivité Chimique des Matériaux et Chimie, Electrochimie des Matériaux, et Micro et Nanosystèmes.

Sur le plan national et international, elle est membre de l’IREX et du RF2B, elle participe au Chantier Scientifique CNRS Notre-Dame de Paris, à des programmes InterReg.

Elle collabore avec d’autres universités et Centres techniques, parmi lesquelles :

et étrangères :

Mots-clés
Béton
Structures
Propriétés mécaniques
Durabilité
Recyclage
Ciment
Accordéons

Thématiques de recherche

Contenu

Elaboration de ciments et matériaux de construction plus respectueux de l’environnement

Le secteur de la construction utilise une part significative des ressources minérales mondiales (pénurie de sable, etc.) et nécessite des apports énergétiques importants (cuisson des liants, etc.) à l’origine d’une part appréciable des émissions de CO2. Les recherches dans ce domaine visent à réduire l’empreinte environnementale des matériaux de construction selon 3 voies :

  • Valorisation de coproduits industriels et de déchets de déconstruction (recyclage du béton) tels que les granulats, les constituants de liants hydrauliques ou de cru cimentier, limitant ainsi les mises en décharge et préservant les ressources naturelles.
  • Développement de ciments sulfoalumineux (CSA) : étude de leur composition, hydratation et essais spécifiques en vue de leur normalisation. Leur fabrication libère moins de CO2 que les ciments Portland traditionnels.
  • Etude de techniques de construction alternatives (brique en terre crue, construction en banco ou en paille - liants).

Projets :

Thèse :

Projet industriel INERFOND 2020/2023, Chahinez AISSAOUI

Article :

Greening effect of slag cement-based concrete: environmental and ecotoxicological impact, Environmental, Toxicology and Chemistry, Couvidat J., Diliberto C., Meux E.,  Cotelle S., Bojic C., Izoret L., Lecomte A., (2021)

Durabilité des matériaux et des ouvrages contemporains

Afin de répondre aux exigences du développement durable, la pérennité des ouvrages constitue un enjeu majeur du secteur de la construction. Plusieurs approches sont abordées au sein de l’équipe :

  • La biodétérioration des matériaux cimentaires évoluant dans des environnements réels (Moselle, réseau d’assainissement). Les approches abordées sont l’analyse des évolutions physico-chimiques de surfaces, de la densité de colonisation bactérienne, des propriétés de transferts hydriques au sein du réseau poreux du matériau.
  • La durée d’exploitation d’un ouvrage est souvent proche de 50 à 100 ans. Certains ouvrages du génie civil nécessitent par conséquent un renforcement ou des réparations afin de maintenir leur aptitude au service. Les techniques de renforcement et de réparation des structures en béton notamment par des matériaux composites (carbone, fibres de lin, etc.), sont des voies prometteuses et en plein essor.
  • Les nouvelles techniques de spectroscopie Raman « portables » sont utilisées pour suivre in situ la dégradation des ouvrages.

Projets :

Thèse :

Contrat doctoral ministériel, Mohammed Nadjib BRAHIM, 2019-2022

Article :

Portable quantitative confocal Raman spectroscopy: non-destructive approach of the carbonation chemistry and kinetics, Cement Concrete Research, Marchetti M., Mechling J.-M., Diliberto C., Brahim M. N., Trauchessec R., Lecomte A., Pourson P., (2021)

Modélisation des structures

Les recherches menées concernent les structures en béton armé, les structures mixtes, mais aussi les structures métalliques :

  • Structures mixtes innovantes : une nouvelle configuration de poutre mixte-acier béton a été développée pour répondre à des problématiques de résistance au feu et de montage sur chantier.
  • Stabilité des barres en acier comprimées, fléchies et soumises à de la torsion : l’objectif est de proposer une méthodologie de vérification de la stabilité des barres soumises à un effort axial de compression ou de traction, à de la flexion par rapport aux deux axes principaux de la section et à de la torsion.
  • Développement d’un modèle de stabilité des barres à section tubulaire comprimées fléchies sensibles aux effets du second ordre, s’inscrivant dans une démarche d’amélioration des connaissances sur l’instabilité de ces éléments. Il s’agit de traiter la prise en compte des imperfections initiales dans l’analyse de la structure.

Projets :

Participation aux groupes de travail :

  • Commission technique groupe « Calculs » du Syndicat Français de l’Echafaudage, du Coffrage et de l’Etaiement (FFB)
  • Projet de structuration des normes du comité technique européen de normalisation CEN/TC53 « Equipements de chantiers »
  • Groupe de travail EC3-1-8  GT EUROCODES A LA STRUCTURE METALLIQUE EN 1993 Partie 1-8

Thèse :

Contrat doctoral ministériel, Léonard AXUS, 2022-2025

Article :

Lateral stability of slender cold-rolled hollow tubular sections with initial imperfections, Engineering Structures Mercier, C., Khelil A., A. Khamisi, Al Mahmoud F., Boissiere R., Blin-Lacroix J.-L., Pamies A., (2021).

Patrimoine

Cette thématique se décline en trois centres d’intérêts axés sur l’histoire des techniques de construction et de la protection du bâti :

  • L’analyse archéométrique des liants et des pierres de construction a pour but de décrypter les techniques de construction anciennes, ainsi que l’économie qui y était liée (gestion des flux de matériaux. Elle permet d’orienter les choix de restauration des ouvrages anciens.
  • La conservation des maçonneries passe par la compréhension des phénomènes d’altération, engendrés par de nombreux facteurs aux cinétiques souvent complexes. Ces phénomènes ne sont pas tous élucidés, l’objectif étant, à terme, d’améliorer les diagnostics.
  • Une voie de restauration des pierres taillées apparentes est l’élaboration de mortiers de consolidation et de reprofilage durables, compatibles minéralogiquement et esthétiquement avec les matériaux d’origine. Cette approche est nécessairement liée aux études archéométriques et de conservation préalablement citées.

Projets :

Chantier scientifique CNRS et Ministère de la Culture Notre-Dame de Paris (2019-2024)

Thèse :

Contrat doctoral ministériel Marine BAQUET, 2021-2024

Article :

Pierres, mortiers et parements de la tour des Minimes au regard du compte de construction de 1495-1496, des investigations archéologiques et des analyses pétrographiques, Archéosciences (2017) 41-1, p 25-43, L. Gaugain, J-G Breheret, J-M Mechling, D. Prigent

Savoir-faire

Contenu

Elaboration

  • Fabrication de phases cimentaires pures (Ye’elimite, Alite, Bélite, etc.)

Expérimentation

  • Fabrication de pièces de grande taille (poutres de longueur inférieure ou égale à 10 mètres, murs en semi-grandeur) puis tests mécaniques sur des bancs appropriés, (banc de flexion de 15m de portée équipé de deux vérins de 250  kN, presse à poteaux de capacité de 500 kN, banc à poussées bi-axiale de 2×3m équipé de vérins de 150 kN, etc.) avec suivi des résistances et/ou des instabilités : capteurs de déformation disposés en surface et dans les pièces en fonction des efforts appliqués
     
  • Tests de durabilité dans des conditions climatiques particulières (contrôle température-humidité / gel-dégel) ou des atmosphères riches en CO2.

Caractérisation

  • Essais classiques de laboratoire ciment en atmosphère contrôlée : pycnométrie (eau ou hélium), granulométrie des ultra-fines (Laser / tamiseuse Alpine), micro-calorimétrie et calorimétrie Langavant, perméabilité des liants à l’air, mesure du retrait endogène ou total dès le coulage, analyse thermo-gravimétrique et thermo-différentielle (en lien avec équipe Surfaces et Interfaces : Réactivité Chimique des Matériaux), caractérisations par microscopie électronique (CC 3M), par diffraction des RX et Fluorescence X (CC X-Gamma), etc.
     
  • Essais classiques de laboratoire bétons sur liants frais, dont mesures de rhéologie avec un rhéomètre.
     
  • Essais mécaniques sur matériaux (résistances en compression et en traction / mesures de modules élastiques) et sur des structures complexes.

Modélisation

  • Essai en vraie grandeur sur des structures en béton, acier et bois et sur des structures hybrides
     
  • Développement d’approches analytiques et numériques en calcul de structures

Transfert technologique

L’équipe Matériaux pour le Génie Civil collabore très régulièrement avec le monde industriel (grands groupes, PME, comités de normalisation, etc.) et les résultats scientifiques et technologiques obtenus sont valorisés dans l’amélioration de procédés, parfois sous forme de brevets :

  • Valorisation de laitiers d’aciéries dans le génie civil (béton, granulats routiers)
     
  • Etude du comportement chimique de mélanges de ciments Portland et Sulfo-alumineux
     
  • Procédure de calcul de structures sensibles aux effets du second ordre adoptée par le SFECE (Fédération française du bâtiment)
     
  • Développement d’un nouveau connecteur bois-béton (en cours de finalisation et de transfert)

Membres

Contenu

Enseignants-Chercheurs

  • Firas AL MAHMOUD
  • Rémi BOISSIERE
  • Cécile DILIBERTO
  • Sarah JANVIER-BADOSA
  • Abdelouahab KHELIL
  • Jean-Michel MECHLING
  • Charlotte MERCIER
  • Sébastien ROUX
  • Romain TRAUCHESSEC

Doctorants

  • Léonard AXUS
  • Nadjib BRAHIM
  • Agathe Rosane Charlotte Marie DUJARDIN
  • Yahya EL BERDAI
  • Abdoulaye KONATE
  • Mathias LEJEUNE
  • Quentin NESTELHUT

Post-doctorants et CDD

  • Mimoune ABADASSI
Contact équipe

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Jean-Michel MECHLING
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