Equipe Matériaux pour le Génie Civil

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 :

• Projets Interreg VB CO2REDRES
• MSCA-ETN SOCRATES

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 :

• Collaboration avec le LMOPS et IFSTTAR pour la réalisation d’une thèse sur la spectrométrie Raman
• Collaboration avec ICube, Equipe Génie Civil et Energétique.

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

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)

Enseignants-Chercheurs

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

Doctorants

• Tom CHARRAULT
• Agathe Rosane Charlotte Marie DUJARDIN
• Yahya EL BERDAI
• Ewen FLOCH
• Abdoulaye KONATE
• Mathias LEJEUNE
• Quentin NESTELHUT

Post-doctorants et CDD

• Mimoune ABADASSI
• Omar RODRIGUEZ VILLARREAL