Utilisation d'argiles et de marnes calcinées dans le développement de ciments composés

Abstract

L’utilisation de Supplementary Cementitious Materials (SCMs) en substitution du clinker est une technologie aujourd’hui bien connue qui permet de réduire le coût environnemental du ciment. Parmi les SCMs largement utilisés aujourd’hui on retrouve les cendres volantes, les laitiers de hauts fourneaux ou encore la poudre de verre. Dans les dernières années, un intérêt grandissant s’est développé pour l’utilisation d’argiles calcinées comme ajouts cimentaires, notamment du fait de leur forte réactivité et de leur grande disponibilité. Ce projet de thèse s’intéresse à l’utilisation d’argiles et de marnes calcinées comme ajouts cimentaires. L’objectif principal est d’identifier de nouveaux échantillons susceptibles de présenter un intérêt pour une utilisation comme SCMs. Pour ce faire, une approche multi-échelle macro/micro est utilisée afin d’étudier de manière précise la calcination, la réactivité pouzzolanique et le comportement en système cimentaire de ces nouveaux échantillons. Il a été possible de démontrer que les marnes (malgré leur composition minéralogique complexe) sont des matériaux qui peuvent être utilisés comme ajout cimentaire après calcination, et ce, même s’ils contiennent une faible proportion d’argiles. Par la suite, il a été démontré que la palygorskite est une argile à haut potentiel pour une utilisation comme ajout cimentaire après calcination, et peut être considérée comme une alternative viable au métakaolin. L’étude poussée de l’utilisation de palygorskites calcinées comme ajouts cimentaires a également permis d’apporter de nouvelles connaissances fondamentales sur la compréhension des mécanismes impliqués lors de la calcination de ce type de matériaux.

Abstract : The use of Supplementary Cementitious Materials (SCMs) as a substitute for clinker is a wellknown technology that can reduce the environmental cost of cement. Among the SCMs widely used today are fly ash, blast furnace slag and glass powder. In recent years, there has been a growing interest in the use of calcined clays as SCMs, particularly due to their high reactivity and availability. This thesis project focuses on the use of calcined clays and marls as supplementary cementitious materials. The main objective is to identify new samples that could be of interest for use as SCMs. To this end, a multi-scale macro/micro approach is used to study the calcination, pozzolanic reactivity and performance in cementitious systems of these new materials. It was possible to demonstrate that marlstones (despite their complex mineralogical composition) have the potential to be used as supplementary cementitious materials after calcination, even with a low proportion of clays. Subsequently, it was shown that palygorskite is a high potential clay for use as a supplementary cementitious material after calcination, and can be considered as a viable alternative to metakaolin. The extensive study of the use of calcined palygorskites as SCMs has also provided new fundamental insights into the understanding of the mechanisms involved in the calcination of this type of material.