L’objectif principal de ce projet de recherche étant de développer un système automatisé de fonte de neige et de glace en utilisant du béton électriquement conducteur a été atteint avec succès. Les 4 sous-objectifs préalablement définis ont été remplis, et certaines améliorations ont été apportées par rapport aux concepts existants de béton électriquement conducteur. Plus précisément, suite à cette étude, les conclusions ci-dessous peuvent être tirées.
Chapitre 2. Synthèse bibliographique :
(1) L’utilisation de sels déglaçants et du déneigement mécanique pour assurer les déplacements et la sécurité des usagers de la route comporte de nombreuses conséquences environnementales, sociales et économiques ;
(2) La plupart des techniques alternatives au déneigement conventionnel couramment utilisées ne peuvent être utilisées seules pour assurer les déplacements et la sécurité des usagers ;
(3) Le béton électriquement conducteur utilisé pour la fonte de neige et de glace a un très bon potentiel pour remplacer les différentes techniques pour le déneigement et le déglaçage. Il restait toutefois différents aspects à améliorer pour cette technologie : les mélanges sont coûteux à produire, l’utilisation de voltages élevés compromet la sécurité des usagers, la consommation électrique est trop élevée, l’épaisseur élevée des couches de béton chauffant représente une surcharge élevée pour des structures, aucun système 100% automatisé n’a été utilisé dans une application réelle ;
Chapitre 3. Article 1: Development of electrically conductive concrete (ECC) and mortars (ECM):
(4) Plusieurs mélanges développés présentaient des caractéristiques satisfaisantes pour être utilisés dans des applications de déneigement et de déglaçage, en plus d’avoir des propriétés mécaniques satisfaisantes (atteinte de l’objectif (1)) ;
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(5) Le graphite est l’inclusion conductrice la plus efficace en termes de conductivité électrique. Toutefois, l’utilisation de cette particule réduit les propriétés mécaniques puisqu’un apport d’eau supplémentaire est nécessaire afin de compenser l’absorption par le graphite. L’utilisation de fibres d’acier compense une partie de cette perte ;
(6) La résistivité électrique du béton électriquement conducteur diminue lorsque la température augmente et lorsque le contenu en eau augmente ;
(7) Le rapport eau/ciment joue un rôle important sur la conductivité électrique de béton et de mortier électriquement conducteur. En général, ce rapport doit être supérieur à 0.42 pour permettre à la solution présente dans les pores capillaires de contribuer à la conductivité électrique ;
(8) En comparant les résultats des bétons et des mortiers électriquement conducteurs, il semble que l’eau présente dans les pores de l’auréole de transition (ITZ) peut avoir un rôle important sur la conductivité globale ;
(9) Un modèle simplifié de prédiction de la résistivité électrique a été utilisé pour prédire la résistivité électrique de bétons électriquement conducteur à plusieurs inclusions présentant des résultats satisfaisants. Malgré le fait que plusieurs hypothèses ont été émises et que les conductivités théoriques ont été utilisées, les résultats sont satisfaisants. Des efforts de recherche sont nécessaires pour mesurer la conductivité réelle des matières brutes et pour présenter des modèles micromécaniques prédisant plus précisément la résistivité. Ceci permettra d’optimiser des mélanges sans avoir à effectuer de nombreux essais en laboratoire ;
Chapitre 4. Article 2: Thermal-electrical behavior of prefabricated ECC slabs with integrated sensor system:
(10) Une configuration d’électrodes a été développée dans la phase d’optimisation de dallettes (1 pi²), permettant d’utiliser 30 V et de consommer moins de 700 W/m². Cette configuration procure un taux de chauffage satisfaisant à la surface de dallettes (atteinte de l’objectif (2)) ;
(11) L’énergie consommée ne dicte pas dicte pas directement la chaleur libérée par la dalle. Il n’y a pas de corrélation directe entre le taux de chauffage et l’énergie consommée pour les dallettes testées. Toutefois, il y une tendance proportionnelle entre la moyenne d’énergie consommée et le taux de chauffage ;
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(12) Le coefficient d’expansion thermique moyen pour les dallettes #1 et #2 était plus élevé dans le sens parallèle aux électrodes que dans le sens perpendiculaire, probablement dû à l’expansion des électrodes qui pousse le béton à se dilater plus dans ce sens ;
(13) La configuration d’électrodes développée lors des essais sur dallettes a été implantée avec succès dans un prototype à échelle réelle installé sur le campus de l’Université Laval, en utilisant un mélange de béton optimisé et une configuration d’électrodes optimisée (atteinte de l’objectif (3)). L’utilisation d’un contrôleur a permis de minimiser la consommation énergétique. Pour les 3 scénarios testés, la consommation électrique moyenne était de 386 W/m². L’efficacité du capteur de neige et de glace en présence de pluie verglaçante a été démontrée. Un scénario plus critique a également été testé, soit la simulation d’une panne de courant ; Chapitre 5. Dernière phase d’optimisation des mélanges :
(14) Un mélange optimisé a été sélectionné puisqu’il présentait la meilleure combinaison de résistivité, de coût et de résistance mécanique.
Chapitre 6. Caractérisation du mélange ECC optimisé:
(15) Les propriétés générales, thermiques et de durabilité du mélange optimisé ont été caractérisées par des mesures faites selon des procédures normalisées et par des montages expérimentaux développés à l’Université Laval (atteinte de l’objectif (4)) ;
(16) La résistivité électrique du mélange optimisé est satisfaisante puisqu’elle est près de 4 fois inférieure au seuil pour être utilisé dans des applications de déneigement et de déglaçage. La masse volumique du béton développé se situe dans l’intervalle des bétons ordinaires. La porosité est légèrement supérieure à celle des bétons ordinaires ;
(17) Les propriétés mécaniques sont satisfaisantes. La résistance à la compression est supérieure aux exigences du MTMDET pour l’utilisation dans des ouvrages d’art. La résistance à la traction par fendage est comparable à des bétons ordinaires autoplaçants ;
(18) La conductivité thermique mesurée est un bon compromis pour l’utilisation dans des dalles chauffantes. La capacité thermique massique mesurée est comparable à des bétons ordinaires ;
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(19) Le coefficient de diffusion du chlore est inférieur à celui des bétons ordinaires. Les mesures d’écaillage n’ont pu être menées à termes dû à des problèmes en laboratoire. D’autres essais seront réalisés par des chercheurs du groupe de recherche pour connaître cette propriété. La résistance aux cycles de gel-dégel du mélange final est à améliorer pour rencontrer les critères du MTMDET. L’utilisation d’un agent entraîneur d’air dans le mélange résoudrait fort probablement ce problème.