METHODES DE CARACTERISATION DES MATIERES PREMIERES MINERALES ET DU LIANT

I.1. M

I.1.1. Masse volumique en vrac et absolue

Les mesures de masse volumique ont nécessité l’étuvage préalable des poudres pendant 48 heures à 105°C. Une balance d’une résolution de 0,1g a servi aux pesées.

La masse volumique en vrac des poudres est mesurée à l’aide d’un récipient de 1 litre dans lequel est déversée, sans être tassée, la poudre à analyser. La mesure est réalisée trois fois sur chacun des matériaux.

La masse volumique absolue a été évaluée grâce à la méthode du pycnomètre (cf. Figure II. 1). L’eau a été utilisée comme solvant, les matières premières prises séparément n’étant pas hydrauliques.

Figure II. 1. Schéma descriptif de la mesure de la densité absolue par la méthode du pycnomètre

Connaissant les masses m₁, m₂ et m₃, la masse volumique absolue du ciment est calculée à partir de la relation suivante :

ρ_S=^m2 V_P⁼

m₂.ρ_EAU m₁ + m₂
- m3

Eq. II. 1

 m1 : Masse du pycnomètre rempli d’eau jusqu’au trait de jauge ;

 m2 : Masse de poudres préalablement étuvées (100g) ;

 m3 : Masse du pycnomètre rempli d’eau jusqu’au trait de jauge et contenant les poudres;

 VP : Volume intrinsèque des poudres.

m1 m3

Chapitre III: Méthodes de caractérisation I.1.2. Taille des poudres

I.1.2.a. Granulométrie laser

La granulométrie des poudres utilisées pour l’élaboration d’un ciment pouzzolanique a été obtenue sur un appareil Mastersizer Micro de Malvern Instruments. La gamme de mesure de cet appareil s’étale de 0,3 à 300µm, ce qui correspond à la gamme de mesure des ciments usuels.

I.1.2.b. Surface spécifique BET

La surface spécifique BET a été analysée sur un dispositif ASAP 2020 de Micromeritics (Laboratoire des Matériaux Inorganiques, Clermont-Ferrand). Trois échantillons ont été testés pour chaque poudre à analyser.

I.1.3. Caractéristiques électrostatiques, minéralogiques et chimiques I.1.3.a. Potentiel Zeta

Lorsqu’une particule chargée est plongée dans une solution électrolytique, il se forme autour d’elle une double couche électrique (cf. Figure II. 2a). Si la surface de cette particule est chargée négativement, une première couche d’électrons chargés positivement (cations) viens se greffer en surface, et inversement. Cet amas d’électrons est appelé couche de Stern et possède une forte énergie de liaison avec la particule. Un second étage électronique, la couche diffuse, est constitué d’électrons ayant une énergie de liaison avec la particule d’autant plus faible qu’ils en sont distants. Lors d’un mouvement de la particule dans l’électrolyte, seule la couche de Stern et une partie de la couche diffuse forment avec elle une entité stable. La limite ainsi formée au sein de la couche diffuse est appelée plan de cisaillement. Son potentiel électrique, induisant une répulsion électrostatique (cf. Figure II. 2c), est lui appelé potentiel Zeta ζ [SUR 10].

Si des particules en suspension possèdent un potentiel Zeta largement positif (>30mV) ou négatif (< -30mV), alors la suspension sera stable. Si au contraire ces particules on un ζ proche de 0, alors elles auront tendance à floculer. Il existe trois types de méthodes pour modifier la stabilité d’une suspension :

 Ajouter des polymères qui vont pouvoir être adsorbés à la surface des particules et engendrer une répulsion dite « stérique » entre particules (cf. Figure II. 2b). Il s’agit notamment de l’effet escompté des superplastifiants dans les ciments.

 Modifier la répulsion électrostatique (cf. Figure II. 2c) en modifiant le pH, en introduisant des cations pour neutraliser la charge de surface ou en augmentant la salinité. Il s’agit par exemple de l’effet d’une base ajoutée à la solution dans laquelle se trouvent les particules.

L’étude du potentiel Zeta du ciment a commencé pendant la deuxième moitié des années 1980 avec les travaux de Nagele [NAG 85]. Il faudra néanmoins attendre la fin des années 90 et de nouveaux développements technologiques pour que la mesure du potentiel Zeta soit utilisée comme méthode d’adjuvantation cimentaire [UCH 97]. Elle est aujourd’hui un des outils privilégiés pour tester les superplastifiants [PAL 09, SRI 10] ou les viscosants [IZA 10].

Le potentiel Zeta des particules a été mesuré à l’aide d’un appareil Zetasizer Nano ZS de Malvern Instruments. Le protocole ayant été mis au point pour préparer les solutions est détaillé en Annexe B:2.

Figure II. 2. Schéma représentant les différentes couches électroniques organisées autour d’une particule en suspension chargée négativement (a). Représentation des deux types de répulsions possibles : stérique (b) et électrostatique (c) (Source : www.malverninstruments.fr)

I.1.3.b. Diffraction X

Les analyses en diffraction des rayons X ont été réalisées sur un dispositif PANalytical XpertPro (Laboratoire des Matériaux Inorganiques, Clermont-Ferrand). Les poudres sont broyées dans un ensemble mortier/pilon avant d’être montées sur une plaque de verre et analysées.

I.1.3.c. Composition chimique

Ce type de caractérisation n’a pas été réalisé pendant la thèse. Les analyses de la ponce du Cheix proviennent de précédentes thèses [PIC 92, BES 78], celles des autres matières étant établies par les fournisseurs.

b.

c.

Distance depuis la surface Double couche électronique Particule chargée négativement Plan de cisaillement Couche diffuse Couche de Stern Potentiel de surface Potentiel de Stern Potentiel Zeta ζ

a.

Chapitre III: Méthodes de caractérisation

I.2. P

L’utilisation d’un liant minéral pour l’élaboration de bétons de végétaux nécessite une caractérisation préalable à l’état frais. C’est d’autant plus fondamental que l’influence des propriétés de la pâte sur le matériau final (agrobéton) ainsi que celle des adjuvants n’ont été que peu abordés. Les caractéristiques essentielles à mesurer restent donc à déterminer.

I.2.1. Formulation et préparation des pâtes I.2.1.a. Formulation de la pâte

Cette partie fait l’objet du Chapitre V qui rapporte les expérimentations et lectures bibliographiques ayant permis la sélection d’un liant de base pour la confection de bétons de végétaux. Notons toutefois que la majeure partie des résultats (Chapitre VI et VII) a été obtenue à partir de la formulation détaillée dans le Erreur ! Source du renvoi introuvable..

Tableau II. 1. Composition en masse volumique équivalente du liant de référence Tableau II. 1. Composition en masse volumique équivalente du liant de référence

POUDRES

Na2SO4

Eau de

gâchage ρPATE ρSEC*

Ponce du

Cheix ^CL90

Composition en g pour

100g de poudres ^{80 20 4 50 - -} Masse volumique (kg.m-3) 866 217 43 541 1667 ±5** 1138 ±5

* La masse volumique sèche est obtenue après étuvage à 105±0,1°C d’éprouvettes âgées de 60 jours. ** Ecart-type 2σ (95%)

I.2.1.b. Préparation des pâtes

Tableau II. 2. Protocole de préparation des pâtes de liant

Opération Durée Malaxeur