Résumé de la thèse :
La demande croissante en ciment implique de réduire son impact environnemental (8 % émissions mondiales de CO2). Une stratégie consiste à développer des ciments bas-carbone remplaçant
partiellement le clinker par des ajouts minéraux qui introduisent des fractions variables de particules fines dont les caractéristiques modifient le comportement des pâtes de ciment. ceci impacte
fortement des applications comme l'impression 3D et les bétons autoplaçants. Cette thèse étudie donc l'impact de la fraction fine et les principales ambiguïtés concernant son contrôle et sa
caractérisation. Pour y parvenir, une approche expérimentale a été adoptée, utilisant différentes poudres, un ciment Portland ordinaire OPC, des fillers calcaires (LF1 et LF2), et une cendre volante
FA, présentant des propriétés granulaires et chimiques variées. Tout d'abord, un seuil de 5 μm a été défini comme fraction fine. Cette dernière a ensuite été modifiée par des moyens physique
(substitution) et/ou chimique (ajout d'un superplastifiant PCE) dont l'impact sur les propriétés macroscopiques a été étudié. La stabilité de la suspension a été évaluée par turbidimétrie et
caractérisée par la vitesse de sédimentation (Vset) et la clarté du surnageant (%T), les propriétés viscoélastiques ont été caractérisées à l'aide de la rhéologie oscillatoire, le module de stockage (G'),
la déformation critique et la déformation de croisement servant d'indicateurs pour clarifier et quantifier la rigidité du réseau de la suspension, et la cinétique d'hydratation a été mesurée par
calorimétrie isotherme. Les résultats démontrent que la stabilité physico-chimique des suspensions à base de ciment est fortement influencée par la fraction fine (< 5 μm). Une corrélation claire existe
entre une teneur plus élevée en fines et une meilleure stabilité de la suspension, qui se traduit principalement par une vitesse de sédimentation plus faible (Vset). Cette tendance a été confirmée
dans les mélanges binaires, car le remplacement d'une partie de l'OPC par LF2 (97.6% < 5 μm) entraîne une diminution de la Vset. D’autre part, l'ajout de 0,1 % de PCE (par masse de liant) a
augmenté la fraction fine de 135 % dans le système OPC. Cette dispersion a, dans les systèmes OPC et LF1, directement amélioré la stabilité de la suspension, entraînant une réduction significative
de la vitesse de sédimentation. En revanche, pour LF2, l'ajout d'un superplastifiant (0,1 %) augmente la vitesse de sédimentation en raison de l'agglomération, confirmée par des mesures
granulométriques, due à des phénomènes de pontage. Ces travaux montrent que la substitution a un effet plus important sur la vitesse de sédimentation Vset, tandis que l'ajout de superplastifiant a
un impact plus fort sur le maintien des particules en suspension. En l'absence de PCE, une corrélation a également été observée avec l'évolution du module de stockage G' pour les systèmes
bruts et binaires dans les quatre fractions volumiques solides étudiées. La déformation critique montre une légère dépendance vis-à-vis des caractéristiques granulaires (PSD, forme, SSA), du type
de suspension (inerte et réactive) et de la fraction volumique solide, ce qui suggère que la déformation critique ne peut être associée uniquement à la formation d'hydrates au point de contact
entre les particules et peut être associée à des connexions entre les particules via des forces colloïdales et/ou un contact direct. Cependant, l'ajout de PCE a entraîné une réduction significative
du module de stockage G', indiquant une structure moins rigide, tout en augmentant la déformation critique d'un ordre de grandeur. Il a été constaté que le dosage de PCE est le facteur qui influence le
plus ces propriétés, et que celles-ci dépendent donc moins de la fraction fine. L'augmentation de la teneur en fines accélère la cinétique d'hydratation des suspensions à base de ciment. L'ajout de PCE
révèle une interaction compétitive entre l'effet retardateur du PCE et l'accélération des fines.