Présentation LMDC 2014

Laboratoire Matériaux
et
Durabilité des Constructions
Université de Toulouse; UPS, INSA; LMDC (Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions);
135 avenue de Rangueil ; F-31077 Toulouse Cedex 04, France
Site web : http://www-lmdc.insa-toulouse.fr
Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions
EA 3027
Directeur : Pr. Gilles ESCADEILLAS
Directeur adjoint : Pr. Alain SELLIER
Laboratoire universitaire de recherche dans le domaine de la
Science des Matériaux du Génie Civil
Effectifs Recherche
41 enseignants chercheurs
8 EqTP personnels ITARF
49 Doctorants (19 nationalités)
4 post-Doc, 6 ATER
25 stagiaires
Effectifs Division Transfert de Technologies
1 Docteur-Ingénieur, 1 Ingénieur d’Etudes, 2 Techniciens supérieurs
(CA ≈ 300 k€)
Objectifs scientifiques
Le LMDC propose des solutions scientifiques permettant un
développement durable et une gestion éco-responsable du
patrimoine immobilier : infrastructures de génie civil et habitat.
Dans ce but le LMDC :
• développe des matériaux innovants pour le Génie Civil,
• améliore la compréhension des phénomènes physicochimiques pouvant nuire à la durabilité des matériaux de
construction,
• met au point des méthodologies et des techniques pour la
requalification, le diagnostic, et la maintenance des
ouvrages existants.
Ces objectifs définissent les trois pôles de recherche du LMDC.
Organisation et animation de la recherche
Pôle
« Requalification,
diagnostic et
maintenance »
Pôle
« Matériaux
Innovants
pour le Génie
Civil »
Pôle
« Durabilité
des matériaux
et des
ouvrages »
Un EC peut appartenir à plusieurs pôles et plusieurs axes
Organisation et animation de la recherche
Pôle
« Matériaux Innovants
pour le Génie Civil »
Pôle
« Durabilité des
matériaux et des
ouvrages »
Pôle
« Requalification,
diagnostic et
maintenance »
Alain Sellier
Jean Paul Balayssac
Eco-matériaux à faible
impact environnemental
Physico-chimie pour la
durabilité des ouvrages
Requalification
d’ouvrages
Nouveaux matériaux et
nouvelles
fonctionnalités
Phénomènes de
transfert et durabilité
des ouvrages
Surveillance et contrôle
non destructif des
ouvrages
Optimisation des
matériaux pour des
applications spécifiques
Aide à la conception
d’ouvrages durables
Maintenance, réparation
et réhabilitation des
ouvrages
Martin Cyr
Axe transversal « Habitat Durable »
Organisation et animation de la recherche
Pôle « Matériaux Innovants pour le Génie Civil »
Eco-matériaux à faible impact environnemental (J.-E. Aubert)
Valorisation des matériaux
• Matériaux naturels, sous-produits industriels et déchets, issues de la biomasse
Liants alternatifs et produits de substitution au ciment portland
• Liants organiques (stabilisants), géopolymères, …
Nouveaux matériaux et nouvelles fonctionnalités (E. Ringot)
Nouveaux matériaux
• Nanomatériaux, matériaux à propriétés thermiques améliorées
Nouvelles fonctionnalités
• Lasures, matériaux composites, …
Optimisation des matériaux pour des applications spécifiques (M. Mouret – A. Turatsinze)
Matériaux de construction
• BAP, BHP, BTHP, BFUP, traitement de sols, terres crues et cuites
Systèmes de réparation
• Matériaux fibrés, mortiers en couches minces
Développement d’un nouveau liant (sans ciment)
5
4.5
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
6000
24
Retrait total (μm/m)
+ 15%
20
16
Rc (Mpa)
Indice d'absorption capillaire
(kg/(m2.min0.5))
1er brevet (UPS-INSA-INP)
Mise au point de nouveaux matériaux
éco-conçus pour le bâtiment
+ 50%
12
8
Témoin
1%CG
4
28
49
90
Temps (jours)
Adjuvantation « chimie verte »
4000
3000
2000
1000
0
0
180
1% CG
5000
0
10
20
30
Temps (jours)
40
50
0
5
10
15
Perte de masse(%)
20
Caractérisations physique et mécanique
Valorisation du liant dans un éco-matériau de construction
0.45
Sec et 65%HR
[COL04]
[CON07]
[EASY]
[CHANVRI]
[CER05]
[NGU09]
0.35
0.3
0.25
0.2
1% Lin
Matrice pure
2000
1500
Force (N)
0.4
λ (W/m.°C)
2ème brevet (UPS-Euralis)
1er Prix Inn’Ovations 2011, Catégorie "Innovation et Formation"
1000
0.15
0.1
500
0.05
0
0
200
400
600
800
1000
1200
Masse volumique apparente (kg/m3)
Etude de la compatibilité
avec agro-ressources
1400
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Déplacement (mm)
Caractérisations thermique
et mécanique
Validation à l’échelle
industrielle
25
Organisation et animation de la recherche
Pôle « Durabilité des matériaux et des ouvrages »
Physico-chimie pour la durabilité des ouvrages (A. Bertron)
Lixiviation et attaques chimiques
• Lixiviation, interactions bactéries - matériaux de construction
Corrosion
• Dépassivation des armatures, propagation de la corrosion en milieu cimentaire
Réactions de gonflement internes
• Réactions alcali-granulats, sulfatiques (interne, externe), gel-dégel
Phénomènes de transfert et durabilité des ouvrages (J. Verdier)
Transferts dans la matrice cimentaire
• Transferts chimiques en milieu saturé ou non saturé, transferts hydriques et gazeux
Transfert dans les fissures
• Propagation de fissures, transfert dans les fissures
Aide à la conception d’ouvrages durables (M. Carcasses)
Approche performantielle
• Pertinence des indicateurs de durabilité, optimisation des essais de caractérisation
Approche probabiliste pour la durabilité
• Traitement des incertitudes, caractérisation et actualisation des données
Mise au point de techniques expérimentales et de modèles
pour la prédiction du comportement d’ouvrages de génie civil
Pile de barrage atteinte de réaction alcali-granulat
z
1 an
200 ans
x
y
Sr = 0.30
Sr = 0.45
Sr = 0.85
Sr = 1.00
Détermination des profils hydriques à 200 ans
Modélisation
numérique du
comportement non
linéaire du béton
Endommagement dtyy
(fissures verticales perpendiculaire à l’axe du Lot)
Modèle utilisé par EDF – CIH pour
leurs barrages (code Aster)
Organisation et animation de la recherche
Pôle « Requalification, diagnostic et maintenance »
Requalification d’ouvrages (F. Duprat)
Requalification des ouvrages en béton
• Ouvrages armés dégradés par la corrosion ou par les agressions chimiques, …
Requalification des ouvrages en maçonnerie
• Caractérisation des matériaux, modélisation mécanique des ouvrages
Approches probabilistes pour la requalification
• Estimation fiabiliste de la probabilité de dépassement des critères de requalification
Surveillance et contrôle non destructif des ouvrages (G. Klysz)
Contrôle non destructif des matériaux et des ouvrages (y compris la corrosion)
• Evaluation des propriétés physiques et géométriques (radar, émission acoustique)
Nouvelles techniques pour la surveillance des ouvrages
• Traitement des données du monitoring, composites de renforcement intelligents
Maintenance, réparation et réhabilitation des ouvrages (F. Deby)
Maintenance des ouvrages vis-à-vis de la corrosion des armatures
• Maintenance électrochimique, inhibiteurs de corrosion
Renforcement des ouvrages et réhabilitation multifonctionnelle des bâtiments
• Renforcement par composites, réparation adhérente à base cimentaire, isolation
Organisation et animation de la recherche
Pôle « Requalification, diagnostic et maintenance »
Exemple : Requalification des ouvrages en maçonnerie
-3 MPa
remplissage
Essieux
-2
Archives SNCF :
Plan et pièces écrites
-1
Bandeaux :
- 6 MPa
voûte
Dossier de réclamation
Bandeaux de
l’entrepreneur
Dimensions
au mm près
des pierres
des joints
Les cisaillements
internes ont
dépassé
Charge les
valeurs
totale limites
P
Les tractions
internes
dépassent les
valeurs limites
voûte :
- 2 MPa
Appuis bloqués
sur le sol
Pg = 14 MN
+1
Les bandeaux et le
remplissage
plastifient
Pmax = 17 MN
Mise en évidence de mécanismes de
ruines différents suivant le type de
conditions aux limites envisagés
0
Glissement possible
G = 10MN
Déplacement vertical d’un point de l’intrados
→Pas de mécanismes de ruine
écartés a priori
→ Mise en œuvre de l’approche
globale de la requalification
→généralisable à d’autres types de
ponts anciens
Organisation opérationnelle et matériels
 Service « Chimie-Microstructure »
Chargé des essais de caractérisation chimique
et microstructurale des matériaux :
Analyse ICP, chromatographie ionique, fluorescence X,
Diffractomètre X, analyse thermique, fours,
Microscope électronique à balayage, microscopes
optiques, analyse d’images, vidéo-microscope
 Service « Physique »
Caractérise les propriétés physiques des
matériaux et plus particulièrement les propriétés
de transfert ou le contrôle non destructif :
Perméamétres (gaz, liquide), cellules de diffusion,
calorimètres (isotherme, adiabatique),
Radar, émission acoustique, potentiostat, corrosimètre
Enceintes climatiques, enceintes de vieillissement en
ambiance saline, de carbonatation accélérée, …
Organisation opérationnelle et matériels
 Service « Mécanique »
Dispose du matériel nécessaire à l’élaboration, à
la caractérisation aux états frais et durci et au
vieillissement des matériaux de construction :
Malaxeurs, rhéomètres, balances, salle humide
Presses de 50 à 6000 kN, bancs de fluage de 1000 kN,
Extensométrie, corrélation d'image tridimensionnel,…
 Moyens informatique et modélisation
Le LMDC dispose de ses propres moyens de
calcul (stations de calcul avec logiciels éléments finis
(Comsol Multiphysics, Abaqus, Castem, Aster) ou
spécifiques (Matlab, Maple, Vic3D, ...)) ou utilise les
moyens communs (supercalculateur CALMIP).
Surface recherche (SHON) : 2240 m² UPS + 952 m² INSA
(partagée en grande partie avec l’enseignement)
Adossement à la recherche
Division Transfert de Technologie (depuis 1988, 4 CDI, CA ≈ 280 k€)
• Répondre rapidement aux entreprises en matière de R&D, conseil,
diagnostic et expertise.
• Promouvoir les résultats de la recherche auprès des partenaires
du bâtiment et des travaux publics.
Formulation de béton :
Viaduc de Lalande (BHP) - 1998
Caractérisation différée de bétons
(fluage)
Viaduc de la Grande Ravine
Pont de Térenez
Collaborations scientifiques nationales
Participation à des projets de recherche nationaux :
- Projets ANR : ACTENA, APPLET, GRANDUBE, MAREO, SENSO, MEFISTO,
BioTerra, EvaDéOS, ENDE (Investissements d’Avenir), MACENA (Investissements
d’avenir), MOSAIC (ANR Blanc)
- Projets Nationaux (IREX) : BHP 2000, BEFIM, B@P, CALIBE, CEOS, RECYBETON
- Autres projets : ACDC (RGC&U), AgriBTP (FUI), Atalante (Eco-Industries2014),
DAIP (Eco-Industries 2012)
- Alliance MECD (5 Centres Techniques Industriels + 5 laboratoires universitaires)
- G.D.R. (Ancre)
- G.I.S. (Institut Ebene, G3, MRGency)
Participation à des groupes de travail :
- AFGC (Association Française de Génie Civil)
- CEFRACOR (Centre Français en Anti-Corrosion)
Collaborations scientifiques internationales
Participation à des groupes de travail internationaux (RILEM) :
• 207-INR : “Interpretation of non-destructive results”
• 211-PAE : “Performance of Cement-Based Materials in aggressive Aqueous
Environments”
• 213-MAI : “Model-assisted integral service-life prediction of steel-reinforced
concrete structures with respect to corrosion-induced damage “
• 235-CTC : “Corrosion initiating chloride threshold concentrations in concrete”
• 236-BBM : “Bio-aggregates based building materials”
• 238-SCM : “Hydration and microstructure of concrete with supplementary
cementitious materials”
• 247-DTA : “Durability testing of alkali-activated materials”
• New TC-MCI : “Microorganisms-cementitious materials interactions” (Chairman)
Participation à des projets internationaux et cotutelles
• 1 projet européen, 2 projets TASSILI, 3 projets CAPES - COFECUB
• 6 cotutelles (Brésil, Canada, Mexique, Portugal)
Relations contractuelles avec organismes
ANDRA (stockage de déchets radioactifs)
CEA Cadarache, CEA Saclay (industrie nucléaire)
EDF (CIH, R&D, SQR/TEGG)
RFF – SNCF (gestion des ouvrages d’art)
C.E.R.I.B. (Centre Technique Industriel Préfabrication Béton)
C.T.M.N.C. (Centre Technique Industriel Matériaux Naturels de Construction)
F.F.B. (Fédération Française du Bâtiment)
F.N.T.P. (Fédération Nationale des Travaux Publics)
IFSTTAR (ex. Laboratoire Central des Ponts et Chaussées)
Relations contractuelles avec industriels
Régionales
Nationales et Internationales
ARGECO
CEMEX
DEMETER Technologies
GETEC
Lagarrigue Préfa
LR Vision
MALET
SEAC
TERREAL
BOUYGUES
CARMEUSE France
CTG – Italcementi
EIFFAGE Travaux Publics
FREYSSINET
GINGER
GTS
MENARD
LAFARGE
PAREX-LANKO
Schlumberger Dowell
SEVA (Saint Gobain)
SOLVAY
VINCI Construction Grands projets
VINCI Construction France
WEBER et BROUTIN
CA (hors salaire permanents) ~ 1 000 k€ dont 85 k€ de dotation
Production scientifique
2009-2013 (5 ans)
PUBLICATIONS INTERNATIONALES :
250
PUBLICATIONS NATIONALES :
15
COMMUNICATIONS INTERNATIONALES :
114
COMMUNICATIONS NATIONALES :
27
CONFERENCES invitées :
39
OUVRAGES (direction ou chapitre) :
29
BREVETS
THESES soutenues :
HDR soutenues :
3
53
7
MERCI POUR VOTRE ATTENTION
Béton recyclé + ciment de verre = 97% de matériau recyclé !
(Photo Esportec – Petit Palais – Paris)

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