# Matériaux pour l'enveloppe du bâtiment :
Comportement thermique des parois, Caractérisation de
l'interface coffrage/béton, Valorisation de sous-produits

Laurent Libessart

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Laurent Libessart. Matériaux pour l'enveloppe du bâtiment : Comportement thermique des parois, Caractérisation de l'interface coffrage/béton, Valorisation de sous-produits. Matériaux composites et construction. Université d'Artois, 2021. tel-03589354

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UNIVERSITE D'ARTOIS

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Habilitation à Diriger des Recherches

ÉCOLE DOCTORALE SCIENCES, TECHNOLOGIE, SANTÉ – ED STS 585

LABORATOIRE DE GENIE CIVIL ET GEO-ENVIRONNEMENT – LGCgE ULR4515

............

PRÉSENTÉE par Laurent LIBESSART

Matériaux pour l'enveloppe du bâtiment : Comportement thermique des parois, Caractérisation de l'interface coffrage/béton, Valorisation de sous-produits

Soutenue le 01 décembre 2021

Membres du jury :

<table><tr><td>Pr Abdelkarim AIT-MOKHTAR</td><td>Université de La Rochelle</td><td>Rapporteur</td></tr><tr><td>Pr Ouali AMIRI</td><td>Université de Nantes</td><td>Rapporteur</td></tr><tr><td>Pr Monica SIROUX</td><td>INSA de Strasbourg</td><td>Rapporteur</td></tr><tr><td>Pr Didier DEFER</td><td>Université d'Artois</td><td>Examenateur</td></tr><tr><td>Pr Chafika DJELAL</td><td>Université d'Artois</td><td>Examenateur</td></tr><tr><td>Pr Mohamed EL MANSORI</td><td>Arts et Métiers ParisTech</td><td>Président</td></tr><tr><td>Pr Stéphane LASSUE</td><td>Université d'Artois</td><td>Examenateur</td></tr><tr><td>Dr-HDR Pascale de CARO</td><td>ENSIACET</td><td>Invitée</td></tr><tr><td>Dr Isabelle DUBOIS</td><td>LAFARGE</td><td>Invitée</td></tr></table>
Remerciement

Cette Habilitation à Diriger des Recherches représente à peu de choses près vingt ans de
ma carrière universitaire en recherche. Vingt années riches et bien remplies, mais aussi
parfois difficiles et douloureuses... Vingt années malgré tout où la vie a fait son chemin,
et qui m'ont donné l'occasion de rencontrer et de côtoyer de nombreux collègues que je
tiens tout particulièrement a remercier aujourd'hui.

Je tiens tout d'abord à remercier les Pr. Monica Siroux, Pr. Karim Ait-Mokhtar, et
Pr. Ouali Amiri d'avoir accepté de relire ce mémoire et d'en être rapporteurs. Merci pour
le temps passer à évaluer ce travail. Je remercie également le Président de mon jury le Pr.
Mohamed El Mansori d'avoir accepté de venir examiner ce travail.

Je voudrais remercier le Pr. Chafika Djelal sans qui ce travail n'aurait pas été possible.
Elle a été un guide scientifique important durant toutes mes années à Béthune, répon-
dant à toutes mes questions et sollicitations. De même, je tiens à remercier vivement le
Pr. Stéphane Lassue pour m'avoir permis de commencer et de développer ma recherche
à HEI dans le domaine de thermique qui n'était pas pour moi mon domaine de prédilection.

Merci également, au Pr. Didier Defer, Directeur Artois du LGCgE, pour ses conseils et
son soutien tout au long de ma carrière en recherche. Tu as toujours été là pour m'écouter.

Je remercie le Dr. HDR Pascale de Caro pour la relecture de la version finale de ce
mémoire et ses remarques nombreuses et précieuses durant ce parcours. Je remercie éga-
lement le Dr. Isabelle Dubois d'avoir accepté mon invitation pour assister à cet évènement.

Je tiens enfin à exprimer ma sympathie à toutes les personnes que j'ai pu côtoyer au
sein du Groupe HEI-ISA-ISEN, de l'Université d'Artois et de l'IUT, petit clin d'œil spé-
cial à Mickaël, Julien, Denis, Ana, Stéphane, Christian, Arnaud, Antoine, Olivier, Cyril,
Romuald, Didier, Dominique, Mireille, Yannick et Jonathan. Merci à tous les techniciens,
secrétaires et ingénieurs pour leur disponibilité permanente.

Je ne manquerais bien sûr pas de remercier les différents étudiants doctorants et sta-
giaires que j'ai pu encadrer pour des durées plus ou moins longues, et sans qui, chacun à sa
manière, je ne serais pas la... Je pense en particulier à "mes" doctorants, Amine, Mohamed
Amine, Charlotte, Florian, à "mes" stagiaires, Affef, Dimitri, Issam, Amine, Yousra, Manh
Hung, Rebiha ainsi qu'à tous les autres étudiants que j'ai pu encadrer sur des durées plus
courtes.

Enfin, je tiens à exprimer ma profonde gratitude et toute mon affection à mon épouse
Honorine qui a su me porter et me supporter ainsi que pour ses relectures attentives. Je
n'oublie pas mes deux princesses Emma et Agathe ainsi que mes proches et amis pour
leur soutien dans ce long parcours de l'HDR.
Résumé

L'étude des transferts thermiques, la compréhension de l'interface coffrage/béton ou la valorisation de sous-produits pour qu'elle soit la plus juste possible demande une caractérisation expérimentale précise qui peut alimenter la modélisation. Ce mémoire d'habilitation à diriger des recherches présente une synthèse des travaux ayant consisté principalement au développement ou à l'utilisation de dispositifs expérimentaux par des travaux en laboratoire ou in-situ. Il s'articule en trois chapitres. Le premier présente une notice détaillée de mes activités d'enseignement et de recherche ainsi que des responsabilités administratives et collectives. Le deuxième chapitre présente mes actions de recherche dans trois domaines :
- Etude du comportement thermique des parois avec la caractérisation de matériaux fibreux (ouate de polyester, laine de chanvre, laine de verre et textile recyclé) par la détermination des transferts par rayonnement et, par l'instrumentation et la modélisation de parois composées de murs végétalisés complexes ou simples (lierre et vigne vierge).
- Analyse de l'interface coffrage/béton et plus particulièrement sur l'utilisation d'agents de démoulage (huile et émulsion) par des caractérisations physico-chimique et de surface, l'utilisation du tribomètre plan/plan et la qualité des parements en béton.
- Incorporation de sous-produits dans les matrices cimentaires pour la création de blocs de maçonnerie à base de kaolin du Cameroun ou à base de cendres volantes de biomasse bois par des essais en laboratoire et industriel aux états frais et durci. Pour finir, le troisième chapitre donne les conclusions et les perspectives de ces travaux de recherche.

Mots clés : Thermique, Confort, Rayonnement, Interface, Adhésion, Tribologie, Valorisation, Matériaux cimentaires, Blocs de béton
# Table des matières

## Introduction 7

## 1 Notice détaillée 9

### 1 Curriculum vitae 9

#### 1.1 Etat civil 9

#### 1.2 Situation actuelle 9

#### 1.3 Formation 9

#### 1.4 Fonctions successives 10

#### 1.5 Compétences complémentaires 11

### 2 Activités pédagogiques 12

#### 2.1 Enseignements 12

#### 2.2 Création d'un axe de formation EHE (Energies Habitat et Environnement) 18

### 3 Activités administratives 19

#### 3.1 Ecole d'ingénieurs HEI, Département Construction Civile et Mécanique, Lille 19

#### 3.2 IUT de Béthune - Département Génie Civil et Construction Durable, Béthune 20

### 4 Liste des travaux 21

### 5 Activités d'encadrement 26

#### 5.1 Encadrement doctoral 26

#### 5.2 Encadrement Post-doc et Ingénieur de recherche 27

#### 5.3 Encadrement de Master et 2e et 3e année d'Ecole d'ingénieur 27

#### 5.4 Rayonnement scientifique 29

#### 5.5 Responsabilités scientifiques 30

#### 5.6 Membre d'organisation de manifestation scientifique 30

#### 5.7 Jury 30

### 6 Activités de transfert et de valorisation 31

### 7 Sigles/Acronymes 34

## 2 Mémoire de recherche 37

### 1 Etude du comportement thermique des parois 39

#### 1.1 Caractérisation thermique des murs végétalisés 42

#### 1.2 Etude des transferts de chaleur au travers d'isolants thermiques fibreux et semi-transparents pour le bâtiment 58

### 2 Etude de l'interface coffrage/béton 66

#### 2.1 Caractérisation physico-chimique des agents de démoulage 68

#### 2.2 Analyse tribologique de l'interface coffrage/béton 77
<table><tbody><tr><td>2.3</td><td>Compréhension des mécanismes intervenant à l'interface paroi/agent de décoffrage/béton</td><td>83</td></tr><tr><td>2.4</td><td>Esthétique des parements en béton en lien avec les agents décoffrants</td><td>86</td></tr><tr><td>3</td><td>Etude des matériaux cimentaires à base de sous-produits</td><td>92</td></tr><tr><td>3.1</td><td>Etude des propriétés minéralogiques et chimiques des sous-produits</td><td>94</td></tr><tr><td>3.2</td><td>Valorisation des sous-produits dans les matériaux cimentaires</td><td>99</td></tr><tr><td><b>3</b></td><td><b>Conclusion et perspectives</b></td><td><b>107</b></td></tr><tr><td></td><td>Bibliographie</td><td>113</td></tr><tr><td></td><td><b>Annexes</b></td><td><b>129</b></td></tr><tr><td></td><td><b>Annexe 1</b></td><td><b>131</b></td></tr><tr><td></td><td><b>Annexe 2</b></td><td><b>149</b></td></tr><tr><td></td><td><b>Annexe 3</b></td><td><b>173</b></td></tr><tr><td></td><td><b>Annexe 4</b></td><td><b>193</b></td></tr></tbody></table>
# Introduction

Ce mémoire présente une synthèse de mes travaux de recherche effectués de février 2002, date de début de mon stage de recherche de DEA, à aujourd'hui. Il n'est pas facile de passer de l'étude des transferts thermiques par rayonnement ou conduction à l'étude du comportement des agents de démoulage en présence de béton par des analyses tribo-logiques et physico-chimiques en passant par la valorisation de sous-produits. Pour cela, différents domaines sont abordés de la thermique aux matériaux, le fil conducteur de ces travaux est la mise en place ou l'utilisation d'expérimentations à différentes échelles : laboratoire, in-situ et industrielle. La modélisation est également présente mais en points brefs. L'aspect expérimental est donc très présent pour ces études. Je pense, qu'au sens large, mon domaine de recherche peut être défini comme étant la caractérisation expérimentale des matériaux pour l'enveloppe du bâtiment. Ce mémoire s'attachera à faire ressortir mes principales compétences issues des expériences de ces dernières années. Je présenterai donc ma démarche scientifique et mes objectifs pour les années à venir.

Tous ces travaux se sont déroulés dans différents établissements. J'ai commencé à la Faculté des Sciences Appliquées (Université d'Artois) de Béthune en 2002 au sein du Laboratoire d'Artois Mécanique Thermique Instrumentation (LAMTI) pour mon stage de DEA. Puis, pour ma thèse et en tant qu'ATER, je suis resté dans le même laboratoire mais à l'Institut Universitaire Technologique (Université d'Artois) de Béthune de 2002 à 2006. Ensuite, j'ai été embauché en tant qu'Enseignant-chercheur à l'école d'ingénieurs HEI à Lille de 2006 à 2015 et intégré à l'équipe "Thermique de l'Habitat" ER5 du Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement (LGCgE) en 2009. Pour finir, j'ai été nommé Maître de conférences à l'IUT de Béthune dans l'équipe "Matériaux" ER3 du LGCgE depuis 2015. Ce parcours explique donc les deux grands axes de recherche développés dans ce mémoire, dans les équipes "Matériaux" et "Habitat" du LGCgE. En effet, de formation davantage sur l'interface coffrage/béton de par ma thèse, j'ai dû, durant la période à HEI, modifier mon domaine de recherche pour m'orienter vers l'étude du comportement thermique des matériaux (fibreux ou végétalisés).

La possibilité de travailler dans deux thèmes de recherches différents et complémentaires a été pour moi très enrichissante et passionnante. Durant ce parcours de recherche, j'ai été amené à étudier une très grande diversité de phénomènes, couvrant différentes échelles d'espaces et de temps. A chaque fois, j'ai développé des outils méthodologiques ou expérimentaux en laboratoire ou in-situ dans le souci permanent de l'appliquer dans le monde professionnel du Génie Civil, que ce soit pour les PMI-PME ou les majors du Bâtiment et Travaux Publics. Mes actions de recherches développées sont les suivantes :

- Etude de la conductivité de composés de murs végétalisés complexes,

- Création de cellules d'analyse en extérieur de murs végétalisés simples,

- Développement d'un code de calculs intégrant les murs végétalisés simples,
— Etude du rayonnement thermique au sein des matériaux fibreux : Ouate de polyester, chanvre, laine de verre, textile recyclé,

— Etude des phénomènes intervenants à l'interface coffrage/béton en présence d'agents de décoffrage,

— Etude interfaciale des agents de décoffrage sur le coffrage,

— Développement d'outils de caractérisation physico-chimiques des agents de décoffrage,

— Développement d'outils d'analyses des parements en béton,

— Développement de matériaux cimentaires à base de sous-produits.

Le premier chapitre de ce mémoire retrace mon Curriculum Vitae personnel, un bilan synthétique de mes activités d'enseignement et de recherche ainsi que de mes responsabilités administratives et collectives. Je détaille certains cours enseignés durant ma carrière ainsi que la création d'un axe de formation. Je liste l'ensemble des publications réalisées et des appels à projets auxquels j'ai participé.

Le second chapitre présente un bilan de mes travaux de recherche. J'ai choisi de détailler dans ce mémoire mes apports dans trois domaines : (i) Etude du comportement thermique des parois, (ii) Etude de l'interface coffrage/béton, (iii) Etude des matériaux à base de sous-produits. Mes travaux de recherche dans chacun de ces domaines sont déclinés en plusieurs parties afin de faire ressortir l'importance des actions menées.

La première partie s'intéresse à l'étude du comportement thermique des parois, je présente mes activités de recherches réalisées durant mon DEA et à HEI. Elle détaille les bases de la thermique et de conductivité, la réalisation de prototypes expérimentaux, l'analyse des échanges thermiques d'une paroi avec son extérieur et des transferts thermiques par conduction et rayonnement. Les actions sont menées sur les matériaux fibreux et les murs végétalisés. La seconde partie est consacrée aux travaux réalisés à l'IUT sur l'interface coffrage/béton et plus particulièrement sur les agents de démoulage (huiles, émulsions). J'ai choisi de présenter leur caractérisation physico-chimiques avec les différents mécanismes se déroulant à l'interface pour les huiles (minérales, végétales ou semi-végétales). Les travaux sur les études du frottement par le tribomètre plan/plan, de la tension de surface et d'outils d'aide à la caractérisation des parements en béton soit par grille de notation soit par analyse d'images sont également détaillés. La troisième partie présente à l'étude des sous-produits. Ces recherches faites à l'IUT sont les plus récentes. Je présente la valorisation d'argile brut riche en gibbsite du Cameroun ou encore, l'incorporation de cendres volantes de chaudière biomasse bois dans les matrices cimentaires du laboratoire à la chaine industrielle afin de réduire leur impact sur l'environnement.

Le troisième et dernier chapitre de ce mémoire permet de visualiser les quelques perspectives de recherche liées aux volets scientifiques présentés dans le chapitre précédent.

La fin du mémoire est complétée par des "Annexes" qui serviront à détailler les actions de recherche par les publications et les congrès issus de ces études. Pour finir, le travail de recherche n'est pas un travail solitaire.

De nombreuses personnes sont impliquées tout au long de ce mémoire : collègues, étudiants en stage de Master, en thèse ou en post-doc. A chaque fois, j'ai cité la contribution de chacun.
# Chapitre 1

# Notice détaillée

## 1 Curriculum vitae

### 1.1 Etat civil

Laurent LIBESSART

06 août 1979 (41 ans) - Marié - 2 enfants

**Coordonnées personnelles**

35 rue Le Verrier - 59800 Lille

lau.libessart@gmail.com, 06/70/87/85/98

Anglais niveau B1

**Coordonnées professionnelles**

IUT de Béthune - LGCgE - 1230 rue de l'université - 62408 Béthune Cedex

laurent.libessart@univ-artois.fr

### 1.2 Situation actuelle

**2015 - ... Maître de conférences (60e section) 6e échelon**

IUT de Béthune - Département Génie Civil

- Enseignements en Topographie, Structure, Organisation de chantier, Construction

- Recherche au sein du LGCgE - axe Géo-matériaux - équipe ER3

- Gestion des plannings et des notes pour la Licence Pro Travaux Publics Métiers de la Route (2018-...)

- Obtention de la PEDR (2020-2024)

### 1.3 Formation

2006 : **Thèse de doctorat de l'Université d'Artois** - Spécialité : Sciences pour l'ingénieur
Option : Génie civil

Titre : **Influence de la composition des agents de démoulage à l'interface cofrage/béton - Impact sur l'esthétique des parements en béton**

Laboratoire d'Artois Mécanique Thermique et Instrumentation, Université d'Artois à Béthune
Soutenue le 9 mars 2006 devant la commission d'examen composée de :

Thomas MATHIA, Directeur de recherche CNRS, Ecole Centrale de Lyon - Président
Gilles ESCADEILLAS, Professeur des Universités, Toulouse - Rapporteur
Philippe RICHETTI, Directeur de recherche CNRS, CRPP, Bordeaux - Rapporteur
Claude VERDIER, Directeur de recherche CNRS, LSP, Grenoble - Rapporteur
Chafika DJELAL, Professeur des Universités, Université d'Artois - Directrice de thèse
Pascale de CARO, Maître de Conférences - HDR, ENSIACET, INP Toulouse - Co-encadrante
Bruno DUTHOIT, Professeur des Universités, Université d'Artois - Examinateur
Isabelle DUBOIS-BRUGGER, Ingénieur de recherche, CHRYSO S.A. - Invitée

Obtention du grade de docteur de l'Université d'Artois avec mention **Très Honorable**

**2002 : DEA Ingénierie de la maîtrise d'oeuvre urbaine** - Mention AB
«Séparation d'échanges thermiques superficiels pour une caractérisation et une gestion optimale des échanges énergétiques entre une surface et son environnement»

Faculté des Sciences Appliquées - Béthune (62)

Directeur de mémoire : Pr. Stéphane Lassue

**2001 : Maîtrise Génie Civil** - Mention AB
Faculté des Sciences Appliquées - Béthune (62)

**2000 : Licence de Génie Civil**
Faculté des Sciences Appliquées - Béthune (62)

**1999 : Diplôme Universitaire Technologique en Génie Civil** - option bâti-
Institut Universitaire Technologique - Béthune (62)

## 1.4 Fonctions successives

**2015 - ... - Maître de conférences**

IUT de Béthune - Département Génie Civil, LGCgE, Béthune (62)

- Enseignements en Procédés de construction, Structure, Organisation de chantier, Topographie, Base de dessin, Lecture de plan

- Thèmes de Recherche : Interface coffrage/agents de démoulage/béton, Valorisation de sous-produits dans les matrices cimentaires

**2006 - 2015 - Enseignant - Chercheur**

Ecole d'ingénieurs HEI, Dép. Construction Civile et Mécanique, LGCgE, Lille (59)

- Enseignements en Planification, Matériels et Procédés de construction, Pathologie du bâtiment, Matériaux du BTP, MS Project 2013, Génie Climatique, Topographie

- Thèmes de Recherche : Thermique de l'habitat - Matériaux fibreux

**2005 - 2006 - ATER en Génie Civil**

Université d'Artois, IUT Génie Civil, LAMTI, Béthune (62)
- Enseignements en Géotechnique, Résistance des matériaux, Informatique du bâtiment (PNS8, RDM Le Mans, Robot, Visual Basic), Projet, niveau Licence 1 et 2, 192 eq. TD, encadrement de stage

- Thème de Recherches : Interface coffrage/agents de démoulage/béton, Esthétique des parements, Corrosion

## 1.5 Compétences complémentaires

**Langues** - Anglais (lu, écrit, parlé niveau B1)

**Informatique** - Autocad 2018, REVIT 2018, Graitec ARCHE Ossature, GIMP, ImageJ, MS Project 2013
# 2 Activités pédagogiques

## 2.1 Enseignements

Mes expériences en enseignement ont débuté par des vacances, par des TP de Géotechnique durant ma thèse. Après ma dernière année de thèse en 2005, j'ai eu la possibilité d'occuper un poste ATER à temps plein à l'IUT de Béthune. Les étudiants concernés étaient soit en première année (cycle initial et cycle par apprentissage) soit en deuxième année. Pour ce poste, j'ai principalement effectué les « **TP de géotechnique** » pour les 1ère année du cycle initial (DUT1) et par apprentissage (DUT1APP).

Les TP étaient découpés en quatre rotations :

- Essai de granulométrie du sable / Mesure de la masse volumique apparente de l'argile au moyen de paraffine

- Mesure des propriétés plastique et élastique des argiles par les limites d'Atterberg / Granulométrie par sédimentation

- Essai de propreté des sables / Mesure du volume de bleu de méthylène des argiles

- Mesure de la portance d'un sol par l'essai PROCTOR

J'ai assuré la correction de tous les comptes rendus des TP effectués.

En 2006, j'ai été embauché à temps plein au sein de l'école d'ingénieurs HEI à Lille. Durant neuf années, j'ai eu la possibilité de donner des cours magistraux, des TD et des TP aux étudiants du cycle ingénieur (HEI3, HEI4, HEI5). Le public concerné faisait partie de trois domaines d'enseignement : BTP, BAA créé en 2008 et EHE créé en 2009.

Je vais vous présenter quelques détails sur certains cours enseignés, tout d'abord à HEI puis à l'IUT.

En 2006, mon intervention en HEI4 BTP en « **Planification** » est décomposée en une partie de cours où je présentais les bases de la gestion de projet et les principes de la planification (tâches, chemin critique, marge) et les différents réseaux utilisés (PERT, MPM, GANTT). La deuxième partie, en TD, était utilisée pour faire des cas pratiques de réseaux afin de donner aux étudiants des bases de planification entre le Gros Œuvre et le Second Œuvre. Cette intervention a été modifiée en 2009. En effet, les étudiants avaient en tronc commun les prérequis nécessaires sur les bases de planification, cours donné en HEI3. Afin de ne pas faire de doublon, j'ai donc construit mon intervention sur une base de « Projet ». Je me rendais chaque année sur le site des marchés publics afin de trouver un projet de BTP à planifier, aux moyens des CCAP, CCTP, plans et recueil de temps unitaires, sous MS Projet. Les étudiants étaient en groupe de deux et en grande autonomie. Ma présence dans les séances se résumait à les guider pour la planification, à les orienter sur les procédés de construction et à les aider à trouver les temps unitaires. Lors de cette modification sur ce cours en 2009, je me suis aperçu de la difficulté des étudiants à comprendre les nombreuses terminologies des CCTP. J'ai ainsi associé en parallèle le cours de « Matériel et Procédés de construction » au projet de planification en me servant des CCTP pour illustrer le cours afin de faire avancer les étudiants sur leur projet.
En 2008, j'ai créé le cours magistral de « Procédés de construction » pour les HEI4 BTP. Le début du cours était basé sur les notions des DTU, les Eurocodes et la lecture de plan. Ensuite, j'ai décomposé mon intervention en 8 chapitres : La maçonnerie, le voile béton, les planchers en béton, la préfabrication en béton, les charpentes bois, les couvertures, les cloisons, la menuiserie. Je donnais les normes liées à chaque procédé, la mise en œuvre et la terminologie. Le polycopié et le diaporama étaient composés de nombreux schémas et photos pour illustrer les mises en œuvre. L'examen est découpé en 2 parties : questions de cours (1/3 de la note), explications de procédés de construction (2/3 de la note). En 2012, ce cours est devenu « Matériels et Procédés de construction ». En effet, j'avais ajouté la présentation des engins de chantiers pouvant être rencontrés sur chantier. Ce module était également enseigné auprès des HEI4 BAA. Le contenu a été adapté en introduisant un chapitre sur les fondations tout en enlevant celui sur les engins de chantier.

En 2009, lors de la création de la nouvelle maquette pédagogique d'HEI, un enseignement a été créé : « Matériaux du BTP ». Le but de ce cours était de donner les prérequis de matériaux pour les enseignements de charpente métallique ; mécanique des sols ; calcul béton ; procédés de construction et dimensionnement de chaussées aux étudiants de HEI4 BTP. Le cours a été construit en 6 chapitres : généralités, le matériau acier, le matériau sol, les matériaux à base de ciment, le matériau bois, les matériaux à base de bitume. Des TD étaient prévus pour faire quelques exercices basiques sur les courbes granulométriques, l'essai de portance PROCTOR et la formulation du béton par la méthode de Dreux-Gorisse.

Dès mon arrivée en 2006, j'ai enseigné le cours de « Pathologie du bâtiment ». Le public concerné était en dernière année du cycle ingénieur (HEI5 BTP). J'ai tout d'abord donné des informations sur les statistiques de désordres rencontrés et précisé quelques notions sur les règles de l'art. Ensuite, j'ai découpé mon cours en chapitre : Pathologies liées au sol, Pathologies des structures (Maçonnerie, Béton, Métal, Bois), Pathologies des enduits. J'ai rédigé un polycopié et réalisé une présentation PowerPoint avec de nombreux exemples, les élèves devaient déterminer les causes et les conséquences du désordre et donner les possibilités de réparations et conseils de préventions. Je complétais le cours par des points de vigilance. L'examen est composé d'une partie de questions de cours et de cas de désordres à analyser. Je me suis servi également des visites de chantier pour obtenir des désordres les plus concrets possibles.

En 2012, pour les étudiants de HEI5 EHE, j'ai créé un cours en « Génie Climatique » dont le diaporama était en anglais. L'objectif du cours était de lister les différents appareillages en génie climatique (VMC, Centrale de Traitement d'Air (CTA), climatisation) et de permettre aux étudiants de dimensionner un réseau et une centrale de traitement d'air au moyen du diagramme de l'air humide. L'intervention se déroulait en 5 parties : notions de génie climatique, diagramme de l'air Humide / traitement de l'air, centrale de traitement d'air (CTA), renouvellement d'air hygiénique et dimensionnement d'un réseau / CTA. Il n'a pas été évident de rechercher les bons termes en anglais afin d'avoir un diaporama le plus complet possible.

A partir de 2015, à ma monimation à l'IUT de Béthune sur un poste de Maître de conférences, les modules de **Topographie** m'ont été principalement confiés pour les DUT1 et le cursus DUT "Année Spéciale".
Pour le module de **CONS3** (Bases de topographie) réalisé au premier semestre, l'objectif est de mener à bien les opérations courantes de topographie effectuées sur les chantiers de bâtiment et de travaux publics. Les TD ont permis aux étudiants d'avoir les notions de dénivelés, de pentes et des différents nivellements rencontrés sur le terrain : fermé, encadré, ouvert et par rayonnement. Ils ont réalisé des calculs sur différents cas, en remplissant le carnet de nivellement. Les étudiants ont ensuite utilisé le niveau de chantier sur des mesures et calculs de pente et sur des mesures et des calculs altimétriques. Ils ont également eu les notions de systèmes de coordonnées et ils ont utilisé le GPS pour la réalisation d'un levé de terrain. Les mesures ont été exportées sur le logiciel Autocad pour en réaliser un plan complet avec cotations. Les travaux pratiques sont réalisés en petits groupes sur le terrain.

Pour le module **CONS6** (Topographie appliquée au projet) du second semestre, l'objectif est de les amener à devenir autonomes dans les opérations topographiques. Pour cette partie, les notions d'implantations polaires et cartésiennes sont données en TD ainsi que le calcul du gisement et la détermination d'un cheminement polygonal. Les bases de trigonométrie sont rappelées. Les TP sont réalisés avec le tachéomètre sur : l'implantation polaire d'un bâtiment avec calcul de surfaces et de distances, l'implantation cartésienne de 2 bâtiments avec saisie des coordonnées dans l'appareil et la réalisation d'un levé de façade avec réalisation d'un plan détaillé sur le logiciel Autocad.

J'ai également eu la charge du module d' **Initiation à la topographie** pour les étudiants de la Licence Pro TPMR. Je leur ai fait des rappels sur les notions de topographie, de nivellement, de trigonométrie et de systèmes de coordonnées. Les deux TP réalisés se sont basés sur un projet d'implantation d'un parking souterrain. Les étudiants devaient réaliser le levé de la voirie existante en GPS, réaliser les plans et les coupes sous Autocad. En se servant des normes, ils devaient créer les dimensions d'un parking pour l'insérer dans leur plan. Pour finir, ils exportaient leurs coordonnées planes pour les implanter au tachéomètre sur le terrain. Des vérifications de distances et de surfaces étaient également réalisées.

J'ai également des expériences en **Structure**, par les TD et TP faits à HEI et à l'IUT.

Pour finir, avec la crise sanitaire liée au COVID19 apparue en France début 2020 et durant l'absence des étudiants sur le site de l'IUT, j'ai dû modifier mon approche pédagogique. En effet, il a été nécessaire de développer des enseignements en ligne via la plate-forme Moodle ou par des visioconférences ou encore par des vidéos pratiques (Utilisation du Tachéomètre pour le cours de Topographie). Cette expérience a été très enrichissante.

En terme d'effectifs, pour l'année 2013-2014, les promotions d'étudiants à HEI étaient de 100 en BTP (2e année de cycle ingénieur), 85 en BAA (2e année de cycle ingénieur) et 12 en EHE (3e année de cycle ingénieur). Pour l'année 2014-2015, les promotions d'étudiants étaient de 100 en BTP, 100 en BAA et 19 EHE.

Concernant les effectifs à l'IUT, chaque année, les DUT1 dénombrent environ 120 étudiants et 80 pour les DUT2. Le groupe en Licence Pro TPMR Métiers de la route est composé de 24 à 36 étudiants. La majorité des enseignements se fait sous forme de TD et de TP.
Le tableau suivant détaille toutes les interventions faites ainsi que les volumes horaires pour chaque année.

<table><thead><tr><th>Année</th><th>Postes</th><th>Vol. Horaire</th><th>Type Ens.</th><th>Niveau</th><th>Eq TD</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="4">2020-2021</td><td><strong>MCF</strong></td><td></td><td></td><td></td><td rowspan="4">242h</td></tr><tr><td>Topographie</td><td>140h</td><td>Cours, TD, TP</td><td>DUT 1, Lic. 3, AS</td></tr><tr><td>Structure</td><td>48h</td><td>TP</td><td>DUT 1</td></tr><tr><td>Projet</td><td>30h</td><td>Cours, TD, TP</td><td>DUT 2, Lic. 3</td></tr><tr><td></td><td>Topographie</td><td>24h</td><td>Cours, TP</td><td>Licence 3</td><td></td></tr><tr><td rowspan="5">2019-2020</td><td><strong>MCF</strong></td><td></td><td></td><td></td><td rowspan="5">384h</td></tr><tr><td>Topographie</td><td>220h</td><td>Cours, TD, TP</td><td>DUT 1, Lic. 3, AS</td></tr><tr><td>Structure</td><td>48h</td><td>TP</td><td>DUT 1</td></tr><tr><td>Construction</td><td>68h</td><td>TP</td><td>DUT 1</td></tr><tr><td>Projet</td><td>30h</td><td>Cours, TD, TP</td><td>DUT 2, Lic. 3</td></tr><tr><td></td><td>Topographie</td><td>18h</td><td>Cours, TP</td><td>Licence 3</td><td></td></tr><tr><td rowspan="5">2018-2019</td><td><strong>MCF</strong></td><td></td><td></td><td></td><td rowspan="5">368h</td></tr><tr><td>Topographie</td><td>201h</td><td>Cours, TD, TP</td><td>DUT 1, Lic. 3, AS</td></tr><tr><td>Structure</td><td>48h</td><td>TP</td><td>DUT 1</td></tr><tr><td>Construction</td><td>60h</td><td>TP</td><td>DUT 1</td></tr><tr><td>Projet</td><td>41h</td><td>Cours, TD, TP</td><td>DUT 2, Lic. 3</td></tr><tr><td></td><td>Topographie</td><td>18h</td><td>Cours, TP</td><td>Licence 3</td><td></td></tr><tr><td rowspan="5">2017-2018</td><td><strong>MCF</strong></td><td></td><td></td><td></td><td rowspan="5">288h</td></tr><tr><td>Topographie</td><td>181h</td><td>Cours, TD, TP</td><td>DUT 1, Lic. 3, AS</td></tr><tr><td>Structure</td><td>48h</td><td>TP</td><td>DUT 1</td></tr><tr><td>Projet</td><td>35h</td><td>Cours, TD, TP</td><td>DUT 2</td></tr><tr><td>Topographie</td><td>24h</td><td>Cours, TP</td><td>Licence 3</td></tr><tr><td rowspan="6">2016-2017</td><td><strong>MCF</strong></td><td></td><td></td><td></td><td rowspan="6">288h</td></tr><tr><td>Topographie</td><td>147h</td><td>Cours, TD, TP</td><td>DUT 1, Lic. 3, AS</td></tr><tr><td>Structure</td><td>64h</td><td>TP</td><td>DUT 1</td></tr><tr><td>Projet</td><td>31h</td><td>Cours, TD, TP</td><td>DUT 2</td></tr><tr><td>Organisation</td><td>18h</td><td>Cours, TP</td><td>Licence 3</td></tr><tr><td>Géotechnique</td><td>24h</td><td>Cours, TP</td><td>Licence 3</td></tr><tr><td rowspan="5">2015-2016</td><td><strong>MCF</strong></td><td></td><td></td><td></td><td rowspan="5">288h</td></tr><tr><td>Topographie</td><td>146h</td><td>Cours, TD, TP</td><td>DUT 1, Lic. 3, AS</td></tr><tr><td>Structure</td><td>64h</td><td>TP</td><td>DUT 1</td></tr><tr><td>Projet</td><td>28h</td><td>Cours, TD, TP</td><td>DUT 2</td></tr><tr><td>Organisation</td><td>24h</td><td>Cours, TP</td><td>Licence 3</td></tr><tr><td></td><td>Communication</td><td>26h</td><td>Cours, TP</td><td>Licence 3</td><td></td></tr><tr><td rowspan="5">2014-2015</td><td><strong>E-C</strong></td><td></td><td></td><td></td><td rowspan="5">254h</td></tr><tr><td>Matx du BTP</td><td>42h</td><td>Cours</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Proc. Const.</td><td>48,5h</td><td>Cours</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Planification</td><td>36h</td><td>Projet</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>PFE</td><td>60h</td><td>Projet</td><td>Master 1</td></tr><tr><td></td><td>Patho. du Bât</td><td>15h</td><td>Cours</td><td>Master 2</td><td></td></tr></tbody></table>
<table><thead><tr><th>Année</th><th>Postes</th><th>Vol. Horaire</th><th>Type Ens.</th><th>Niveau</th><th>Eq TD</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="5">2013-2014</td><td><strong>E-C</strong></td><td></td><td></td><td></td><td rowspan="5">245h</td></tr><tr><td>Matx du BTP</td><td>42h</td><td>Cours</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Proc. Const.</td><td>48,5h</td><td>Cours</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Planification</td><td>27h</td><td>Projet</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>PFE</td><td>60h</td><td>Projet</td><td>Master 1</td></tr><tr><td></td><td>Patho. du Bât</td><td>15h</td><td>Cours</td><td>Master 2</td><td></td></tr><tr><td rowspan="6">2012-2013</td><td><strong>E-C</strong></td><td></td><td></td><td></td><td rowspan="6">213h</td></tr><tr><td>Matx du BTP</td><td>27h</td><td>Cours</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Proc. Const.</td><td>30h</td><td>Cours</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Planification</td><td>27h</td><td>Projet</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>PFE</td><td>60h</td><td>Projet</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Patho. du Bât</td><td>15h</td><td>Cours</td><td>Master 2</td></tr><tr><td></td><td>Génie Climatique</td><td>12h</td><td>Cours</td><td>Master 2</td><td></td></tr><tr><td rowspan="6">2011-2012</td><td><strong>E-C</strong></td><td></td><td></td><td></td><td rowspan="6">181h</td></tr><tr><td>Matx du BTP</td><td>15h</td><td>Cours</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Proc. Const.</td><td>33h</td><td>Cours</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Planification</td><td>27h</td><td>Projet</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>PFE</td><td>60h</td><td>Projet</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Patho. du Bât</td><td>15h</td><td>Cours</td><td>Master 2</td></tr><tr><td rowspan="6">2010-2011</td><td><strong>E-C</strong></td><td></td><td></td><td></td><td rowspan="6">190h</td></tr><tr><td>Matx du BTP</td><td>15h</td><td>Cours</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Proc. Const.</td><td>33h</td><td>Cours</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Planification</td><td>36h</td><td>Projet</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>PFE</td><td>60h</td><td>Projet</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Patho. du Bât</td><td>15h</td><td>Cours</td><td>Master 2</td></tr><tr><td rowspan="8">2009-2010</td><td><strong>E-C</strong></td><td></td><td></td><td></td><td rowspan="8">204h</td></tr><tr><td>Matx du BTP</td><td>15h</td><td>Cours</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Proc. Const.</td><td>30h</td><td>Cours</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Planification</td><td>27h</td><td>Projet</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>ARCHE Oss.</td><td>9h</td><td>TD</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Constr. Métal.</td><td>6h</td><td>Cours</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>PFE</td><td>60h</td><td>Projet</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Patho. du Bât</td><td>15h</td><td>Cours</td><td>Master 2</td></tr><tr><td></td><td>Génie Climatique</td><td>6h</td><td>Cours</td><td>Master 2</td><td></td></tr></tbody></table>
<table><thead><tr><th>Année</th><th>Postes</th><th>Vol. Horaire</th><th>Type Ens.</th><th>Niveau</th><th>Eq TD</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="6">2008-2009</td><td><strong>E-C</strong></td><td></td><td></td><td></td><td rowspan="6">227h</td></tr><tr><td>Proc. Const.</td><td>30h</td><td>Cours</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Planification</td><td>40,5h</td><td>Cours, TD</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>ARCHE Oss.</td><td>24h</td><td>TD</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Abaques CAE</td><td>15h</td><td>TD</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>PFE</td><td>80h</td><td>Projet</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Patho. du Bât</td><td>15h</td><td>Cours</td><td>Master 2</td><td></td></tr><tr><td rowspan="10">2007-2008</td><td><strong>E-C</strong></td><td></td><td></td><td></td><td rowspan="10">242h</td></tr><tr><td>TP Béton</td><td>12h</td><td>TP</td><td>Licence 3</td></tr><tr><td>TP Topo</td><td>12h</td><td>TP</td><td>Licence 3</td></tr><tr><td>DAO</td><td>28h</td><td>TP</td><td>Licence 3</td></tr><tr><td>Planification</td><td>36h</td><td>Cours, TD</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Proc. Const.</td><td>14h</td><td>Cours</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>ARCHE Oss.</td><td>24h</td><td>TD</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Abaques CAE</td><td>16h</td><td>TD</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>PFE</td><td>80h</td><td>Projet</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Patho. du Bât</td><td>14h</td><td>Cours</td><td>Master 2</td></tr><tr><td rowspan="10">2006-2007</td><td><strong>E-C</strong></td><td></td><td></td><td></td><td rowspan="10">251h</td></tr><tr><td>RDM</td><td>45h</td><td>TD</td><td>Licence 3</td></tr><tr><td>TP Béton</td><td>24h</td><td>TP</td><td>Licence 3</td></tr><tr><td>TP Topo</td><td>12h</td><td>TP</td><td>Licence 3</td></tr><tr><td>DAO</td><td>28h</td><td>TP</td><td>Licence 3</td></tr><tr><td>Planification</td><td>36h</td><td>Cours, TD</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Proc. Const.</td><td>14h</td><td>Cours</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>ARCHE Oss.</td><td>12h</td><td>TD</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>PFE</td><td>80h</td><td>Projet</td><td>Master 1</td></tr><tr><td>Patho. du Bât</td><td>14h</td><td>Cours</td><td>Master 2</td></tr><tr><td rowspan="5">2005-2006</td><td><strong>ATER</strong></td><td></td><td></td><td></td><td rowspan="5">192h</td></tr><tr><td>Géotechnique</td><td>20h</td><td>TD</td><td>DUT 1</td></tr><tr><td>Géotechnique</td><td>120h</td><td>TP</td><td>DUT 1</td></tr><tr><td>RDM</td><td>52h</td><td>TP</td><td>Licence 1</td></tr><tr><td>Info du Bât.</td><td>88h</td><td>Projet</td><td>DUT 2</td></tr></tbody></table>
## 2.2 Création d'un axe de formation EHE (Energies Habitat et Environnement

J'ai eu la mission de créer totalement l'axe formation pour la rentrée 2009 à HEI. Ce domaine intervient en dernière année du cycle ingénieur (HEI5 EHE) et il est basé sur 200h d'interventions. Pour le créer, j'ai dû organiser des réunions avec les entreprises des secteurs concernés (bâtiment, urbanisme, génie thermique et climatique), puis avec les responsables des autres domaines pédagogiques de l'Ecole pour définir les syllabus et les pré-requis des cours à donner. Les matières sont présentées dans le tableau 1. Le module 2 a été spécialement créé pour donner des cours se référant à nos activités de recherche par l'utilisation de deux logiciels : Fluent et Pléaide+Comfie. Le domaine a donc été axé sur le développement urbain des quartiers ou des villes tout en prenant en compte l'efficacité énergétique de l'habitat, l'emploi de nouvelles énergies et technologies et la gestion environnementales des espaces. Il est ouvert aux étudiants de 2e année du cycle ingénieur. J'ai ensuite réalisé le recrutement de vacataires, le planning des interventions, le conseil scientifique et le suivi du bon déroulement de l'année. A la rentrée 2012, les enseignements du domaine sont donnés en anglais pour 100% des supports de cours et 30% à l'oral. Pour le module 5, l'idée était de faire un projet fil rouge sur la durée du semestre. Il permettait de voir d'autres cas d'études complémentaires aux enseignements donnés. J'ai organisé et participé aux jurys avec la présence d'industriels (Norpac, Eiffage, Dalkia, Ramery, Forclum, ...).

Ce domaine fait partie de la démarche EHE qui inclut les axes de recherches dans la thermique du bâtiment.

<table><caption>TABLE 1.1 – Détail des matières et des modules du domaine de formation EHE pour l'année 2009-2010</caption><thead><tr><th>Module</th><th>ECTS</th><th>Nb H. Tot.</th></tr></thead><tbody><tr><td><strong>MODULE 1 : Le développement durable</strong></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Le développement durable et les labels</td><td>1</td><td>12</td></tr><tr><td>Quartiers durables</td><td>1,5</td><td>21</td></tr><tr><td>Eco-conception</td><td>1</td><td>12</td></tr><tr><td><strong>MODULE 2 : Approche recherche de l'efficacité énergétique</strong></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Diagnostic énergétique et technique</td><td>1,5</td><td>22,5</td></tr><tr><td>Modélisation Numérique Sous Fluent</td><td>0,5</td><td>10,5</td></tr><tr><td><strong>MODULE 3 : Gestion de l'énergie</strong></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Besoins et maitrise énergétique</td><td>1</td><td>12</td></tr><tr><td>Modélisation Numérique Sous Fluent</td><td>0,5</td><td>10,5</td></tr><tr><td>Génie climatique</td><td>1,5</td><td>24</td></tr><tr><td><strong>MODULE 4 : Gestion juridique / économique</strong></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Coût et choix d'investissement</td><td>1</td><td>12</td></tr><tr><td>Droit de l'environnement, hygiène et sécurité, marchés publics/privés</td><td>1,5</td><td>22,5</td></tr><tr><td><strong>MODULE 4 : MODULE 5 : Projet</strong></td><td>3</td><td>30,5</td></tr></tbody></table>
# 3 Activités administratives

## 3.1 Ecole d'ingénieurs HEI, Département Construction Civile et Mécanique, Lille

- Suivi des stages et des projets de fin d'études en BTP, BAA et EHE

- Participation aux actions de promotions (Portes-ouvertes, opérations ESSAI)

- Participation aux soutenances des étudiants (PFE, Stage)

- Participation à l'analyse des dossiers et jurys de recrutement (Apprentissage, HEI3)

- Participation aux jurys de diplôme

### 2013 - 2015 - Responsable pédagogique du Domaine Bâtiment et Travaux Publics (BTP)

- Gestion du domaine, des syllabus et des modules de cours (600h)

- Gestion des plannings, sélection et gestion des intervenants, organisation du conseil scientifique, animation pédagogique

- Gestion des dossiers étudiants d'expatriation à l'international

- Développement du partenariat « entreprise »

### 2009 - 2011 - Co-Responsable du Domaine Bâtiment Aménagement Architecture (BAA)

- Gestion des départs à l'international

- Organisation des Jury Projet BAA et du conseil scientifique

- Gestion étudiante

### 2009 - 2013 - Responsable de la démarche « Energies, Habitat et Environnement » (EHE)

- Création de l'approfondissement, des syllabus et des modules de cours (200h)

- Gestion des plannings, sélection et gestion des intervenants, organisation du jury de projet et du conseil scientifique, développement de la relation entreprise

- Développement du domaine EHE en anglais

- Création et développement de l'axe de recherche thermique de l'habitat

### 2007 - 2013 - Professeur référent en 2e année du cycle ingénieur (HEI4)

- Suivi des absences

- Développement du Projet Personnel et Professionnel

- Gestion étudiante (Ecoute, Aide, Soutien)

### 2013 - 2014 - Animateur de l'atelier pédagogique « Projet »
## 3.2 IUT de Béthune - Département Génie Civil et Construction Durable, Béthune

- Gestion et planification des enseignements des modules (Cours, TD, TP) de la Licence TPMR (2018 - xxxx)

- Participation aux actions de promotions (Portes-ouvertes)

- Suivi d'apprentis en DUT1 et DUT2

- Participation aux soutenances des étudiants (PFE, Apprentis, PTUT, PPP)

### 2021 - Responsable de l'organisation des JPO Virtuelles du département GCCD

- Organisation des permanences visio et tchat des collègues

- Développement de la plateforme du département GCCD

- Création de vidéos

### 2016 - 2019 - Responsable des PFE (DUT2 et DUTAS)

- Gestion des sujets de PFE avec les professionnels du secteur BTP

- Création des groupes d'étudiants avec tuteur IUT

- Affectation des salles

- Gestion et participation aux soutenances

- Saisie des notes
# 4 Liste des travaux

## O - Rédaction d'ouvrage ou de chapitre d'ouvrage

**OX1** Vanhove Y., Djelal C., Libessart L., Proske T., Secrieru E., Feys D., TC-266 : MRP Members RILEM, "Procedures and Interpretation" - Chapitre 7, "State of knowledge of interface rheometry," Report volume published by Springer, en cours de rédaction.

## A - Publications internationales dans des revues avec comité de lecture

**A1** Spitz N., N. Coniglio N., Libessart L., El Mansori M., Djelal C., "Characterizing Tribological Behavior of Fresh Concrete Against Formwork Surfaces", *Construction and Building Materials*, 303, 2021

**A2** Kenai M.A., Libessart L., Lassue S., Defer D., "Impact of green walls occultation on energy balance : Development of a TRNSYS model on a brick masonry house", *Journal of Building Engineering*, 44, 2021

**A3** Libessart L., Djelal C., de Caro P., Laiymani I., "Comparative study of the tribo-logical behaviour of emulsions and demoulding oils at the concrete/formwork interface", *Construction and Building Materials*, 239, 2020

**A4** Kenai M.A., Libessart L., Lassue S., Defer D., "Impact of plants occultation on energy balance : Theoretical and numerical study", *Journal of Building Engineering*, 29, 101112, 2020

**A5** Tilioua, A. Libessart L., Lassue S., "Characterization of the thermal properties of fibrous insulation materials made from recycled textile fibers for building applications : Theoretical and experimental analyses", *Applied Thermal Engineering*, 42, 56-67, 2018

**A6** Libessart L., Kenai M.A., "Measuring thermal conductivity of green-walls components in controlled conditions", *Journal of Building Engineering*, 19, 258-265, 2018

**A7** Kenai M.A., Libessart L., Lassue S., Defer D., "Impact of plants occultation on energy balance : Experimental study", *Energy and Buildings*, 162, 208-218, 2018

**A8** Tilioua, A. Libessart L., Jeandel G., Lassue S., "Determination of radiative properties of polyester batting insulation material from hemispherical transmittance and reflectance measurements", *Applied Thermal Engineering*, 105, 594-604, 2016

**A9** Libessart L., de Caro P., Djelal C., Dubois I., "Correlation between adhesion energy of release agents on the formwork and demoulding performances", *Construction and Building Materials*, 76, 130-139, 2015

**A10** Libessart L., Djelal C., de Caro P., "Influence of the type of release oil on steel formwork corrosion and facing aesthetics", *Construction and Building Materials*, 68, 391-401, 2014

**A11** Djelal C., de Caro P., Libessart L., Dubois I., Pébère N., "Comprehension of demoulding mechanics at the formwork/oil/concrete interface", *Materials and Structure*, 3:41, 571-581, 2008
**A12** de Caro P., Djelal C., Libessart L., Dubois I. "Influence of the nature of demoulding agent on the properties of the formwork/concrete interface", *Magazine of Concrete Research*, 2 :59, 141-149, 2007

**A13** Libessart L., Djelal C., de Caro P., Dubois I., "Recommendations on the application of release agents to enhance facing aesthetics", *Concrete Plant International*, issue 4, 140-148, 2006

## B - *Article dans des revues "Open access"*

**B1** Tchamo Leussa, C.C., Libessart, L., Djelal, C. et al., "Pozzolanic activity of kaolins containing aluminum hydroxide", *Scientific Reports*, 10, 13230, 2020

**B2** Libessart L., Lahlou A., Djelal C., Vanhove Y., Mateo S., "Influence of the emulsions to the interface formwork/concrete", *ACI - Special Publication*, 326, 1-10, 2018

**B3** Tilioua, A. Libessart L., Lassue S., "Characterization of heat transfer through polyester batting insulation", *International Journal of Chemical and Environmental Engineering*, 1 : 7, 15-18, 2016

**B4** Djelal C., Vanhove Y., Libessart L., "Analysis of friction and lubrication conditions of concrete/formwork interfaces", *International Journal of Civil Engineering and Technology*, 3 : 7, ISSN 0976-6308, 2016

## C - *Publications nationales dans des revues avec comité de lecture*

**C1** Tilioua A., Libessart L., Joulin A., Lassue S. «Etude des propriétés thermo-physiques des isolants fibreux textile», *Annales du BTP*, février 2012

**C2** Libessart L., Djelal C., de Caro P., Dubois I., «Influence du mode d'application des agents de démoulage sur l'esthétique des parements», *Annales du BTP*, avril 2007

## D - *Communication dans des Congrès Internationaux à comité de lecture et actes publiés*

**D1** Page J., Libessart L., Djelal C., Gonon M., Laiymani I., "Feasibility of Using Biomass Fly Ash in Cementitious Materials", *1st International Conference on Smart Materials for Sustainable Construction*—SMASCO 2019, Luleå, Sweden, 10–12 December 2019

**D2** Feys D., Sonebi M., Amziane S., Djelal C., El Cheikh K., Fabbris F., Fataei S., Greim M., Ivanova I., Keller H., Khayat K., Libessart L., Mechtcherine V., Navarrete I., Perrot A., Secrieru E., Vanhove Y., "An overview of RILEM TC MRP round-robin testing of concrete and mortar rheology in Bethune, France, May 2018", *RheoCon2 Conference and SCC9 Symposium*, Dresden, september 2019

**D3** Djelal C., Vanhove Y., Libessart L., "Tribologie et phénoménologie des interfaces béton/coffrage" - Conférence plénière, *Journées Nationales du béton - 4e édition - JNB'19*, Hammamet, 26-28 avril 2019

**D4** Laiymani I., Libessart L., Hammouni S., Djelal C., Vanhove Y., "Emulsions effects
on the friction on the formwork/concrete interface”, *International RILEM Workshop on Rheological Measurements of Cement-based Materials* - IRWRMC 2018, UA-LGCgE, Aras, France, 30-31 May 2018

**D5** Libessart L., Djelal C., Joly N., Depraetere D., Martin P., Vanhove Y., "Utilisation des huiles recyclées pour le décoffrage du béton- Étude de l’esthétique des parements”, *10ème édition des Journées d’Etudes Techniques* (JET 2018), Marrakech, Maroc, 2-4 may 2018

**D6** Libessart L., Lahlou A., Djelal C., Vanhove Y., Mateo S., "Influence of the emulsions to the interface formwork/concrete", *2nd Edition of the International Workshop on Durability*, Moscow, 5-7 June 2018

**D7** Tilioua A., Libessart L., El Amrani A. Lassue S., "Optical and thermal properties of polymathy-methacrylate based plexiglass", *International Symposium : Architectural Patrimony and Local building materials*, Errachidia, Marocco, 12-14 october 2017

**D8** Libessart L., Tchamo Leussa CC., Djelal C., Gonon M., Djangang Njioumou C., Elimbi A., "Effect of aluminium hydroxide on clay mortars properties", *2nd International RILEM/COST Conference on Early Age Cracking and Serviceability in Cement-based Materials and Structures* - EAC2, ULB-VUB, Brussels, Belgium, 12-14 September 2017

**D9** Kenai M.A., Libessart L., Lassue S., Defer D., «Impact énergétique d'un mur végétalisé sur les performances thermiques d'une paroi de bâtiment», *XIIIème Colloque Interuniversitaire Franco-Québécois sur la thermique des Systèmes*, Saint-Lô, France, mai 2017

**D10** Libessart L., Djelal C., Vanhove Y., de Caro P., Dubois I., "Influence of SCC and release agents on concrete/formwork friction - Impact on the aesthetics of concrete facings", *8th International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete*, Washington, 15-18 mai 2016

**D11** Vanhove Y., Djelal C., Libessart L., "New demoulding process for self compacting concrete without release agents", *8th International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete*, Washington, 15-18 mai 2016

**D12** Kenai M.A., Libessart L., Lassue S., Defer D., «Performance énergétique des parois végétalisées», *XIIème Colloque Interuniversitaire Franco-Québécois sur la thermique des Systèmes*, Sherbrooke, juin 2015

**D13** Kenai M.A., Libessart L., Lassue S., Defer D., "An experimental investigation of the thermal effects of green walls : impact of plants obscuration on energy balance", *8th ENERGY FORUM on Advanced Building Skins*, Bressanone, Italy, 28-29 October 2014

**D14** Libessart L., Djelal C., de Caro P., Vanhove Y., «Influence de l'énergie d'adhésion des huiles de démoulage sur le frottement du béton», *Journées Internationales Francophones de Tribologie*, Matériaux et Tribologie, Mulhouse, 26-28 mai 2014

**D15** Tilioua A., Libessart L., Joulin A., Lassue S., Monod B., Jeandel G., "Determination of physical properties of fibrous thermal insulation", *EPJ Web of Conferences - 2nd European Energy Conference*, 02009, 2012
**D16** Tilioua A., Libessart L., Joulin A., Lassue S., «Etude de textiles innovant pour une réhabilitation performante des enveloppes de bâtiments : Modélisation du transfert thermique dans les matériaux textiles», *Xème Colloque Interuniversitaire Franco-Québécois sur la thermique des Systèmes*, Saguenay, juin 2011

**D17** Libessart. L., Djelal C., de Caro P., Dubois I., "Influence of various release agents in precast production", *Congrès International Concrete Conference and eXhibition*, St Petersburg, 4-8 December 2007

**D18** Libessart L., Djelal C., de Caro P., Dubois I., "The effect of release agents on the formwork/concrete interface", *2nd International Fib Congress*, Naples, Italie, June 2006

**D19** Libessart L., Djelal C., de Caro P., Vanhove Y., "Rheological and tribological behaviour of demoulding mineral or vegetable oils at the concrete/formwork interface", *2nd European Rheology Conference*, Grenoble, April 2005

**D20** Lassue S., Zalewski L., Libessart L., Hérin Ph., "Instrumentation for experimental study on heat transfer coefficient for external surface of building", *International Conference Urban Engineering*, Lille, 12-13 October 2005

**D21** Libessart L., Djelal C., de Caro P., Cavrot J-P., "Physicochemical and tribological characterization of release agents", *Symposium Fib - Concrete Structures*, Avignon, April 2004

## E - Communication dans des Congrès Nationaux à comité de lecture et actes publiés

**E1** Kenai M-A., Libessart L., Lassue S., Defer D., "Développement d'un modèle sous TRNSYS de l'impact énergétique de murs végétalisés sur une maison ancienne en période hivernale", *XXXVIIIèmes Rencontres de l'AUGC*, Marrakech, AJCE, Vol. 38 (1), 2020

**E2** Libessart L., Laiymani I., Djelal C., Vanhove Y., «Comportement des agents de démoulage en émulsion à l'interface coffrage/béton», *XXXVIIèmes Rencontres de l'AUGC*, école d'ingénieur Polytech Nice Sophia, 19-21 juin 2019

**E3** Tchamo Leussa C.C., Libessart L., Djelal C., Gonon M., Njiomou Djangang C., Elimbi A., «Mise au point d'un produit de construction à base d'argile du Cameroun - Influence de l'hydroxyde d'aluminium», *XXXVèmes Rencontres de l'AUGC*, ECN/UN, Nantes, 22 au 24 mai 2017

**E4** Tilioua A., Libessart L., Lassue S., Monod B., Jeandel G., «Caractérisation et modélisation du thermique au sein du matériau isolant fibreux», *Journées AUGC et IBPSA France*, 6-8 juin 2012

**E5** Libessart L., Djelal C., de Caro P., Dubois I., «Influence des énergies de surface des huiles de démoulage sur les performances de décoffrage», *XXIVèmes Rencontres Universitaires de l'AUGC*, La Grande Motte, 01/02 juin 2006

**E6** Libessart L., Pébère N., Jorcin J-B, de Caro P., Djelal C., Dubois I., Mateo S., «Comparaison des propriétés anticorrosion d'huiles minérales et végétales par spectroscopie d'impédance électrochimique», *17e Forum sur les impédances électrochimiques*, Paris,
31 janvier 2005

**E7** Libessart L., «Influence de la composition chimique des huiles de démoulage sur les performances du décoffages du béton», Concours jeunes chercheurs, XXIIIèmes Rencontres Universitaires de l'AUGC, Grenoble, 26-27 mai 2005

**F - Communication par voie d'affiche (poster) avec actes**

**F1** Page J., Libessart L., Djelal C., Gonon M., "Use of biomass fly ash in cementitious materials", *Advanced Materials for Sustainable Infrastructure Development*, Gordon Research Conference, Ventura, USA, 23-28 February 2020

**F2** Tilioua A., Libessart L., Jeandel G., Lassue S., "Characterization of heat transfer through Metisse insulation", EUROTHERM, Krakow, 19-23 June 2016

**F3** Libessart L., Djelal C., de Caro P., Vanhove Y., «Influence du volume de pâte, du superplastifiant et des huiles de décoffrage sur le frottement béton/paroi», *Journées Internationales Francophones de Tribologie, Procédés et Génie Civil*, Nantes, 27-29 mai 2015

**F4** Vanhove Y., Djelal C., Libessart L., «Etat des connaissances du frottement béton/paroi lors du pompage des bétons», *Journées Internationales Francophones de Tribologie, Procédés et Génie Civil*, Nantes, 27-29 mai 2015

**G - Communication par voie d'affiche (poster) sans acte**

**G1** Libessart L., Djelal C., de Caro P., "Etude des huiles de démoulage par analyse physico-chimique et tribologique", *Journée Professionnelle, Les entretiens du RCGU*, 9 mars 2004, Paris

**H - Séminaire - Workshop**

**H1** Libessart L., Djelal C., Vanhove Y., "Influence of concretes thixotropy on the tribological properties", *One-day Feedback - Round Robin Test - Comparison of Concrete Rheometers - International Tests at the Artois University (IUT Bethune)*, FNTP Paris, 8th November 2019

**H2** Tchamo Leussa C.C., Njiomou Djangang C., Elimbi, A., Libessart L., Djelal C., "Effects of aluminum hydroxide on the pozzolanic properties of kaolinite clays", *The doctoral research in a training unit for chemistry and application (URFD-CA) - PhD Students seminars in chemistry and application*, Ed. 2018, University of Yaoundé 1, Cameroun, 18-19 July 2018

**H3** Libessart L., Kenai M.A., "Impact des occultations des parois végétalisées sur le confort thermique", *Journée Recherche Acoustique et Thermique des parois végétalisées*, HEI, Lille, jeudi 23 octobre 2014
# 5 Activités d'encadrement

## 5.1 Encadrement doctoral

**Thèse 4.**

Schlupp Florian

« Valorisation des cendres de biomasse en tant que granulats et filler dans les bétons »

Date de début : 01/10/2020 Date de fin : xx/xx/xxxx, % encadrement : 33%.

Noms et % des co-encadrants : Chafika Djelal (34%) Jonathan Page (33%)

Financement : Bourse Université d'Artois

**Thèse 3.**

Tchamo Leussa Claudia Charlotte

« Influence de l'hydroxyde d'aluminium sur les propriétés pouzzolaniques de minéraux argileux de type 1/1 »

Date de début : 01/09/2015 Date de fin : 03/2021, % encadrement : 33%.

Noms et % des co-encadrants : Chafika Djelal (33%) Antoine Elimbi (33%)

Financement : Bourse Eramus Mundus Yaoundé

Publications : B1, D8, E3, H2

**Thèse 2.**

Kenai Mohammed Amine

« Caractérisation, analyse et gestion optimale des échanges énergétiques entre un mur végétalisé et son environnement »

Date de début : 01/10/2012 Date de fin : 20/09/2016, % encadrement : 33%.

Noms et % des co-encadrants : Stéphane Lassue (33%), Didier Defer (33%)

Financement : Région Nord-Pas de Calais, HEI

Publications : A2, A4, A5, D9, D12, D13, E1

Situation actuelle : Ingénieur d'études, Bureau d'études thermique, France

**Thèse 1.**

Tilioua Amine

« Etude de l'enveloppe des bâtiments en présence de textiles innovants pour une réhabilitation performante - Caractérisation du transfert thermique conducto-radiatif »

Date de début : 01/10/2009 Date de fin : 01/04/2013, % encadrement : 30%.

Noms et % des co-encadrants : Stéphane Lassue (70%)

Financement : Région Nord-Pas de Calais, HEI

Publications : A3, A6, B3, C1, D7, D15, D16, E4, F2

Situation actuelle : Associate Professor, University My Ismail, Errachidia, Maroc
## 5.2 Encadrement Post-doc et Ingénieur de recherche

**Post-doc.**

Dappe Vincent

«*Etude de la mise en forme par vibrocompaction de blocs de béton*»

Date de début : 01/01/20 Date de fin : 24/07/20, % encadrement : 50%.

Noms et % des co-encadrants : Pr. Chafika Djelal (50%)

Financement : Projet ADEME GRAINE

Situation actuelle : Ingénieur de recherche chez Biallais Ind.

**Ingénieur de Recherche.**

Laiymani Issam

«*Valorisation des cendres de biomasse dans les mélanges cimentaires*»

Date de début : 01/01/19 Date de fin : 31/12/19, % encadrement : 50%.

Noms et % des co-encadrants : Pr. Chafika Djelal (50%)

Financement : Projet ADEME GRAINE

Publication : D1

## 5.3 Encadrement de Master et 2e et 3e année d'Ecole d'ingénieur

Anceur Rebiha, Stage de Master 2 Recherche, Contrat recherche GECCO

«*Recyclage des huiles de friture en agents de démoulage pour le BTP - étude des formulations*»

05/2021-10/2021, LGCgE. Directeur de mémoire : Pr. Chafika Djelal - Dr. Laurent Libessart

Zeggar Mohamed Affif, Stage de Master 2 Recherche

«*Comportements rhéologique et tribologique des bétons autoplaçants thixotropiques*»

02/2021-07/2021, LGCgE. Directeur de mémoire : Pr. Yannick Vanhove - Dr. Laurent Libessart

Nguyen Manh Hung, Stage de Master 2 Recherche

«*Formulation et caractérisation de mortiers à base de cendre de biomasse*»

02/2019-07/2019, LGCgE. Directeur de mémoire : Pr. Chafika Djelal - Dr. Laurent Libessart

Nemar Youssra, Stage de Master 1 Recherche

«*Etude de la thixotropie des bétons par le tribomètre plan/plan*»

04/2019-06/2019, LGCgE. Directeur de mémoire : Dr. Laurent Libessart

Laiymani Issam, Stage de Master 2 Recherche

«*Etude des mécanismes se déroulant à l'interface béton/coffrage en présence des émulsions - Impact sur le frottement du béton*»

02/2018-07/2018, LGCgE. Directeur de mémoire : Dr. Laurent Libessart

Publications : A1, D4, E2
Lalhou Mohamed Amine, Stage de Master 2 Recherche, Contrat recherche CHRYSO

«Etude des mécanismes se déroulant à l'interface béton/coffrage en pré-sence des émulsions - Impact sur l'esthétique des parements»

02/2017-07/2017, LGCgE. Directeur de mémoire : Pr. Chafika Djelal - Dr. L. Libessart
Publications : B2, D6

Jietcheux Dimitri, Stage de Master 2 Recherche

«Expérimentation et simulation numérique de la fonction d'occultation d'un mur végétalisé sur les échanges thermiques»

02/2014-07/2014, LGCgE. Directeur de mémoire : Dr. Flore Brue - Dr. Laurent Libessart

Aggoun Affef, Stage de Master 2 Recherche, Contrat recherche OUTINORD

«Influence physico-chimique des bases employées dans les huiles de démoulage sur l'esthétique des parements - Impact sur la corrosion des surfaces de coffrage»

02/2016-07/2016, LGCgE. Directeur de mémoire : Pr. Chafika Djelal

Marette François, Lacroix Raphaël, 2e année Ecole d'Ingénieurs CESI, Projet d'Approfondissement de Modélisation Scientifique, (juin - juillet 2019)

«Etude de la mouillabilité des emulsions dans le temps - Impact sur l'esthétique des parements »

Dal Cortivo Valentin, Laloi Valentin, 2e année Ecole d'Ingénieurs CESI, Projet d'Approfondissement de Modélisation Scientifique, (juin - juillet 2018)

«Etude comparative entre le rhéomètre ICAR et le tribomètre plan/plan»

Crépelle Sacha, Dilly Apolline, Morel Edouard, 2e année Ecole d'Ingénieurs CESI, Projet d'Approfondissement de Modélisation Scientifique, (mai - juin 2018)

«Développement d'essais calorimétriques sur les mortiers - Etude du ressuage»

Le Moigne Alysée, Thery Barnabé, 2e année Ecole d'Ingénieurs CESI, Projet d'Approfondissement de Modélisation Scientifique, (mai - juin 2016), «Création d'un dispositif de calorimétrie pour l'étude des bétons et des mortiers»

Cantat Bruno, Fatus Goeffrey, 3e année Ecole d'Ingénieurs HEI, Projet Fin d'Etudes, (février - avril 2013), «Création de 3 box instruments pour l'implantation de murs végétalisés en conditions extérieurs»

Boyer David, Riou Muriel, 2e année Ecole d'Ingénieurs CESI, Projet d'Approfondissement de Modélisation Scientifique, (mai - juin 2006), «Influence de l'application des agents de démoulage sur l'esthétique des parements»

Idrissa M., Boubacar A., «Licence 3 Génie Civil, Travaux d'Etudes de Recherche, FSA Béthune, juin 2006

«Influence des propriétés des agents de démoulage sur la qualité des parements»
5.4 Rayonnement scientifique

★ Activités de relecture dans des revues/journaux

— Cement and Concrete Composites (1)

— Construction and Building Materials (5)

— Energy and Buildings (5)

— Journal of Renewable Materials (1)

— MCPI (Materials, Minerals, Metals) (Open Access) (13)

— Materials and Structures (1)

★ Participation à des contrats industriels

— CHRYSO

— CILA

— DALKIA

— ENSAM

— GECCO

— NORPAC (Filiale de Bouygues Bâtiment)

— OUTINORD

— SIKA

★ Tâches de valorisation de la recherche

— Publication Manager, AJCE Spéciale Issue, Vol. 34 (1), 2016, Liège, ISSN 2680-100.

— *Découpage et mise en forme des articles*;

— *Création d'un fichier Excel*;

— *Création des DOI*;

— *Mise en ligne pour 148 articles*.

— Participation à la rédaction du dossier HCERES du Laboratoire LGCgE pour l'équipe ER3 avec le Pr. C. Djelal (2018)

— *Récupération des données de publications*;

— *Création du fichier Bibtex*;

— *Récupération et réalisation du fichier Excel (publications, contrat, ...)*;

— Mandaté par l'ENSAM d'Aix en Provence pour la réalisation d'essais tribologiques dans le cadre de la thèse de Nicolas Spitz. Cette campagne d'essais s'est déroulée entre mai et juin 2017 à l'IUT de Béthune.

— Séminaire, 13 mars 2017, « Les agents de démoulage recyclés », Société CILA, Aulnoye-Aymeries

— Séminaire, 8 juin 2017, « Les émulsions », Société CHRYSO, Béthune

— Séminaire, 5 décembre 2016, « Les agents de démoulage pour le bâtiment », Société SIKA, Gournay-en-Bray

— Article mis en avant sur le site de l'entreprise "Hill and Griffith Company", www.hillandgriffith.com/concrete-casting-news/effects-concrete-release-agents, 3 May 2019

— Mercredi de l'info CD2E, rendez vous innovant autour de la réhabilitation thermique, présentation des travaux de A. Tilioua, "HEI - Etude des textiles innovants
pour une réhabilitation performante de l'enveloppe des bâtiments", 23 mars 2011.

- Mandaté par Tomassini Construction pour la réalisation d'un diagnostic sur un problème de variation de teinte sur la chantier de l'extension du musée d'arts modernes à Villeneuve d'Ascq (2008)

## 5.5 Responsabilités scientifiques

- **Co-coordinator** du projet ADEME GRAINE 2016, BIMGC, "Valorisation des cendres de chaudière BIomasse dans l'élaboration de Matériaux composites pour le Génie Civil" – convention démarrée en juillet 2018 – Projet sur 24 mois et un budget total de 480 000€ TTC.

- Montage du dossier (Etat de l'art, dossier technique, planning, organisation des lots);

- Recherche des partenaires;

- Synthèse du budget;

- Gestion de l'ingénieur de recherche et du Post-doc;

- Animation des COPIL;

- Présentation des résultats à l'ADEME;

- Rédaction du rapport ADEME final.

- Membre de la RILEM

- Membre du GFR

- Membre de l'AUGC

- Membre HEI élu au conseil scientifique du LGCgE (2009-2015)

- Membre UArtois élu au conseil scientifique du LGCgE (2020-...)

- Référent de l'équipe recherche EHE (2009-2015)

- Membre du groupe de travail « Bâtiment Producteurs d'Energie » pour la préparation du Séminaire RIFKIN, Troisième Révolution Industrielle à la Région Nord-Pas de Calais, avril 2013.

## 5.6 Membre d'organisation de manifestation scientifique

- One-day feedback - Round Robin Test « Comparison of Concrete Rheometers : International Tests at the Artois University, 8 November 2019, Paris

- International RILEM Workshop on Rheological and Measurements of Cement-based Materials - IRWRMC, 30-31 May 2018, Arras

- RILEM Robin Round Test - Comparison of concrete rheometers : International tests at the Artois University (IUTB) in Bethune (France), 28-30 May, 2018

- Journée recherche "Acoustique et thermique des parois végétalisées", le 23 octobre 2014, Lille

## 5.7 Jury

- Membre du jury de thèse de A. Tilioua (2012)

- Membre du jury de thèse de M.A. Kenai (2016)

- Membre de trois COS pour le recrutement de Maîtres de conférences à l'IUT de Béthune (2018, 2020, 2021)

- Vice-Président de COS pour le recrutement de Maîtres de conférences à l'IUT de Béthune (2021)
# 6 Activités de transfert et de valorisation

J'ai également participé au montage et en partie au suivi de projet de recherche collaboratif.

★ Appel à Projets de recherche ADEME GRAINE, 2021-2024

Intitulé : Valorisation des cendres de BIomasse en tant que GRAnulats et Filler dans des blocs de Construction (BIOGRAFIC)

Les objectifs de ce projet sont de :

- identifier, caractériser et effectuer le criblage des cendres sélectionnées fournies par la Société Dalkia;

- actualiser les flux de gisement sur les deux territoires de l'étude, les Hauts-de-France et la Bretagne avec un focus sur les cendres issues des chaudières à lit fluidisé;

- étudier la forte demande en eau de ces cendres qui a un impact sur la rhéologie et la résistance mécanique des produits élaborés.

- étudier l'influence de la substitution de sable par des cendres sous-foyers broyées et l'ajout de cendres fines sous forme de fillers sur les propriétés de mise en œuvre et physico-mécaniques des mortiers.

- déterminer les taux d'incorporation possibles de cendres de biomasse.

- transposer l'étude aux bétons secs à démoulage immédiat.

- démontrer la faisabilité de la fabrication du produit sur une chaîne de fabrication industrielle.

- effectuer une analyse de cycle de vie (ACV) des blocs de construction.

- étudier l'influence de la substitution de sable par des cendres sur les performances sanitaires et environnementales des blocs de maçonnerie.

- établir un dossier technique préalable à une demande de certification des blocs de construction par le CERIB en vue d'une commercialisation par Biallais Industries.

Partenaires : IUTB / UniLaSalle-EME / CERIB / BIALLAIS Industries / UMONS / DALKIA

Budget IUTB : 107 000 €

★ Appel à Projets de recherche ADEME GRAINE, 2018-2020

Intitulé : Valorisation des cendres de chaudière BIomasse dans l'élaboration de Matériaux composites pour le Génie Civil (BIMGC)

Les objectifs de ce projet sont de :

- caractériser les cendres sélectionnées;

- évaluer les viabilités économiques et environnementales du gisement jusqu'à sa fabrication;

- mettre au point des nouvelles formulations de matériaux;

- démontrer la faisabilité sur une chaîne de fabrication à l'échelle industrielle;

- mettre au point des essais simples pour contrôler les produits mis en forme à l'aide d'une chaîne industrielle, le cas échéant;

Partenaires : IUTB / UniLaSalle-EME / CERIB / BIALLAIS Industries / UMONS / DALKIA
Budget IUTB : 102 000 €

★ Projets de recherche, 2010-2016

Intitulé : **Bâti et biodiversité : fonctionnalités, intégration et perception**
« Développement des performances thermiques et acoustiques des murs végétalisés »

Les objectifs de ce projet sont de :

- développer les connaissances scientifiques sur les murs végétalisés ;

- intégrer les murs végétalisés dans des projets d'urbanisme ;

- aider les fabricants sur les connaissances techniques ;

- développer la perception des murs végétalisés en milieu urbain

Partenaires : NORPAC, ELAN, IDDR, Ville de Lille, HEI, CRESGE, ISA, FLST, Région N-PdC.

Budget HEI : 77 000 €

★ Appel à Projets de recherche ADEME/Région Nord- Pas de Calais, 2012-2015

Intitulé : **Pièces intermédiaires - Le rôle des volumes intermédiaires dans la thermique et la qualité de l'air des logements**

Les objectifs de ce projet sont de :

- rechercher de solutions alternatives à coût constant en termes de lisibilité de patrimoine bâti et de nouveaux usages ;

- créer des expérimentation avec construction effective du projet sous forme de prototype habité ;

- quantifier les gains énergétiques de la mise en oeuvre d'amélioration de la ventilation dans l'existant et à déterminer l'impact de ces mesures.

Partenaires : LACTH / FSA de Béthune / HEI / SIA Habitat

Budget HEI : 29 000 €

★ Appel à Projets de recherche ADEME/Région Nord- Pas de Calais, 2010-2012

Intitulé : **Analyse de l'appropriation par les différentes catégories d'usagers, des solutions techniques mises en place, dans le cadre du nouveau marché de chauffage des bâtiments publics de la ville de Lille, en vue d'une réduction des émissions de gaz à effet de serre (APEBAP)**

Les objectifs de ce projet sont de :

- étudier le comportement des utilisateurs ;

- évaluer les performances énergétiques des bâtiments publics (Écoles et Crèches) ;

- étudier la qualité de l'air intérieur.

Partenaires : CRESGE / Ville de Lille / HEI / DALKIA

Budget HEI : 30 000 €
★ Appel à Projets de recherche ADEME/Région Nord- Pas de Calais, 2009-2013

Intitulé : Réhabilitation durable du parc de logements anciens privés dans le NPdC : outils d'aide à la décision et d'accompagnement des ménages aux revenus modestes

L'objectif de ce projet est la création d'outils d'aide à la décision et d'accompagnement des ménages aux ressources modestes, dans le cadre de la réhabilitation de leur logement, intégrant les dimensions :

— techniques et thermiques de l'habitat ouvrier ;

— comportementales des occupants ;

— financières du projet.

Partenaires : URPACT Nord / Pas de Calais / CRESGE / HEI / ACT Environnement

Budget HEI : 29 600 €
# 7 Sigles/Acronymes

— ABAQUS CAE : Logiciel de calcul aux éléments finis

— ACV : Analyse du Cycle de Vie

— AJCE : Academic Journal of Civil Engineering

— ARCHE : Logiciel de calcul béton armé société GRAITEC

— ATER : Attaché Temporaire d'Enseignement et de Recherche

— AUGC : Association Universitaire de Génie Civil

— BAA : Domaine pédagogique Bâtiment Aménagement Architecture

— BBP : Projet de recherche Bâti Biodiversité Positive

— BTP : Domaine pédagogique Bâtiment et Travaux Publics

— BQR : Bonus Qualité Recherche

— CCAP : Cahier des Clauses Administratives Particulières

— CCTP : Cahier des Clauses Techniques Particulières

— CD2E : Centre de développement des éco-entreprises à Loos en Gohelle

— CEA : Centre d'Energie Atomique de Saclay

— CERIB : Centre d'études et de recherches de l'industrie du béton

— COPIL : Comité de pilotage

— COS : Comité de sélection de l'enseignement supérieur

— CVB : Cendre Volante de Biomasse

— CRESGE : Centre de recherches économiques, sociologiques et de gestion à Lille

— DAO : Dessin Assisté par Ordinateur

— E-C : Enseignant-chercheur

— EHE : Domaine pédagogique Energies Habitat Environnement

— EFFEL : Logiciel de calcul de structure société GRAITEC

— EME : Ecole des Métiers de l'Environnement à Bruz

— ENSIACET : École nationale supérieure des ingénieurs en arts chimiques et technologiques de Toulouse

— ELAN : Filiale environnement de Bouygues Construction

— ENSAM : École nationale supérieure d'arts et métiers

— ESSAI : Et Si Seulement j'Aimais l'Ingénierie, www.hei.fr/blog/evenements/participez-a-loperation-essai/

— EWP : Eleven Week Project (projet étudiants de 11 semaine en entreprise)

— FTIR : Fourier Transform InfraRed

— FLST : Faculté Libre des Sciences et Techniques de Lille

— FSA : Faculté des Sciences Appliquées de Béthune

— GCCD : Génie Civil et Construction Durable

— GEMTEX : Laboratoire de GEnie des Matériaux TEXtile à Roubaix

— GFR : Groupe Français de Rhéologie

— GPS : Global Positioning System

— HEI : Hautes Etudes d'Ingénieurs à Lille

— IDDR : Institut du Développement Durable et Responsable

— IEMN : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie à Lille

— ISA : Institut Supérieur Agricole de Lille

— LACTH : Laboratoire de l'école d'architecture et de paysage de Lille

— LAMTI : Laboratoire d'Artois Mécanique Thermique et Instrumentation à Béthune

— LEMTA : Laboratoire d'Energétique Mécanique Théorique et Appliquée à Nancy

— LGCgE : Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement

— LMCU : Lille Métropole Communauté Urbaine
— MCF : Maître de conférences

— NORPAC : Filiale bâtiment Nord-Pas de Calais de Bouygues Construction

— PFE : Projet de Fin d'Etudes

— PIXE : Particle Induced X-ray Emission

— PSN8 : Logiciel de planification

— RDM : Résistance des matériaux

— RILEM : Réunion Internationale des Laboratoires et Experts des essais et de recherche sur les Matériaux

— SIA Habitat : Bailleur social à Lille

— SIE : Spectroscopie d'Impédance électrochimique

— SYNAD : Syndicat national des adjuvants pour bétons et mortiers

— TPMR : Travaux Publics et Métiers de la Route

— TRNSYS : Logiciel de simulation dynamique du bâtiment
# Chapitre 2

# Mémoire de recherche

Durant ma thèse (2002-2006) et mon poste d'ATER (2005-2006), j'ai étudié les agents de démoulage à l'interface coffrage/béton tout en qualifiant l'esthétique des parements en béton. Ces recherches ont été effectuées sous la direction du Professeur Chafika Djelal (LGCgE).

Les objectifs de ces études portent sur les points suivants :

- obtenir des règles de formulation des huiles grâce à la compréhension des affinités vis-à-vis du coffrage et du béton,

- utiliser des outils adaptés en terme de physico-chimie,

- élaborer un argumentaire sur les huiles à base minérale par rapport à celles à base végétale,

- développer des outils de caractérisation,

- comprendre les phénomènes de frottement à l'interface,

- dégager des mécanismes à l'interface coffrage/huile/béton

- lutter contre la corrosion des coffrages.

Ma formation aux outils de caractérisation physico-chimiques en lien avec les esters végétaux et les milieux interstitiels a été effectuée à l'ENSIACET de Toulouse sous la responsabilité du Docteur-HDR Pascale de Caro.

A partir de 2015, j'ai pu développer cette thématique sur les formulations à base d'huiles recyclées ainsi que sur les formulations en émulsions directes et inverses et la caractérisation des parements en béton par analyse d'images. Depuis la réalisation en 2018 du RILEM Robin Round Test sur l'étude des rhéomètres à Béthune, je travaille également sur l'étude de la thixotropie des bétons par des analyses rhéologiques et tribologiques.

Durant la période à HEI (2006-2015), j'ai dû modifier mon domaine de recherche pour m'orienter vers l'étude du comportement thermique des matériaux (fibreux ou semi-transparents) dans l'enveloppe des bâtiments. Ce domaine se rapproche de mon stage de DEA (2002). Ayant une charge plus importante en gestion administrative et en enseignement, j'ai rencontré des difficultés à développer cette nouvelle thématique.

Cette activité recherche s'est accélérée à partir de 2008. En effet, HEI a développé une démarche de recherche qui se situe dans le cadre des activités du programme d'enseignement et de recherche «Energies Habitat Environnement». Un aspect important était également mon intégration dans un laboratoire labellisé. Ce qui fut le cas à partir de 2009, j'ai rejoint l'équipe de recherche ER5 du LGCgE. De même, mes responsables m'ont ainsi
donné comme objectif de développer des axes de recherche. Pour ma part, je me suis orienté vers les études du matériau « ouate de polyester » et des murs végétalisés. J'ai donc co-encadré 2 thèses. L'aspect expérimental est très présent pour ces deux études. Ces travaux ont été réalisés avec les Professeurs Stéphane Lassue et Didier Defer (LGCgE). Pour la thèse réalisée par A. Tilioua, une collaboration a été créée avec le LEMTA de Nancy et le Professeur Gérard Jeandel afin de nous aider sur les mesures optiques des matériaux.

- Etude de l'enveloppe des bâtiments en présence de textiles innovants pour une réhabilitation performante - Caractérisation du transfert thermique conducto-radiatif, Amine Tilioua - 2009 - 2013,

- Caractérisation, analyse et gestion optimale des échanges énergétiques entre un mur végétalisé et son environnement, Mohammed Amine Kenai - 2012 - 2016.

Depuis 2015, une dimension valorisation d'éco-produits s'est développée par les travaux de recherche effectués en collaboration avec l'Université de Yaoudé sur l'emploi d'hydroxyde d'aluminum dans les mortiers composés à base d'argile. Une thèse est co-dirigée sur le sujet par les Professeurs Antoine Elimbi et Chafika Djelal (Bourse Erasmus Mundus).

- Influence de l'hydroxyde d'aluminium sur les propriétés pouzzolaniques de minéraux argileux de type 1/1, Charlotte Tchamo-Leussa - 2015 - 2021,

Cette activité de recherche s'est également orientée sur la valorisation des cendres volantes de chaudières biomasse bois dans les matériaux cimentaires par l'obtention de deux projets ADEME GRAINE en 2018 "Valorisation des cendres de chaudière BIomasse dans l'élaboration de Matériaux composites pour le Génie Civil" et en 2021 "Valorisation des cendres de BIOMasse en tant que GRAnulats et FIller dans des blocs de Construction.
Une thèse a également été financée par l'Université d'Artois afin de développer cette thématique porteuse. Elle est dirigée par le Professeur Chafika Djelal.

- Valorisation des cendres de biomasse en tant que granulats et fillers dans les bétons, Florian Schlupp - 2020 - xxxx,

Pour résumé, mes activités de recherche se sont donc réalisées au sein du Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement avec trois thèmes portés dans les équipes ER3 "Matériaux" et ER5 "Habitat":

- Etude du comportement thermique des parois, (6 A, 1 B, 1 C, 7 D, 2 E, 1 F)

- Etude de l'interface béton/coffrage, (6 A, 2 B, 1 C, 12 D, 4 E, 2 F, 1 G, 2 H)

- Etude de matériaux cimentaires à base d'éco-produits, (1 B, 2 D, 1 E, 1 F, 1 H)

La partie suivante développe les différentes thématiques de recherche. Vous trouverez à la fin du mémoire des articles (Annexes) qui complètent les explications données.
Les principaux résultats sont présentés sous forme d’un résumé élargi de chaque action
entreprise ces dernières années. J’ai essayé de développer de façon synthétique les exper-
tises menées. Je vais pour cela commencer par le comportement thermique des parois, puis
l’interface béton/coffrage pour finir sur le développement de matériaux cimentaires à base
de sous-produits. Il n’est pas facile de trouver un lien entre des thématiques "Matériaux"
et "Thermique". Néanmoins, le point commun de ces recherches est la caractérisation
expérimentale.

1 Etude du comportement thermique des parois

Mon activité en recherche a débuté en 2002 par mon stage de DEA sur l'étude des transferts thermiques des parois. La chaleur est transférée du fait d'une différence de température. Trois principaux modes de transferts thermiques peuvent coexister : conduction, convection et rayonnement. De plus, les parois de l'enveloppe d'un bâtiment, en contact avec l'environnement extérieur, sont soumises à l'influence de nombreux paramètres climatiques (vent, ensoleillement, température extérieure, ...).

Pour cette étude, j’ai dimensionné, réalisé et testé une instrumentation originale permettant la séparation en temps réel des différents modes de transferts (Figure 2.1). Des capteurs conductifs avec des revêtements superficiels (blanc et noir) présentant des émissivités et absorptivités connues sont utilisés [1]. La connaissance instantanée de l’importance relative de ces différents paramètres doit permettre la mise en œuvre d’une stratégie de gestion optimale de l’énergie. Il a été également fait appel à différentes techniques de traitement du signal permettant d’extraire des informations des signaux mesurés in-situ. J’ai été aidé par l’ingénieur de recherche Philippe Herin sur le fonctionnement de l’acquisition de données et l’utilisation de bornier via une PT100.

<figure><img src="image_1.png" /><figcaption>FIGURE 2.1 – Dispositif expérimental en conditions extérieures [1]</figcaption></figure>
L'instrumentation principale est l'utilisation de flux à gradient tangentiel. Cette
technique est utilisée depuis plusieurs années par l'équipe "Habitat" du LGCgE [2]. La
nécessité de mesurer des transferts de chaleur entre une paroi et son environnement a
orienté le laboratoire vers le développement et l'utilisation des capteurs à gradient sans
paroi auxiliaire. Le dispositif est également équipé d'un pyranomètre (rayonnement solaire
global), d'un pyrgéomètre (rayonnement Infrarouge) et de thermocouples (températures).

Sur une période de six jours, la densité de flux a été mesurée par le flux noir et
le fluxé mètre blanc. Les températures de surface ont été mesurées par un thermocouple de
type T. Le dispositif est placé sur une terrasse très exposée au rayonnement solaire (plein
Sud). L'alternance jour - nuit est parfaitement marquée sur les résultats. Nous remarquons
facilement les journées de fort ensoleillement avec une température de surface du capteur
noir dépassant les 60 °C comme présenté à la figure 2.2.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>FIGURE 2.2 – Courbes des valeurs brutes de flux et températures [1]</figcaption></figure>

De même, le vent (V) en thermique intervient au niveau de la convection et plus parti-
culièrement du coefficient de transfert thermique par convection hc. De nombreuses études
[3] [4] [5] [6] ont été réalisées pour déterminer une relation entre hc et V. Or ces relations
diffèrent et sont difficiles à comparer entre elles du fait de la diversité des expériences me-
nées (conditions initiales, support, orientations différentes, ...). Les relations présentées
sont :

— ASHRAE : $h_c = 5.7 + 3.8V$

— CIBS : $h_c = 5.8 + 4.1V$

— CROISET : $h_c = 3.1 + 4.1V^{0.65}$

— C.S.T.B : $h_c = 2.1 + 0.9V$

— STURROK : $h_c = 11.4 + 5.1V$

— ITO : $h_c = 11.7 + 0.3V$ ($V < 2\,\text{m/s}$)

— DTU règle TH-K77 : $h_c = 11,8W/m^2.K$
Pour déterminer hc, le calcul est basé sur le coefficient d'échange global du dispositif avec l'environnement déterminé par l'expression suivante :

$$h = hc + hr \qquad (2.1)$$

Dans notre cas, l'expérimentation nous donne en moyenne pour le :

* $\phi$ Noir : $h = 15.07 \text{ W/m}^2\text{°C}$

* $\phi$ Blanc : $h = 15.35 \text{ W/m}^2\text{°C}$

avec un hr égal à $5.15 \text{W/m}^2\text{°C}$ en moyenne [1].

Le D.T.U. règles TH-K 77 indique une valeur moyenne de h de $16.7 \text{ W/m}^2\text{K}$. Nos résultats se rapprochent de cette valeur.

En fonction de la vitesse du vent, les corrélations déterminées pour les capteurs noir et blanc se suivent. Elles nous donnent des valeurs correctes de hc pour des vitesses inférieures à 6 m/s, Au-delà les résultats sont à prendre avec prudence (Figure 2.3).

Nous trouvons pour la période normal e(c'est à dire la période diurne + la période nocturne) les résultats suivants :

* Noir : $hc = -0.144(V_{\text{air}})^2 + 2.500V_{\text{air}} + 7.919$

* Blanc : $hc = -0.161(V_{\text{air}})^2 + 2.992V_{\text{air}} + 7.894$

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>FIGURE 2.3 – Positionnement de nos corrélations par rapport aux relations existantes [1]</figcaption></figure>
Nous pouvons remarquer une différence entre les capteurs noir et blanc. En effet, le lieu d'implantation du dispositif sur la toiture-terrasse de la FSA a été handicapant. En effet, la disposition des parois environnantes en faisait un endroit particulièrement exposé au vent. Un venturi a été confirmé par la valeur systématiquement plus élevée du coefficient hc pour le capteur blanc placé à gauche du dispositif. Néanmoins ces premiers résultats sont tout à fait satisfaisants.

Ce travail fut très expérimental et instructif, il m'a permis de développer mes connaissances en thermique et ma formation sur l'utilisation de capteurs fluxmétriques et solaires, de thermocouple et sur le traitement de signal.

Par la suite, ce thème de recherche a été développé à mon arrivée à l'Ecole d'ingénieurs HEI par le co-encadrement de deux thèses, l'une sur l'étude de l'occultation de plantes sur la paroi (Thèse 2), l'autre sur l'étude du rayonnement dans les matériaux fibreux (Thèse 1). Je présenterai tout d'abord les travaux sur les murs végétalisés puis ceux sur les matériaux fibreux.

## 1.1 Caractérisation thermique des murs végétalisés

Avant de détailler le projet technique sur les murs végétalisés, il est nécessaire de rappeler dans quel contexte ce travail s'inscrit. En effet, il fait parti d'un ensemble plus conséquent sous l'intitulé : « Bâti et Biodiversité Positive : fonctionnalités, intégration et perception » soit « BBP » développé par l'Institut Catholique de Lille. Le projet s'est déroulé de 2010 à 2016.

Pour mener à bien ce projet complexe, une équipe pluridisciplinaire a été composée pour croiser une approche écologique, sensorielle, paysagère, sociologique, technique, marketing, urbanistique et architecturale (Figure 2.4).

Les porteurs de BBP sont :

- NORPAC, Groupe Bouygues Construction, filiale Nord-Pas de Calais.

- IDDR (Institut du Développement Durable et Responsable de l'Université Catholique de Lille), porté par l'Institut Catholique de Lille.

Avec comme partenaires :

- Elan, Groupe Bouygues Construction, unité spécialisée en management de projets.

- Ville de Lille - Direction des Parcs et Jardins.

- HEI, Ecole d'ingénieurs généralistes : pôle Énergie, Habitat et Environnement (Axe Habitat du Laboratoire Génie Civil et géo-Environnement).

- CRESGE, centre d'étude en sociologie de l'habitat.

- Groupe ISA, Ecole d'ingénieurs généralistes en Agriculture, agroalimentaire et environnement : Laboratoire d'Analyse Sensorielle ; pôle paysage ; équipe Sols et Environnement (Laboratoire Génie Civil et géo-Environnement).

- FLST (Faculté Libre des Sciences et Technologies) : Laboratoire Environnement et Santé.
Les objectifs de la collaboration sont les suivants :

* Alimenter et diffuser les connaissances sur les relations entre bâti, VRD, espaces verts et biodiversité en termes de fonctionnalité, d'intégration et de perception.

* Élaborer un guide pédagogique et méthodologique pour aider les professionnels de l'im-
mobilier à concevoir un quartier à biodiversité positive.

Un site internet a été créé dans la phase 1 de ce projet pour la maîtrise d'ouvrage, la maîtrise d'œuvre, les exploitants et les usagers afin de construire une biodiversité positive dans les projets. http://www.biodiversite-positive.fr.

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>FIGURE 2.4 – Objectifs du projet Bâti et Biodiversité Positive</figcaption></figure>

Pour notre partie technique, l'objectif principal est de déterminer les bénéfices tech-
niques que peut apporter un mur au bâti :

— en mesurant les performances thermiques d'un mur végétal en laboratoire et in-situ ;

— en déterminant et en caractérisant les performances des différents éléments constitutifs de l'ouvrage et du couvert végétal.

Plusieurs groupes d'étudiants ont participé à ce projet, c'est pourquoi, je tiens à re-
mercier Nicolas Bouxin, Bruno Cantat, Geoffrey Fatus, Victor Neuville, Rémi Preux,
étudiants en 5e année à HEI et Pierre Bountham, Rémi Calesse, Damien Dransart et José
Valenzuela, étudiants en 4e année à HEI.

Concernant les murs végétalisés, il existe deux types assez différents l'un de l'autre du point de vue de la mise en oeuvre et de la nature des végétaux utilisés [7] : **les murs simples ou extensifs** et **les murs complexes ou intensifs**. (Figure 2.5 et 2.6).
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>FIGURE 2.5 – Schéma de principe d'un mur simple</figcaption></figure>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>FIGURE 2.6 – Schéma de principe d'un mur complexe</figcaption></figure>

Les murs simples, le plus généralement extensifs utilisent des végétaux grimpants de type lierre qui viennent «envahir» le mur. Le plus souvent, il convient d'attendre plusieurs années avant d'obtenir le résultat souhaité. Les murs extensifs permettent de laisser place au développement naturel des plantes et nécessitent une intervention humaine réduite. Ce type de mur doit être colonisé à l'aide de plantes grimpantes et nécessite de la patience quant au résultat final.

Ce type de mur peut être mis en place de la façon suivante : le mur est utilisé comme élément porteur sur lequel est placé une isolation extérieure. Puis, une structure de soutien est fixée dans laquelle se situera une lame d'air permettant d'éviter le contact direct entre l'isolation et la végétation. Les végétaux plantés à la base du mur vont croître de leur propre chef. Cette armature peut exister en bois, avec une durée de vie d'environ 25 ans, ou alors en métal, avec une durée de vie plus longue, mais qui capte plus facilement la chaleur et dessèche les végétaux. L'entretien se résume à un travail de taille pour contrôler le développement des végétaux et ainsi éviter qu'ils ne viennent endommager la toiture par exemple.

Les murs complexes, réclamant généralement un entretien intensif sont techniquement les plus travaillés en terme de conception. En fait, il existe plusieurs procédés de mise en œuvre. Plusieurs constructeurs se disputent le marché et proposent différents procédés de construction [8]. Mais globalement, le principe reste le même : un système d'armature est fixé sur le mur laissant une lame d'air entre celui-ci et le mur. Ces armatures permettent de placer un substrat dans la structure pour accueillir les plantes.
Les murs complexes sont mis en place de la façon suivante : le mur est utilisé comme élément porteur sur lequel peut-être placée une isolation extérieure. On y laisse une lame d'air et on y place l'armature qui soutiendra le substrat servant à la croissance des plantes. Dans ce substrat, tout un réseau d'irrigation parcourt le mur végétalisé (MV) permettant d'apporter les sels minéraux et nutriments. La structure est bien évidement fixée au mur. Le substrat peut être emprisonné dans un géotextile [9].

La végétalisation des façades a des répercussions très positives sur le rendement de la consommation énergétique des bâtiments comme l'ont souligné les nombreuses études [10] [11] [12] [13] [14]. Cependant, la plupart des travaux relatifs à la quantification de leurs impacts sur le comportement thermique des enveloppes s'intéressent plus à des murs végétalisés de type extensif (panneaux modulaires contenant du substrat qui peuvent accueillir des espèces de végétaux pré-cultivés). Les MV de type simple présentent des avantages importants. Les coûts d'installation et d'entretien sont beaucoup plus faibles. La mise en œuvre du mur et de l'arrosage sont également beaucoup plus aisés. Il peut être adapté facilement pour de petites habitations contrairement aux MV avec substrat qui voient, leur utilisation se limiter généralement aux bâtiments administratifs et des centres commerciaux.

Les murs végétaux représentent un potentiel non négligeable quant à l'amélioration du cadre de vie urbaine [15] [16], autant pour les résidents que pour la biodiversité vivant en ville. Toutefois, la connaissance des potentialités de chacune de ses caractéristiques demeurent faibles. Quelques études [17] [18] relevées dans les revues scientifiques ont amorcé ce travail.

Je vous présenterai la caractérisation des constituants d'un mur végétalisé en laboratoire [19], pour ensuite créer des dispositifs verticaux en conditions extérieures [20] et les valider par simulation numérique. La prochaine partie concerne ainsi la détermination de la conductivité thermique des constituants des murs végétalisés.

## Caractéristiques thermiques des constituants des murs végétalisés :

Le but de cette recherche est de donner un maximum d'informations aux entreprises qui utilisent les murs végétalisés pour les façades et les toitures des bâtiments. L'analyse s'est donc concentrée sur les systèmes de murs végétaux complexes c'est-à-dire avec une structure contenant un substrat en opposition avec les murs basée sur des plantes grimpantes. Afin de mesurer les caractéristiques thermiques des constituants, un dispositif a été créé pour réaliser des mesures suivant les paramètres sélectionnés (épaisseur, humidité, palette végétale, ...). Cette démarche nous donne davantage d'informations sur les parois végétalisées. Elle nous permet par la suite de développer un deuxième dispositif en condition extérieure (rayonnement solaire vent, ...).

A partir de la résolution de l'équation de l'énergie, beaucoup de modèles de calculs de la conductivité thermique ont été développés. Les modèles décrits dans la littérature sont des outils de prédicitions conçus afin d'appréhender les mécanismes de transfert thermique dans les milieux granulaires [21] [22].
La problématique est multiple : d'une part, il faut développer des modèles faisant in- tervenir des phénomènes physiques différents (transfert/condensation, loi de contact entre particules, conduction, et convection), vérifier la microstructure du milieu (taille, forme des particules) et enfin étudier l'état des constituants du milieu (phase conductrice). Il existe un panel important de modèles de calcul de la conductivité thermique apparente dans un milieu granulaire. Les modèles étudiés [19] ne concernent que les milieux granu- laires diphasiques. La phase solide est constituée d'une seule phase représentée par des particules solides. Par ailleurs, le fluide est représenté par des pores remplis avec de l'air.

Afin de caractériser les matériaux, j'ai orienté la création du dispositif vers un sys- tème horizontal (Figure 2.7) qui se rapproche des toitures-terrasses. La mise en oeuvre des matériaux à tester sera plus aisée. Le but de cette manipulation est de mesurer des conductivités thermiques, il convient d'empêcher le transfert thermique par convention. Pour cela, une enceinte clause a été conçue. La dalle en béton créée est chauffée par le dessous permettant une répartition homogène de la chaleur. Pour les mesures réalisées avec les plantes, un plancher chauffant a été utilisé afin de produire une chaleur douce pour ne pas dessécher les végétaux.

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>FIGURE 2.7 – Box des mesures de conductivités thermiques</figcaption></figure>

Deux fluxmètres avec une zone sensible de 30 x 30 cm² sont utilisés pour cette expé- rience. Un premier fluxmètre (φ1) mesure le flux qui entre et le second (φ2) mesure le flux qui sort. Pour mesurer la différence de température aux bords des échantillons, des thermocouples de type K sont utilisés. Ils permettent une mesure dans une large plage de température de -250 à 1372°C. Ils sont collés à la surface pour mesurer la température (T1).
<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>FIGURE 2.8 – Principe de mesure</figcaption></figure>

Pour permettre un écoulement unidirectionnel et éviter la perte de flux sur les côtés, une zone de garde a été installée autour de chaque capteur (Figure 2.8). Une fois le deuxième thermocouple disposé sur sa surface (T2), la différence de température peut être mesurée. La valeur de conductivité ($\lambda$) est calculée suivant l'équation 2.2.

$$ \lambda = \frac{\phi \times e}{\Delta T \times S} \quad (W/mK) \qquad (2.2) $$

avec, $\phi$, le flux thermique, ($\Delta T$) la différence de températures aux bords de l'échantillon ($\Delta T$), (S) la surface et (e) l'épaisseur de l'échantillon.

Dans un premier temps, le système de mesure expérimental a été créé, calibré et testé en vérifiant la conductivité des échantillons de polystyrène extrudé et de sable. Les conductivités mesurées étaient égales à la norme (respectivement 0.0377 et 0.225 W/m°C) avec une erreur de 4% qui a permis au système de mesure expérimental d'être validé.

Il a ensuite été possible de mesurer les conductivités de différents substrats et de tester les effets du niveau d'humidité et de l'épaisseur du substrat sur les conductivités mesurées.

Les quatre substrats choisis étaient des matériaux souvent trouvés dans des combinaisons de substrats commerciaux. Dans des conditions sèches, ils ont montré des conductivités de 0.062 W/m°C pour la mousse de sphaigne (Sphagnum cristatum), de 0.060 W/m°C pour le mélange de plantation en extérieur, de 0.105 W/m°C pour les billes d'argile et de 0.051 W/m°C pour le substrat commercialisé pour les murs végétalisés. D'autres mesures ont montré une corrélation linéaire positive entre la conductivité et le pourcentage de billes d'argile dans un mélange terreau/billes d'argile. Une corrélation linéaire a également été trouvée entre la conductivité et l'humidité du terreau et de la mousse de sphaigne.

La conductivité de la végétation [19] a également été mesurée pour le lierre (*Hedera helix*) et la vigne vierge (*Parthenocissus quinquefolia*) (Figure 2.9). Comme suspecté, les conductivités étaient assez élevées (entre 0.220 et 0.274 W/m°C).
<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>FIGURE 2.9 – Photos dispositif avec la vigne vierge et le lierre</figcaption></figure>

Pour finir des mesures des composés de murs végétalisés complexes ont été réalisées à des taux d'humidité croissants afin d'observer l'influence de l'humidité sur la conductivité pour une épaisseur de 4 centimètres (Figure 2.10). L'état d'équilibre a été obtenu après 13 h. La sphaine, un terreau universel et un substrat industriel commercialisé (CVF) ont été testés [19].

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>FIGURE 2.10 – Conductivité du compost, de la mousse de sphaigne et du substrat CVF en fonction de la teneur en eau [19]</figcaption></figure>

Malgré une présence d'eau importante, la mousse de sphaigne préserve une faible conductivité thermique. En effet, pour une teneur en humidité de 890%, sa conductivité est égale à 0,28 W/m°C. Par rapport au terreau universel ceci correspond approximativement à une teneur en eau de 150%. Néanmoins, la sphaigne étant prélevée directement sur des sites naturels, il est nécessaire de l'utiliser de moins en moins pour éviter sa disparition.
Pour conclure sur cette partie, les murs végétalisés ne peuvent pas être utilisés en tant qu'isolant au sens direct du terme. Toutefois, il est intéressant de prendre en compte l'influence du végétal sur une façade d'un bâtiment et de regarder davantage les phénomènes se déroulant à l'interface paroi/mur végétalisé. Les murs végétalisés pourraient être un complément d'isolation intéressant surtout sur les problèmes de surchauffe dû au rayonnement solaire. La partie suivante développe cette recherche.

## Gestion des échanges énergétiques entre un mur végétalisé et son environnement :

Au vu des résultats trouvés précédemment, l'étude s'est poursuivie sur les murs végétalisés simples, dans leur intégration sur le bâti, leurs conséquences techniques et leur intérêt écologique. Cette étude se rapproche de mon travail effectué en DEA [1]. Elle s'attache aux questions suivantes : quelles sont les conditions d'adaptation des végétaux à la verticalité ? Quels sont les effets techniques (isolation thermique, acoustique, hygrométrie, nuisances ?) de différentes combinaisons de substrats, de palettes végétales, de fixations ; à l'échelle du mur et du bâtiment ? Quels sont les coûts et les retombées économiques ?

Les deux objectifs principaux de cette recherche sont de maîtriser les techniques de murs végétalisés les plus extensifs possibles adaptés au Nord-Pas de Calais et de comprendre les échanges convectifs et radiatifs entre les murs végétalisés et leur environnement afin d'en déterminer ses bénéfices. La thèse de Mohamed Amine Kenai [23] et le stage de Master de Dimitri Jietcheux ont contribué à cette étude ainsi que des projets PFE d'étudiants d'HEI.

Nous avons été amenés à créer trois prototypes identiques implantés sous conditions réelles (Figure 2.11) et exposés de la même façon au soleil, dont les caractéristiques physiques et géométriques des matériaux utilisés, sont similaires et prédéterminées [23] [24]. La structure principale est en bois (Figure 2.11). Des dégradations subies sur notre premier site de toiture-terrasse nous ont obligé à les déplacer sur le toit de l'ISA.

Les parois exposées vers le Sud ont été réalisées en carreaux en béton cellulaire (ép. 70 mm) pour leur faible conductivité thermique (Figure 2.12b). Elles ont été peintes en noire afin d'augmenter les apports énergétiques à travers ces parois par rapport au reste de l'enveloppe. Les autres parois ont été isolées de l'intérieur (ép. 100 mm) (Figure 2.12a), les planchers bas et haut ont été réalisés avec des plaques en bois légers hydrofuges d'une épaisseur de 20 mm séparée par une couche de 100 mm de la laine de verre. Le toit est en tôle de plastique blanc ondulées de 2 mm afin de les protéger contre les intempéries (Figure 2.12.b). L'objectif principal des 3 box est de bien maîtriser tous les paramètres dans chacune des zones thermiques qui feront l'objet d'une comparaison, dans le but d'avoir la certitude de les soumettre aux mêmes conditions extérieures. Une station météorologique a été installée à proximité de la plateforme pour mesurer les conditions climatiques en temps réel.

La disposition des capteurs dans un prototype est présentée à la figure 2.13. J'apellerai tout au long de ce manuscrit le dispositif : « plateforme expérimentale, bancs expérimentaux ou box » présenté dans la partie suivante.
<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>FIGURE 2.11 – Montage du box in-situ</figcaption></figure>

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>FIGURE 2.12 – Isolation par l'intérieur de l'enveloppe et montage de la paroi Sud</figcaption></figure>

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>FIGURE 2.13 – Test d'occultation par la végétation ; (a) : vue générale ; (b) : répartition des parois végétalisées ; (c) : disposition des capteurs</figcaption></figure>
L'enjeu spécifique de mesures se résume par la mise en évidence de l'effet direct de l'occultation par les plantes sur :

- Le rayonnement solaire global reçu par la paroi;

- Le rayonnement de grandes longueurs d'ondes;

- Les températures de surface;

- Les échanges convectifs;

- La réduction des flux de chaleur à travers l'enveloppe extérieure (conduction) et les apports énergétiques;

- La limitation des surchauffes estivales (température de surface et de l'air intérieur).

Une liste de capteurs appropriés à nos objectifs a été déterminée (Figure 2.13). Elle est présentée ci-dessous :

- des thermocouples pour mesurer les températures des surfaces et de l'air intérieur,

- des fluxmètres pour mesurer le flux de chaleur qui passe à travers les parois verticales,

- un pyrgéomètre pour la mesure du rayonnement de grande longueur d'onde échangé avec la voûte céleste (rayonnement infrarouge entre 0.75 et 4 µm),

- un pyranomètre pour la mesure du rayonnement solaire globale provenant de l'émission d'ondes lumineuses se situant majoritairement dans le visible et les courtes longueurs d'ondes (0.4 et 0.75 µm).

Les flux de chaleur à l'extérieur ont été aussi vérifiés et les résultats obtenus étaient quasi-identiques au niveau des trois box. De même, les températures de surfaces extérieures mesurées par chaque prototype montrent une bonne similitude. Les tests ont été réalisés pendant une période de cinq jours du 6 décembre au 11 décembre 2013 (Figures 2.14 et 2.15).

Grâce à ces résultats, l'instrumentation des trois box expérimentaux est ainsi validée et opérationnelle.

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>FIGURE 2.14 – Flux thermique externe sur les trois box [20]</figcaption></figure>
<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>FIGURE 2.15 – Température de surface extérieure sur les trois box [20]</figcaption></figure>

En parallèle des mesures expérimentales, les modèles théoriques du bilan énergétique ont été développés. En effet, parmi les différences majeures entre les deux types d'occultation figure l'aspect feuillage semi-transparent des plantes (Figure 2.16). Il s'agit d'une nouvelle équation quantifiant le flux solaire ($\phi_{sol-tr}$) qui traverse le «couvert végétal» et fait intervenir plusieurs et nombreux paramètres (seuls les paramètres liés à l'effet de l'occultation sont traités ici). Pour davantage de détail, tout est expliqué dans notre article mis en annexe [25]. L'évapotranspiration des plantes n'est pas prise en compte dans ce modèle. Elle a été davantage développée par les recherches faites à l'Université de La Rochelle [13, 26].

Les plateformes expérimentales ont été testées, tout d'abord, sous occultation controlée (Figure 2.17) afin de quantifier expérimentalement l'effet de masquage du rayonnement solaire en absence des effets de l'évapotranspiration et des transferts d'humidité, puis avec le lierre et la vigne vierge. Pour l'occultation controlée, nous avons opté pour un matériau inerte de caractéristiques connues et permettant une augmentation rapide et contrôlée du masquage. Cette analyse permet d'isoler l'influence du masquage sur les échanges radiatifs et convectifs [24].

<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>FIGURE 2.16 – Éléments du bilan énergétique ; (a) cas l'occultation artificiel ; (b) cas du masquage par la végétation [25]</figcaption></figure>
<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>FIGURE 2.17 – Occultation controlée [24]</figcaption></figure>

Sur la figure 2.18, les températures calculées sont globalement similaires à celles mesurées. L'écart moyen entre la température théorique et mesurée est de l'ordre de 1,3 °C. Des écarts allant jusqu'à 3,8 °C ont été enregistrés pendant les pics et dans les changements rapides du rayonnement solaire. Ces écarts coïncident avec la période où le rayonnement solaire passe rapidement de 500 à 786 W/m². Pendant la nuit et le matin, les écarts sont relativement plus élevés que les valeurs moyennes. Ils correspondent parfaitement à l'ordre dans lequel, l'humidité relative était très élevée et le rayonnement solaire ne dépassant pas 200 W/m². Malgré ces quelques écarts correspondant à des séquences particulières (forte humidité et changement rapide du rayonnement solaire), l'influence du taux de couverture a été reproduite assez fidèlement tout au long du test.

<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>FIGURE 2.18 – Comparaison entre les températures théoriques et mesurées (occ50%) [25]</figcaption></figure>

Le suivi expérimental des variations de températures de surfaces et de flux de chaleur en présence de plantes grimpantes a permis de mettre en lumière les effets des végétaux pendant les périodes hivernales et estivales sous un climat tempéré. En y associant une procédure d'analyse d'images (Figure 2.19) au moyen des logiciels GIMP et ImageJ, les résultats expérimentaux ont permis la validation du modèle théorique [25] et d'aborder se-reinement la modélisation de l'effet thermique des végétaux à l'échelle réelle des bâtiments.
<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>FIGURE 2.19 – Analyse d'images (a) Pré-traitement des couleurs ; (b) binarisation [25]</figcaption></figure>

En été, les séquences ont été sélectionnées en fonction des pics de température de l'air et des valeurs maximales du rayonnement solaire incident enregistrées durant l'été 2014. La figure 2.20 compare les températures des surfaces extérieures des parois instrumentées (TSext - VW1 : lierre, TSext - VW2 : vigne vierge) à celles de la paroi de référence (TSext - Réf).

<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>FIGURE 2.20 – Comparaison des températures des surfaces extérieures (référence / VW1 / VW2) en été [24]</figcaption></figure>

Pendant la période du 30 juillet au 05 août 2014, les valeurs maximales de rayonnement solaire enregistrées par la station météorologique du site expérimental variait entre 640 et 781 W/m (Figure 2.20). Les températures ont fluctué entre 14°C et 27°C. Sous les pics de rayonnement solaire mentionnés ci-dessus, les températures sur la surface extérieure du mur de contrôle étaient en moyenne supérieures à 60°C. Pour les deux autres murs recouverts de végétation, les températures de la surface extérieure sous les pics de rayonnement étaient limitées à 44°C et 50°C pour VW1 et VW2 respectivement. Bien que les pourcentages de couverture aient été relativement faibles pendant cette période,
des différences de températures significatives ont été observées. En fait, le lierre avait un taux de couverture de seulement 41% et réduisait les pics de température de la surface extérieure de 15°C. La vigne vierge, avec sa couverture de 28%, a abaissé la température de la surface extérieure de 10°C.

Les résultats expérimentaux obtenus ont été, par la suite, intégrés dans des modules de simulation numérique sous TRNSYS.

## Simulation dynamique des transferts thermiques sous TRNSYS :

La simulation numérique a été davantage utilisée pour étudier les toits verts pour lutter contre les ilots de chaleur et la surchauffe en été [26] [27] ou encore sur l'amélioration de l'efficacité énergétique de l'ensemble d'un bâtiment [28]. Divers logiciels peuvent être utilisés pour la simulation dynamique des maisons vertes [29]. Dans notre cas, le couplage du modèle de paroi végétalisée s'est porté sur l'utilisation du code global de simulation thermique dynamique de bâtiment TRNSYS. Le programme TRNSYS offre plusieurs options aux développeurs pour l'implémentation de nouvelles composantes. La plus classique est de programmer la nouvelle composante sous le même langage utilisé par TRNSYS (FORTRAN ou C++), puis de définir les liaisons entre la nouvelle composante et les autres « Types » sur le TRNStudio. Ce logiciel est déjà utilisé dans notre laboratoire sur les murs solaires [30].

Une première simulation a été réalisée à partir des résultats obtenus par les mesures des conductivités thermiques [19]. Une modélisation a été réalisée sur une maison créée sur SketchUp (Figure 2.21) et exportée sous TRNSYS 17. La conductivité thermique mesurée lors des mesures avait été intégrée dans la simulation. En effet, TRNBuild a déterminé les propriétés spécifiques ($\lambda$ = 0.25 W/m$^°$C, $\rho$ = 16 kg/m$^3$ et une capacité thermique de 150 Wh/m$^3$K).

<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>FIGURE 2.21 – Modélisation d'une maison [19]</figcaption></figure>

La principale conclusion ressortant de ces résultats est que les composants des murs végétaux sont techniquement capables d'améliorer l'isolation des bâtiments en complément d'isolation d'une épaisseur d'environ 8cm. Par contre, ils ne peuvent pas être utilisés comme isolants seuls car des couches épaisses (>20cm) seraient alors nécessaires.
Durant les travaux de thèse de Mohamed Amine Kenai, le développement d'une modélisation numérique plus précise sur TRNSYS sur l'effet l'occultation par les plantes d'un bâtiment, a été réalisé.

Cet outil développé sur la prédiction du comportement thermique des enveloppes de bâtiments en présence des murs végétalisés simples a été appliqué sur une maison virtuelle en brique située à Lille (Figure 2.22) [31]. Il a pour but d'aider les bureaux d'études a intégré dans leurs calculs les performances thermiques des murs végétalisés. Celui-ci a permis d'apporter davantage de précision sur les effets de végétaux dans les régions ayant un climat tempéré. Il permettra par ailleurs d'étudier l'intérêt thermique des murs végétalisés simples sous d'autres climats et pour d'autres constructions.

<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>FIGURE 2.22 – Modélisation d'une maison en brique [31]</figcaption></figure>

Pour les codes créés sous d'autres langages, TRNSYS offre la possibilité d'appeler le code développé par un programme externe à partir de boites d'outils spécifiques. Les codes comme le nôtre sur le transfert thermique des murs végétalisés, développés sous Matlab, peuvent être appelés par l'intermédiaire du « Type 155 ». La figure 2.23 illustre le principe du couplage entre le modèle des murs végétalisés et le modèle multizone du bâtiment. Les liaisons schématisées en couleurs verte et orange sont les calculs itératifs entre les deux programmes. Elles passent à travers le "Type 155".

La définition des murs végétalisés sur "Type 56" se limite à spécifier l'orientation dans laquelle vous allez installer le mur végétal. Puis, à chaque pas de temps, le flux de chaleur de la surface indiquée comme végétalisée est relié au "Type 155". Il sera ajouté aux autres conditions aux limites du fichier météo. Puis le programme résout les équations [25]. Les résultats sont utilisés comme une entrée au mur végétal du "Type 56". En d'autres termes, pour le fonctionnement du programme, à chaque pas de temps ($t_0$) le modèle de mur végétal récupère le flux de chaleur de surface (fourni par le "Type 56") au pas de temps précédent ($t_{0-1}$), résout l'équation pour les parois végétalisées, puis renvoie la température déterminée à "Type 56". Le programme se charge ensuite de réaliser les bilans énergétiques du bâtiment. Pour davantage de précisions sur les hypothèses et la démarche mathématique intégrées dans le modèle, je conseille au lecteur de se référer à l'Annexe 1 et l'article B.
<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>FIGURE 2.23 – Principe du couplage entre le modèle du mur végétalisé et le modèle multizone du bâtiment</figcaption></figure>

L'intégration du modèle développé dans un environnement de simulations thermiques dynamiques (TRNSYS) a donc permis l'évaluation de l'incidence thermique de l'utilisation des MV sur les bâtiments [23, 31]. Les différentes simulations réalisées sur la maison en brique ont mis en avant les avantages thermiques que les MV peuvent procurer pendant l'été. En effet, les comparaisons entre les variations des températures de surfaces de la maison végétalisée et celle ordinaire ont montré des grands écarts. Ceux-ci ont atteint jusqu'à 37.5°C comme valeur maximale pendant l'été. Ainsi, la présence de la végétation a protégé les façades contre les surchauffes estivales. Cela a réduit par conséquent les besoins énergétiques en climatisation. Ils étaient inférieurs de 80.6% à ceux de la maison non végétalisée.

De même, les simulations ont montré l'impact de la présence des végétaux sur la consommation de chauffage en période hivernale (Figures 2.24 et 2.25). L'augmentation des besoins énergétiques en chauffage était très importante pendant les journées ensoileillées en raison de la limitation des apports énergétiques solaires par les végétaux. Il faut donc préconiser l'utilisation des plantes à feuilles caduques sur les façades exposées au soleil afin qu'elles profitent du rayonnement solaire (en hiver) et limiter la demande énergétique en chauffage.

Les simulations réalisées sur la maison végétalisée avec des plantes à feuilles caduques ont montré une demande énergétique en hiver similaire à la maison non végétalisée et des gains énergétiques en période estivales très importants.

Pour finir, l'étude numérique des murs végétalisés en fonction de la résistance thermique des façades a montré que s'ils sont bien utilisés (orientation, type adapté au climat, plantes persistantes ou caduques), ils peuvent être utilisés comme une technique de rénovation thermique pour des maisons non ou très peu isolées.
<figure><img src="image_24.png" /></figure>

FIGURE 2.24 – Comparaison des besoins en énergie de chauffage entre une maison ordinaire et une maison avec murs végétalisés pour le Lierre (a) [31]

<figure><img src="image_25.png" /></figure>

FIGURE 2.25 – Comparaison des besoins en énergie de chauffage entre une maison ordinaire et une maison avec murs végétalisés pour la Vigne vierge (b) [31]

Dans le cadre de cette recherche, une journée recherche "ACOUSTIQUE ET THERMIQUE DES PAROIS VEGETALISEES" a été organisée le 23 octobre 2014 sur les thèmes de l'acoustique et la thermique. Elle a bénéficié du soutien de la Direction de l'Environnement de la région Nord-Pas-de-Calais, de la section régionale Grand Nord de la Société Française d'Acoustique (SFA), de la Fédération Française du Bâtiment (FFB) et de l'Union Nationale des Entreprises du Paysage (UNEP). Quatre-vingt personnes de tout public (étudiants, acousticiens, thermiciens, paysagistes, PME, Major du BTP, ...) ont été présentes. Sept présentations scientifiques ont lieu le matin et deux tables rondes ont été organisées l'après midi (Innovations et murs végétalisés et Conditions d'entretien et de maintenance des murs végétalisés).

## 1.2 Etude des transferts de chaleur au travers d'isolants thermiques fibreux et semi-transparents pour le bâtiment

Avec la création, de la démarche EHE à HEI, mon intégration dans le LGCgE en 2009 et dans le but de développer la thématique sur les transferts radiatifs dans l'équipe "Habitat" de Béthune, une thèse a été démarrée avec les collègues de ER5 avec le soutien
du pôle de compétitivité UP-TEX et sous la direction du Professeur Stéphane Lassue. La thèse d'Amine Tilioua [32] a pour objectif de comprendre les phénomènes de transfert de chaleur par conduction et rayonnement, dans les isolants thermiques fibreux du bâti- ment, en vue de leur optimisation ainsi que l'influence de la morphologie de fibres dans un matériau sur le transfert conducto-radiatif. Le développement de nouveaux matériaux isolants par le recyclage nécessite une bonne connaissance des phénomènes de base, des transferts thermiques et de masse.

En effet, le transfert de chaleur dans les matériaux fibreux se fait par conduction et rayonnement. La convection est le plus souvent négligée [33]. Les matériaux isolants ont une spécificité comme matériaux de type semi-transparent. La conduction est le mode de transfert de chaleur le plus dominant ce qui justifie en quelque sorte de négliger la convection. Une des caractéristiques qui distingue ces isolants est la porosité qui peut atteindre un pourcentage assez élevé à température ambiante dans certains matériaux fibreux. Plusieurs auteurs ont abordé le problème du transfert thermique au sein de maté- riaux fibreux [34], [35], [36]. Pour optimiser l'efficacité énergétique de l'isolant, il est donc nécessaire de maîtriser et de contrôler les transferts de chaleur par rayonnement et par conduction. Pour les propriétés radiatives, il est nécessaire de connaître les paramètres tel que l'albédo, l'épaisseur optique et la fonction phase. Pour les déterminer, l'utilisation de la méthode inverse, en se basant sur des mesures expérimentales de transmission et réflexion, est nécessaire [37].

Zhao et al. [34] ont déterminé par méthode inverse les propriétés conductrices et radia- tives d'un milieu fibreux en modifiant le facteur de modification du coefficient d'extinction et avec un albédo équivalent de diffusion défini en tenant compte de la diffusion anisotrope dans l'isolation fibreuse. Ils ont constaté une concordance entre les résultats calculés et les données expérimentales. De même, Cheheb et al. [38] ont développé une étude théo- rique et expérimentale permettant de mesurer les propriétés radiatives et conductrices d'un matériau semi-transparent en appliquant un chauffage gradué et par la méthode de Gauss-Newton.

Pour une meilleure compréhension du problème de l'identification des propriétés ra- diatives à partir de mesures sur fond semi-transparent bidirectionnel avec un nombre de paramètres acceptable, Nicolau et al. [39] ont proposé une méthode inverse consistant à déterminer les propriétés radiatives spectrales d'isolants fibreux par méthode des moindres carrés pour des fibres distribuées aléatoirement dans l'espace. La fonction de phase se com- posait de deux fonctions de Henyey et de Greenstein couplées à une composante isotrope. Dans le cas de Milandri et al. [40], ils ont appliqué cette méthode à la laine de silice et ils ont montré que la méthode inverse peut donner des résultats similaires aux résultats obtenus avec la théorie de Mie, bien que dans certains cas, il existe des incertitudes im- portantes en raison des limites de la fonction de phase utilisée comme les fonctions de Henyey Greenstein associées à une fonction de Lorentz. Enfin, Kaemmerlen et al [35] ont appliqué la méthode inverse pour déterminer les propriétés radiatives de la laine de bois. Le transfert de chaleur transitoire unidimensionnel couplé radiatif et par conduction a été résolu dans une laine de bois.

Pour notre étude [32], nous nous sommes intéressés dans un premier temps à regarder la morphologie des isolants par l'étude du diamètre, de l'orientation, de la forme, de la répartition des fibres et du type de fibre. Dans un second temps, nous avons essayé de
développer des modèles numériques de conception de matériaux. De plus, des modélisa-
tions de constitutions de nouveaux matériaux composites pourront être effectuées afin de
comprendre les interactions entre les matériaux.

Nous avons étudié trois matériaux fibreux très différents : la laine de verre (matériau minéral), la ouate de polyester (matériau synthétique) et la laine de chanvre (matériau végétal). Les micrographies obtenues par l'intermédiaire de l'Institut de Microélectronique et Nanotechnologies Electroniques (IEMN) de l'Université de Lille sont présentées à la figure 2.26. Dans une premier temps, nous avons réalisé des simulations numériques à l'aide des logiciels OOF2, Abaqus CAE et GeoDict afin de comprendre le transfert thermique au sein d'un milieu fibreux à partir de la 2D et 3D. Nous avons essayé de modéliser la conductivité en fonction de la porosité (Figure 2.27). Nous avons confirmé grâce à cette première simulation influence de la microstructure sur le transfert thermique [41]. Nous nous sommes aperçus du blocage de notre démarche par la méconnaissance des propriétés radiatives des matériaux testés.

Pour cela, dans un second temps, nous avons étudié les concepts et méthodes per-
mettant de modéliser les transferts radiatifs et conductifs en régime stationnaire dans un
milieu fibreux. Nous avons décrit l'équation du transfert radiatif et l'équation d'énergie
ainsi que les conditions aux limites [41, 42]. Il a fallu travailler sur les méthodes numériques
les plus utilisées pour résoudre numériquement l'équation du transfert radiatif. Ensuite,
la démarche de la méthode inverse a été utilisée. Elle permet, par le biais d'un modèle
aux moindres carrées, d'identifier les différents paramètres qui caractérisent le milieu par
inversion de l'ETR à partir des transmittances et réflectances déterminées expérimentale-
ment : Réflectance hémisphérique directionnelle (DHR<sub>k;th</sub>), transmittance hémisphérique
directionnelle (DHT<sub>k;th</sub>) et transmittance directe (DT<sub>k;th</sub>). Elle consiste à déterminer les
propriétés radiatives moyennes en minimisant l'écart type moyen entre DHR, DHT et DT
théoriques et expérimentaux. La minimisation est effectuée par la méthode "Lsqcurvefit".
La méthode numérique sous Matlab (méthode matricielle) et les quadratures utilisées,
afin de résoudre l'équation du transfert radiatif, ont été développées [43] [44].

<figure><img src="image_26.png" /><figcaption>FIGURE 2.26 – Micrographies électroniques à balayage de fibre d'échantillon d'isolant en ouate de polyester</figcaption></figure>
<figure><img src="image_27.png" /><figcaption>FIGURE 2.27 – (a) Photo MEB de la ouate de polyester, (b) Image binarisée, (c) Images simulées en augmentant le diamètre de fibre, (d) Images maillées sous Abaqus CAE [41]</figcaption></figure>

Les propriétés radiatives ont donc été identifiées par la méthode inverse basée sur les mesures expérimentales de réflexion et transmission hémisphériques et bidirectionnelles. Ces mesures ont été effectuées au sein du LEMTA à Nancy par le Professeur Gérard Jeandel. Des échantillons de différentes épaisseurs de laine de verre, d'ouate polyester et de chanvre ont été découpés au laboratoire et étudiés en utilisant un spectromètre FTIR (Figure 2.28) [44, 45].
<figure><img src="image_28.png" /><figcaption>FIGURE 2.28 – (a) Mode d’investigation, position de l’échantillon dans la sphère d’intégration et (b) mesure de transmittance directe au LEMTA.</figcaption></figure>

La figure 2.29 (a) et (b) montre les mesures DHR et DHT de ouate de polyester pour des épaisseurs de 1,28 mm, 1,45 mm, 1,58 mm, 1,65 mm, 1,84 mm, 2,30 mm, 2,40 mm et 2,64 mm. La DHT (figure 2.29 (a)) varie entre 90% et 8% et la DHR varie entre 0% et 32%. Les mesures de transmittance directe peuvent aider à évaluer la forme de la fonction de phase et permettent d’identifier le coefficient d’extinction par la loi de Beer Lambert [44]. Les résultats de DT, liés aux épaisseurs, sont reportés sur la figure 2.29 (c), nous avons remarqué la présence de trois pics de transmission pour des épaisseurs de 1,28 mm, 1,65 mm et 1,45 mm. Les pics sont observés autour des longueurs d’onde de 7, 9 et 14 µm, respectivement, qui sont dus à l’atténuation spectrale de l’albédo et à la fonction de phase.

Une diminution significative de la transmission a été observée pour chaque épaisseur entre 15 µm et 19 µm (Figure 2.29 (c)), qui est due à l’effet de diffusion. Ainsi, les chutes de réflectance directionnelle hémisphérique sont observées autour de la longueur d’onde de 5,5µm, 7,5 µm et 13,5 µm. Ce qui correspond à l’effet Christiansen. La ouate de polyester absorbe donc fortement le rayonnement infrarouge dans ces longueurs d’onde. Dans la bande spectrale 15-20 µm, la ouate de polyester est purement diffusante ou légèrement absorbante. Nous avons conclu que l’épaisseur de l’échantillon et la densité de la fibre sont deux paramètres qui régissent la transmission et la réflexion.
<figure><img src="image_29.png" /><figcaption>FIGURE 2.29 – (a) DHTk;exp, (b) DHRk;exp and (c) DTk;exp de la ouate de polyester en fonction de la longueur d'onde pour différentes épaisseurs [44]</figcaption></figure>

La méthode inverse permet également, par le biais d'un modèle moindres carrés, de déterminer les propriétés radiatives du matériau fibreux : albédo, épaisseur optique et coefficients de la fonction de phase [44].

La conductivité radiative de chaque matériau a donc été déterminée par l'approximation de Rosseland. Puis, concernant les propriétés thermophysiques globales des matériaux, des mesures fluxmétriques ont été réalisées à l'aide d'un dispositif développé au LGCgE de Béthune (Figure 2.30).

Ces mesures ont été comparées aux résultats d'une modélisation numérique basée sur la résolution des équations couplées de transfert radiatif et de l'énergie [44, 45].
<figure><img src="image_30.png" /><figcaption>FIGURE 2.30 – Schéma du montage expérimental LGCgE</figcaption></figure>

La participation moyenne de la conductivité radiative au sein de la ouate de polyester est de 26% par rapport à la conductivité totale, celle de la laine de verre est de 23% et pour la laine de chanvre de 4% [32]. Ce qui correspond à des conductivités radiatives de $0,009 \text{ W.m}^{-1}\text{K}^{-1}$ pour la ouate de polyester, de la laine de verre de $0,0085 \text{ W.m}^{-1}\text{K}^{-1}$ et de la laine de chanvre de $0,0017 \text{ W.m}^{-1}\text{K}^{-1}$.

Par la suite, l'étude s'est orientée par l'utilisation de ces techniques pour l'analyse du comportement thermique de textile recyclé (Figure 2.31) [46, 47] et du Plexiglass [48].

<figure><img src="image_31.png" /><figcaption>FIGURE 2.31 – Micrographies électroniques à balayage de fibres d'échantillons d'isolants en textile recyclé à des grossissements de 100× (a, b), 200× (c) et 500x (d) [46]</figcaption></figure>
Les méthodes développées en thèse ont été appliquées sur ces matériaux, voici les résultats analysés pour le textile recyclé. Cette suite a été menée avec les participations de l'entreprise de recyclage de textile "Le Relais" pour le don des échantillons d'isolation et l'Institut de Microélectronique et Nanotechnologies Electroniques (IEMN) de l'Université de Lille pour la prise de photos microscopiques des matériaux étudiés par MEB.

Nous avons pu observer l'effet de l'épaisseur de l'isolant fibreux sur les conductivités thermiques radiative et phonique (Figure 2.32). Comme prévu, la conductivité thermique radiative est très faible par rapport à la conductivité thermique phonique, c'est-à-dire représentant 26%. Cependant, la conductivité thermique phonique peut être améliorée afin d'élever le niveau de résistance thermique des matériaux d'isolation fibreux en augmentant la porosité et en réduisant le diamètre des fibres du matériau. La contribution du rayonnement n'est pas négligeable lorsque le transfert de chaleur radiatif est pris en compte dans l'isolation [46].

<figure><img src="image_32.png" /><figcaption>FIGURE 2.32 – (a) La conductivité thermique radiative du textile recyclé en fonction de l'épaisseur des échantillons, (b) l'effet de l'épaisseur sur la conductivité thermique radiative et phonique [46]</figcaption></figure>

La synthèse des recherches faites sur la thermique de l'habitat est terminée, je vais vous détailler, dans la prochaine partie, les recherches effectuées sur l'interface coffrage/béton, les agents de décoffrage, la tribologie et l'esthétique des parements en béton.
## 2 Etude de l'interface coffrage/béton

Cette activité de recherche a débuté par la réalisation de ma thèse de doctorat à partir de 2002 avec l'entreprise CHRYSO S.A. En effet, les études, en France, ont porté plus particulièrement de 2000 à 2010 sur la maîtrise de l'esthétique des parements en béton coulés en place [49, 50, 51, 52, 53]. Les bâtiments sont de plus en plus mis en valeur par des surfaces brutes en béton qui peuvent être directement lasurées ou obtenues avec une matrice. Les architectes sont donc de plus en plus exigeants et demandent des parements en béton irréprochables. L'aspect des parements est lié, à la composition du béton, à l'agent de démoulage, au coffrage et surtout au décoffrage. Il est ainsi nécessaire de contrôler celui-ci. Depuis, quelques années, les recherches s'orientent sur le développement de nouvelles surfaces de coffrage [54] [55] ou sur des techniques par polarisation [56]. Malgré ces techniques nouvelles, les agents de décoffrage restent très largement utilisés en France. D'autres pays ont développé également des techniques sans application d'agents de décoffrage au moyen de film étanche (CPF : Controlled permeability formwork) [57, 58, 59, 60].

Pour obtenir un décoffrage de qualité, un agent de démoulage est le plus souvent appliqué sur la surface du coffrage afin d'empêcher l'adhérence du béton [61]. Cet agent doit également permettre une mise en oeuvre du béton plus efficace tout en adhérant parfaitement au coffrage. En effet, le produit de décoffrage appliqué ne doit pas être entraîné par le béton en pied de coffrage ce qui pourrait entraîner des défauts d'aspect sur le parement (poussiérage, arrachements, microbullage, points d'accroche) [62]. La norme AFNOR P18-503 [63] et l'échelle de couleur du CIB [64] sont les deux références toujours utilisées pour la caractérisation de la qualité des parements.

Il existe trois familles d'agents de décoffrage, les huiles, les émulsions et les cires avec trois origines principales : une gamme de produits d'origine pétrochimique, une gamme d'origine végétale et une gamme de produits de synthèse (généralement d'origine pétrochimique, mais parfois partiellement d'origine végétale). Depuis quelques années des huiles recyclées apparaissent également dans les formulations. Les produits à base minérale ont une faible compatibilité avec l'environnement et provoquent des désagréments auprès des utilisateurs voire des maladies professionnelles. Pour palier à ces inconvénients, des produits à base végétale et de synthèse ont été mis au point. Afin de promouvoir une utilisation plus rationnelle des huiles de démoulage dans l'industrie du béton, en 2015, le Syndicat National des Adjuvants pour Bétons et Mortiers (SYNAD) a adopté une nouvelle charte sur les agents de démoulage [65] (remplaçant la classification de l'an 2010) et qui apporte aux utilisateurs des informations sur les agents de démoulage à base végétale. En effet, pour classer les agents de démoulage, le SYNAD a créé un abaque pour combler le manque de référentiel règlementaire. La classification des agents de démoulage est basée sur la composition du produit et les critères liés à son utilisation (sécurité feu, santé, et environnement). Elle n'indique pas un niveau de performance par rapport aux qualités de parements mais elle ne prend en compte que la sécurité et l'environnement. L'aspect financier est souvent mis en avant et il est vrai que le prix au litre est supérieur pour les formulations à base végétale. Mais, l'expérience du chantier montre que les doses d'emploi doivent être réduites pour obtenir un bon décoffrage. Au final, le coût global est sensiblement équivalent pour les deux catégories d'huiles. Pour obtenir un produit de démoulage de qualité, il convient d'améliorer les formulations et le plus souvent celles-ci
sont modifiées en fonction du savoir-faire expérimental du formulateur [66].

Les recherches effectués lors de ma thèse concernaient l'étude des agents de démoulage à l'interface coffrage/béton. Elles visaient essentiellement à travailler sur les formulations végétales pour améliorer les connaissances relatives à leurs propriétés. En effet, une étude européenne SUMOVERA [67] montrait l'intérêt des formulations végétales, elles offrent des caractéristiques souvent meilleures comparées aux produits à base minérale.

Les objectifs de la thèse portent sur les points suivants :

- obtenir des règles de formulation des agents de démoulage grâce à la compréhension des affinités vis-à-vis du coffrage et du contrôle des affinités vis-à-vis du béton,

- utiliser des outils adaptés en terme de physico-chimie,

- élaborer un argumentaire sur les agents de démoulage,

- comprendre les mécanismes intervenant à l'interface coffrage/béton,

- éviter les défauts de parements et la corrosion des coffrages métalliques.

Cette recherche [51] a été développée durant mon contrat d'ATER dans le cadre d'un contrat de recherche avec l'entreprise OUTINORD (fabriquant de coffrage) avec le stage de **Master 2 d'Affef Aggoun** sur l' *Influence physico-chimique des bases employées dans les huiles de démoulage sur l'esthétique des parements - Impact sur la corrosion des surfaces de coffrage* afin d'étudier différentes formulations (minérale, synthèse, végétale, semi-végétale) d'agents de décoffrage sur l'esthétique des parements et la protection anti-corrosion des coffrages acier. Deux modes d'application ont été analysés (pulvérisation suivi ou non d'un raclement). Pour la protection anti-corrosion des plaques de coffrages ont été également stockées en extérieur (pluie, soleil). L'étude a montré que les formulations végétales permettaient une meilleure protection anti-corrosion ainsi qu'une qualité de parement supérieure [68].

Depuis mon retour de l'ER3 en 2015, l'étude se poursuit sur les formulations en émulsions (directes ou inverses) par des recherches indépendantes et un contrat de recherche avec CHRYSO S.A. Je souhaitais dynamiser la recherche sur les agents de démoulage et l'interface coffrage/béton. De plus, j'avais vu peu d'études dans la bibliographie sur ce sujet. L'intérêt des émulsions est de pouvoir appliquer un film directement sans raclement avec une quantité d'huile moindre ce qui permet un gain de temps et d'argent pour les entreprises du BTP. D'un point de vue pratique, la majorité des émulsions sont constituées d'une phase lipophile concentrée à disperser dans une certaine quantité d'eau avant l'utilisation du produit. Pour les émulsions huileuses, la partie hydrophobe de la molécule d'émulsifiant se trouve dans la phase dispersante (huile) et, inversement, dans l'autre type d'émulsion. Il est intéressant d'analyser comment le film se modifie à la surface du coffrage et de savoir s'il est résistant au passage du béton.

J'ai pu ainsi appliquer toutes les techniques développées durant ma thèse (tribologie, mouillabilité et énergie d'adhésion, analyse d'images, application du film). Deux stages de Master recherche ont participé à ce développement : **Master 2 d'Amine Lahlou Influence des émulsions sur le frottement du béton – Impact sur l'esthétique des parements** financé par l'entreprise CHRYSO S.A. et **Master 2. d'Issam Laiymani Influence des émulsions sur le frottement du béton – Etude tribologique de l'interface coffrage/béton** financé en fond propre au laboratoire.
Pour finir, les formulations à base d'huile recyclée ont également été étudiées à la demande de l'entreprise CILA qui souhaitait les valoriser comme produits de décoffrage.

Je vous présenterai tout d'abord les recherches faites sur les agents de démoulage pour les caractériser, ensuite les avancées sur l'interface béton/coffrage et l'étude du frottement au moyen du tribomètre plan/plan pour finir sur les développements en terme de qualité de parement.

## 2.1 Caractérisation physico-chimique des agents de démoulage

L'étude des agents de démoulage à l'interface coffrage/béton a été menée en collaboration avec Pascale de Caro (Laboratoire de Chimie Agro-industrielle de Toulouse) et avec Jean-Paul Cavrot (Département Chimie de l'IUT de Béthune) et de Nadine Pébère (CIRIMAT - Toulouse INP) pour la partie physico-chimie. De nombreux dispositifs expérimentaux ont été utilisés pour déterminer les caractéristiques physico-chimiques des agents de démoulage. Les principaux appareils sont listés ci-dessous :

<table><caption>TABLE 2.1 – Principaux appareils de caractérisation physico-chimique utilisés</caption><thead><tr><td>Appareil</td><td>Paramètre mesuré.</td></tr></thead><tbody><tr><td>Viscosimètre</td><td>Viscosité dynamique</td></tr><tr><td>Goniomètre</td><td>Mouillabilité</td></tr><tr><td>Tensiomètre</td><td>Tension superficelle Liquide/Vapeur</td></tr></tbody></table>

Ainsi, dans un premier temps, les travaux consistent à analyser les constituants des agents de démoulage à base minérale, de synthèse et à base végétale pour comprendre leurs actions au niveau de l'interface coffrage/béton. Le premier paramètre à mesurer est la viscosité des produits employés. En effet, les propriétés rhéologiques des agents de démoulage jouent un rôle primordial sur le comportement de l'interface béton/produit démoulant/coffrage. Elles influencent directement la mouillabilité, les contraintes de frottement à l'interface béton/coffrage et la qualité finale du parement. Les études ont été faites sur des produits commercialisés par les fournisseurs CHRYSO, SIKA, PERI et CILA.

L'outil employé pour la caractérisation des produits peut avoir des formes et des dimensions très variées. Le choix d'une géométrie particulière dépend de la nature du produit, des conditions expérimentales et de la nature de l'écoulement réel que nous voulons étudier.

Pour nos essais, nous avons utilisé un rhéomètre cône/plan [69, 70]. C'est le plus précis et le mieux adapté pour l'analyse des huiles de démoulage (grande gamme de mesure). L'angle de la génératrice du cône et le plateau est toujours inférieur à 5°. Il peut atteindre une valeur de 0,3°. Dans nos études, cet angle est soit de 1° ou soit de 5° (Figure 2.33). Les mesures de la viscosité dynamique ont été réalisées à température constante (0°C, 20°C et 40°C).
<figure><img src="image_33.png" /><figcaption>FIGURE 2.33 – Schéma du dispositif cône/plan [68]</figcaption></figure>

Les agents de démoulage étudiés ont un comportement linéaire sans seuil d'écoulement quelle que soit la température [69]. Nous pouvons donc conclure que le comportement rhéologique des agents de démoulage est newtonien. L'expression de la loi de comportement est donnée ci-dessous :

$$ \tau = \dot{\gamma} \times \eta \qquad (2.3) $$

avec η la viscosité dynamique (Pa.s), τ la contrainte de cisaillement (Pa), $\dot{\gamma}$ la vitesse de cisaillement en (s⁻¹).

De plus, il a été montré les faibles valeurs de viscosités pour des huiles à base minérale (entre 10 et 25 mPa.s à 20°C). Elles sont peu sensibles aux variations de température contrairement aux huiles à base végétale qui peuvent avoir des viscosités comprises entre 20 et 60 mPa.s à 20°C). Les formulations synthétiques sont stables et présentent des valeurs proches des huiles à base minérale (entre 15 et 20 mPa.s à 20°C) [68, 69, 70]. Pour les agents en émulsion, les viscosités dynamiques sont très différentes suivant les fournisseurs : elles peuvent être comprises en 5 et 70 mPa.s à 20°C). Elles sont également plus élevées de 10mPa.s environ pour les formulations en émulsion inverse à base minérale [71]. Concernant les huiles recyclées à base végétale, la formulation sans solvant possède une viscosité à 20°C d'environ 40 mPa.s et celle avec solvant de 6 mPa.s [72]. Pour conclure sur la rhéologie des agents de démoulage, la viscosité dynamique à 20°C doit être idéalement comprise entre 10 et 45 mPa.s afin de maîtriser l'application du produit sur le coffrage et d'être stable aux variations de température.

La figure 2.34 présente un exemple de résultats obtenus pour quatre agents de décoffrage avec une base végétale (oil1), une base synthétique (oil2), une base minérale (oil3) et une semi-végétale/synthétique (oil 4). Dans cet exemple, les formulations sont stables à 40°C. Par contre, la viscosité de l'huile 4 augmente fortement à 0°C. L'ester contenu dans l'huile est plus sensible à une faible température. L'huile minérale présente des valeurs intermédiaires. Pour l'huile de synthèse, il existe peu d'interactions entre les molécules hydrocarbonées et hydrophobes, contrairement aux huiles à base végétale qui présentent des fonctions esters polaires. Elles peuvent être à l'origine d'associations intermoléculaires lorsque la température diminue. Nous pouvons également nous apercevoir que la partie végétale de l'huile 1 n'influence pas sa viscosité à 0°C [68].
<figure><img src="image_34.png" /><figcaption>FIGURE 2.34 – Evolution de la viscosité dynamique suivant la température pour quatre agents de décoffrage [68]</figcaption></figure>

La partie suivante est dédiée à l'étude de la tension de surface. Je présente les résultats et les analyses faites sur la mouillabilité et l'énergie d'adhésion des agents de démoulage. Je vous détaille également les avancées faites sur l'adhérence du film sur une surface de coffrage. Pour assurer un décoffrage aisé du béton, l'agent décoffrant doit former un film homogène sur la paroi du coffrage permettant de résister au frottement du béton sur les parois du coffrage. L'adhérence du béton à la surface du coffrage est due à deux causes différentes : l'engrènement et les forces de capillarité [73]. L'adhérence ou l'affinité de l'huile avec le support est très importante. Elle est étudiée par l'intermédiaire de l'énergie d'adhésion Solide/Liquide $\omega_{SL}$. Cette énergie a été calculée à l'aide de l'équation de Zisman [74] qui fait intervenir l'angle de goutte $\theta$ et la tension superficielle Liquide/Vapeur $\gamma_{SL}$. Nous nous sommes aperçus que ce paramètre était très important pour caractériser l'interface agent de démoulage/coffrage. Les résultats de cette partie sont issus de ma thèse, de mes compléments de recherche et des contrats avec OUTINORD (Stage de Master 2 d'Affef Aggoun) et CHRYSO (Stage de Master 2 de Mohamed Amine Lalhou).

En effet, l'interaction entre un liquide et un solide peut être caractérisée par l'angle de contact $\theta$. Il permet de mesurer l'état d'équilibre d'un liquide déposé en surface d'un solide, qui est la résultante de la nature des phases en présence mais aussi de l'hétérogénéité du solide. En 1805, Thomas Young a fait le rapprochement entre l'angle de contact et les tensions de surface. Dans l'expression de Young, l'angle de contact d'équilibre est l'angle formé par le liquide à la ligne sur trois phases de contact sur une surface idéale à l'équilibre [75](Figure 2.35).

<figure><img src="image_35.png" /><figcaption>FIGURE 2.35 – Représentation vectorielle de Young [76]</figcaption></figure>
L'équation de Young est connue sous la forme suivante :

$$ \gamma_{LV} \times \cos(\theta) = \gamma_{SV} - \gamma_{SL} \quad \text{soit} \quad \gamma_{SL} = \gamma_{SV} - \gamma_{LV} \times \cos(\theta) \qquad (2.4) $$

où θ est l'angle de contact formé par la surface et le plan tangent au ménisque, γ<sub>SV</sub> l'énergie de surface du solide, γ<sub>LV</sub> la tension superficielle liquide/vapeur et γ<sub>SL</sub> la tension interfaciale liquide/solide.

La valeur d'énergie d'adhésion liquide/solide est représentative de la force d'adhésion entre un liquide et son support. Les énergies d'adhésion sont déterminées d'après l'équation de Zisman [74] :

$$ \omega_{SL} = \gamma_{LV} \times (1 + \cos(\theta)) \qquad (2.5) $$

Comme expliqué précédemment, dans cette équation, les deux inconnues sont l'angle de contact et la tension superficielle Liquide/Vapeur qui sont facilement déterminables expérimentalement. Dans notre étude, l'angle de contact représente l'angle de contact entre l'agent de démoulage et la surface du coffrage. La tension superficielle Liquide/Vapeur représente la tension superficielle Huile/Vapeur [76].

La mesure de la tension superficielle Liquide/Vapeur a été effectuée par la méthode de la lame de Wilhelmy à 20 °C. Dans cette méthode, une fine plaque de platine est accrochée à une balance de Kahn puis immergée dans un liquide contenu dans un réservoir. La tension superficielle se manifeste par le ménisque qui se forme le long de son périmètre. Le tensiomètre utilisé dans la thèse est un GBX 3S. Les mesures ont été réalisées à l'ENSIA-CET de Toulouse. Pour davantage de simplicité de mesure, notre équipe s'est équipée, à mon retour en 2015, d'un tensiomètre TENSIOCAD (Figure 2.36) par le biais d'un projet BQR. La précision de mesure est de +/- 0,2 mN/m.

<figure><img src="image_36.png" /><figcaption>FIGURE 2.36 – Tensiomètre - TensioCad [71]</figcaption></figure>

Les valeurs de tensions superficielles L/V sont comprises entre 30 et 40 mN/m avec des tensions plus proches des 38-40 mN/m pour les émulsions [71]. Les agents de démoulage à base minérale présentent des valeurs légèrement plus faibles que les formulations à base
végétale. En effet, les huiles à base végétale ont un caractère moins hydrophobe que les huiles à base minérale dû à la présence des fonctions esters. Ce qui peut expliquer ce léger écart de tension superficielle. Des mesures de tensions superficielles ont été réalisées pour les formulations d'huiles après un temps de stockage de 6 mois sans qu'aucune variation ne soit détectée.

Le coffrage est un élément important du démoulage, il détermine la forme et l'aspect du produit fini en assurant la stabilité du béton frais jusqu'à son durcissement. Si celui-ci n'est pas correctement entretenu, des défauts apparaîtront sur le parement. De plus, la nature du coffrage détermine le choix du produit de décoffrage. Les coffrages utilisés en préfabrication et sur chantier sont confectionnés en acier E24. C'est pourquoi, les échantillons de coffrage utilisés pour nos études ont été réalisés dans le même acier. Ils nous ont été fournis par l'entreprise OUTINORD.

La détermination de l'angle de contact, ou angle de goutte, des matériaux a été réalisée à l'aide d'un goniomètre. Le dispositif expérimental utilisé à l'ENSIACET est le DIGIDROP. Cet appareil mesure l'angle de contact à l'interface entre une goutte de liquide et la surface du substrat sur laquelle elle est déposée. L'incertitude de mesure est de +/- 0,5°. Par la suite, notre équipe s'est équipée d'un dispositif portatif (PGX) dans le but de pouvoir faire des mesures directement sur chantier (Figure 2.37).

Les angles de contact peuvent être mesurés sur différentes surfaces pour comprendre la mouillabilité sur le support. L'analyse s'est faite dans un premier temps sur la surface de coffrage acier avec des états : neuf, usagé et poli [71, 76]. Puis, des mesures ont été réalisées sur du bois bakélisé (dans le cadre du stage de recherche en 2e année CESI de Marette François et Lacroix Raphaël).

<figure><img src="image_37.png" /><figcaption>FIGURE 2.37 – Goniomètre PGX</figcaption></figure>

Les angles de goutte moyens obtenus pour les huiles à base minérale sont 19° pour la plaque neuve, 28° pour la plaque usagée et 22° pour la plaque polie. Lemaire [50] avait trouvé des valeurs similaires entre 22° et 27° pour une surface neuve. Nous avons remarqué que la présence de solvant diminue l'angle de goutte et augmente ainsi la mouillabilité. Concernant les huiles à base végétales, les angles obtenus sont en moyenne de 32° pour la surface neuve, 35° pour la surface usagée et de 27° pour la surface polie. En effet, avec la rugosité, l'hystérésis augmente. En polissant la plaque usagée, nous nous rapprochons des mouillabilités trouvées avec la plaque neuve. Concernant les formulations en émulsions, les angles de goutte sont proches des 25° (surtout pour les émulsions végétales).
La figure 2.22 montre la représentation schématique des agents de démoulage en fonction de la rugosité. Les huiles conventionnelles sont d'après les travaux de Bormashenko [77, 78], considérées dans un état de mouillabilité de Cassie. En effet, l'huile ne s'intègre pas totalement dans les aspérités du coffrage, elle est davantage en surface. De plus, pour des rugosités importantes (dans le cas de paroi usée), la présence de pics de rugosité augmente la mouillabilité des huiles de démoulage. L'action de polir la surface du coffrage permet de retrouver des conditions de mouillabilité plus efficaces comme pour l'acier neuf [76] (Figure 2.38).

<figure><img src="image_38.png" /><figcaption>FIGURE 2.38 – Représentation schématique des profils de rugosité en fonction de l'angle de contact [76]</figcaption></figure>

Concernant les émulsions, les micelles (directes ou inverses) présentes ont des tailles (entre 0,02 et 0,2 µm) qui permettent leur insertion dans les rugosités de la plaque lors de l'évaporation de la phase aqueuse. Dans ce cas, on atteint l'état de mouillabilité de Wenzel [79]. L'état de Wenzel correspond à une augmentation de l'énergie d'adhésion. Les figures 2.39 et 2.40 schématisent ce principe pour les deux émulsions étudiées. Le film d'huile recouvre mieux la rugosité de la plaque. Il est plus résistant au passage du béton malgré une épaisseur plus faible.

<figure><img src="image_39.png" /><figcaption>FIGURE 2.39 – Evolution schématique des émulsions directes dans l'état de Wenzel [79]</figcaption></figure>

<figure><img src="image_40.png" /><figcaption>FIGURE 2.40 – Evolution schématique des émulsions inverses dans l'état de Wenzel [79]</figcaption></figure>
Les énergies d'adhésion sont ensuite calculées et elles nous permettent d'avoir une idée des valeurs à obtenir pour avoir une réduction efficace du frottement ou encore une qualité esthétique des parements. Les valeurs obtenues pour les agents de démoulage sont entre 55 et 60 mPa.s pour les formulations minérales et entre 55 et 65 mPa.s pour les formulations végétales, quel que soit le support. Les émulsions étudiées possèdent également une énergie d'adhésion appropriée entre 60 et 70 mN/m. Il est indispensable que les agents de démoulage possèdent une tension superficielle la plus élevée possible (supérieur à 30 mN/m) et un angle de goutte le plus faible (inférieur à 30°) [76].

Pour les émulsions, la modification de la mouillabilité implique une modification de l'énergie d'adhésion entre t= 0 et t= 15 min. L'augmentation des valeurs d'énergie d'adhésion montre bien l'intérêt de laisser s'évaperer l'eau contenue dans l'émulsion afin d'obtenir la meilleure adhésion possible. Il est préférable de laisser l'évaporation durer un minimum de 10 min après application des émulsions afin de s'assurer d'une évaporation totale de l'eau et obtenir un film d'huile homogène.

Comme évoqué, les émulsions étudiées, sont soit de type directe (ED) soit de type inverse (EI). Les résultats sur les émulsions montrent de bonnes performances physico-chimiques. La présence d'eau dans leur composition leur permet une application par pulvérisation adaptée. La modification du réseau de gouttelettes pulvérisé permet d'améliorer la répartition du film dans le temps. La surface créée devient homogène (Figure 2.41). Au fur et à mesure que l'eau s'évaporait, le milieu émulsionné s'est structuré. Sur les micrographies d'émulsion, la couleur blanche désigne la phase émulsionnée qui tend à disparaître au profit de la phase huileuse.

<figure><img src="image_41.png" /><figcaption>FIGURE 2.41 – Evolution du film après pulvérisation (a) d'une huile à base végétale (V) et (b) de l'émulsion EDV [79]</figcaption></figure>
De plus, les observations réalisées sous microscopie optique d'une seule goutte ont montré que, pour l'émulsion inverse, l'eau disparait plus rapidement que l'eau en émulsion directe (couleur blanche plus visible). De même, le diamètre de la goutte d'émulsion inverse a augmenté rapidement (+20% après 5 min). Ceci indique que le film a commencé à se former en surface. Il est davantage en liaison avec la surface ce qui augmente la valeur de l'énergie d'adhésion (Figure 2.42) [71]. Dans cet exemple, l'émulsion directe est à base végétale (EDV), et celle inverse à base minérale (EIM).

<figure><img src="image_42.png" /><figcaption>FIGURE 2.42 – Evolution de la mouillabilité des émulsions dans le temps [71]</figcaption></figure>

La figure 2.43 présente l'évolution de l'énergie d'adhésion obtenu grâce à l'équation 2.5 pour les formulations en émulsion [71]. Nous pouvons voir l'intérêt de laisser évaperer totalement la phase aqueuse et nous verrons par la suite l'efficacité de ce film créé sur le frottement du béton.

<figure><img src="image_43.png" /><figcaption>FIGURE 2.43 – Valeurs des énergies d'adhésion (mN/m) pour les formulations en émulsion dans le temps [71]</figcaption></figure>
Pour compléter cette étude, une analyse plus précise de l'épaisseur finale du film dé-
posé a été réalisée sur les émulsions par la méthode de la pesée. Une évolution massique
est mesurée avec une balance de précision. Le film est créé par pulvérisation. La couleur
blanche permet une bonne visualisation du dépôt (figure 2.44).

<figure><img src="image_44.png" /><figcaption>FIGURE 2.44 – Etat de surface après pulvérisation [79]</figcaption></figure>

La phase aqueuse est totalement évaporée lorsque la masse du film reste constante. Ce qui correspond à l'épaisseur finale du film d'huile (Figure 2.45). 6 à 8 min sont nécessaires pour la formation du film d'huile avec l'émulsion inverse et de 14 à 16 min avec l'émulsion directe. Ceci confirme que la teneur en eau de l'émulsion inverse est moindre que celle de l'émulsion directe [79]. Cette information est vérifiée par le fait que l'émulsion directe (DVE) perd environ 80 % de masse initiale tandis que la perte de masse de l'émulsion indirecte (IME) est de 70 %. Il est ainsi nécessaire d'attendre entre 10 et 15 min avant de mettre en œuvre le béton dans le coffrage. Les épaisseurs de film déterminées après évaporation de la phase aqueuse sont comprises entre 1,5 et 2 µm. En comparaison, les épaisseurs de film pour les huiles entières sont généralement plus élevées, entre 3 et 4 µm pour une huile à base minérale et entre 2 et 3 µm pour l'huile à base végétale [51].

<figure><img src="image_45.png" /><figcaption>FIGURE 2.45 – Cinétique d'évaporation de l'eau pour les émulsions étudiées [79]</figcaption></figure>
Dans cette partie, les agents de démoulage (huile, émulsion) ont été caractérisés d'un point de vue physico-chimique. Des recommandations intéressantes pour leur formulation et leur utilisation ont été dégagées sur des seuils de viscosité ou d'adhérence. Les formulations végétales se montrent plus performantes que celles minérales ou de synthèse. Il est maintenant nécessaire de les étudier en lien avec le béton afin de mieux comprendre l'interface coffrage/produit démoulant/béton.

## 2.2 Analyse tribologique de l'interface coffrage/béton

L'étude tribologique de l'interface coffrage/béton est une thématique historique de l'équipe, elle a été développée par de nombreuses thèses et projets. Avant de parler de mes apports dans cette partie, je vais vous faire une synthèse des avancées sur ce thème de recherche.

Le remplissage du coffrage avec du béton implique un frottement du béton sur le coffrage. Il provient des interactions entre les aspérités microscopiques existant à la surface des corps en contact. Dans tous les cas, il engendre une résistance au mouvement, provoquant la création de contraintes mécaniques superficielles et la dissipation de chaleur. Le frottement des bétons peut intervenir sous l'aspect d'un facteur défavorable (création de bouchons) lors du pompage du béton ou au contraire de manière favorable lors de l'introduction du béton dans les coffrages (diminution de la poussée des bétons). Afin de connaître ces effets sur la surface, il est nécessaire de déterminer les caractéristiques tribologiques. En effet, le frottement généré par le béton contre la peau agit favorablement en abaissant la pression normale du béton contre le coffrage et en diminuant par la suite le dimensionnement du coffrage [70, 80, 81, 82]. Lors de la réalisation d'essais tribologiques, il convient de faire des choix sur les conditions de fonctionnement (grandeurs d'essais à mesurer, paramètres à faire varier, définition d'un tribomètre) [83]. La littérature consacrée jusqu'à présent à la tribologie des bétons est pauvre et elle est presque uniquement orientée vers la rhéologie volumique [84, 85]. Il est généralement admis que les bétons frais ont un comportement binghamien [86]. Il a ainsi été montré que ces matériaux sont non newtoniens, parfois à seuils et souvent thixotropes [87]. Leurs comportements en régime permanent ont été définis à l'aide d'un modèle pseudo-plastique ou d'un modèle de Herschel-Bulkley [88, 89].

Afin de comprendre ce comportement de nombreux dispositifs ont été développés [90, 91, 92, 93, 94, 95]. Le premier tribomètre de génie civil a été conçu par Chafika Djelal [96]. Il a été utilisé pour étudier le frottement entre la pâte d'argile et le mur. Son principe plan/plan a été repris par Christian Beaumel [97] en 1998 pour étudier l'extrusion de mélanges argile/sable/eau en conditions industrielles. Ensuite, Yannick Vanhove [90] a développé un tribomètre plan/plan pour l'étude du béton. Son dispositif a permis d'étudier l'influence de paramètres d'interface tels que la rugosité de la plaque, la vitesse de glissement ou la pression de contact [80, 81]. Il a proposé un modèle mécanique pour comprendre les phénomènes se produisant à l'interface béton/coffrage. Puis, j'ai utilisé en 2006 ce dispositif [51] pour prédire le comportement de l'interface béton/huile/coffrage en fonction de la nature des huiles de coffrage (végétale et minérale). A la suite de ma thèse, l'utilisation de superplastifiant sur l'interface coffrage/béton a été étudiée par Samir Bouharoun [53], il garantit un béton frais suffisamment fluide pour une mise en place facile dans le coffrage sans vibration. Pour finir, l'interface milieu granulaire de la paroi
rugueuse a été étudiée par Khadija El Cheikh [98] par des approches expérimentale et numérique sur le béton. Dans les parties suivantes, je présenterai également des études récentes (N. Spitz et I. Laiymani) réalisées avec ce dispositif.

Le dernier tribomètre développé (Figure 2.46) par C. Djelal et Y. Vanhove permet une plus grande précision des essais et de la compréhension de l'interface ainsi que l'analyse de la couche limite créée. Il a été breveté sous le numéro PCT/EP 2017068017 et commercialisé par l'entreprise "Michalex".

<figure><img src="image_46.png" /><figcaption>FIGURE 2.46 – Schéma de principe du tribomètre plan/plan [99]</figcaption></figure>

Pour rappel, le principe du dispositif est le suivant [90, 100] : une plaque interchangeable glisse entre deux échantillons de béton, le mouvement s'effectue au moyen d'un moteur accouplé à une vis sans fin. La vitesse de la plaque est contrôlée par un automate. Les échantillons sont mis sous pression grâce à des vérins, la pression peut être comprise entre 50 kPa et 500kPa. Les porte-échantillons sont des cylindres munis d'une trappe pour introduire le béton. Un capteur de traction lié à la plaque mesure les contraintes tangentielles soumises à la plaque par le béton. Un capteur de pression lié au système de mise sous pression sert à contrôler la pression du vérin.

Cependant, le béton frais est un substrat très abrasif. Par la suite, des coulées successives dans le coffrage provoquent des problèmes d'usure importants sur la surface du coffrage [80] qui conduisent à une modification de la topographie de la surface du mur et des défauts esthétiques sur la surface du mur en béton [101]. La connaissance des caractéristiques tribologiques du béton frais sur coffrage est importante pour prolonger la durée de vie du coffrage. Cette problématique a été étudiée durant la thèse de Nicolas Spitz [54]. Je vous donnerai quelques détails de cette collaboration par la suite.

Concernant la poussée du béton sur le coffrage, il existe différents modèles empiriques entre la pression normale et la contrainte de frottement à l'interface béton-coffrage [102]. Ces modèles sont principalement limités à de petites pressions normales qui évitent un comportement granulaire à l'interface. D'autres modèles [103, 104] ont été également établis sur la théorie des silos de Janssen. Concernant la loi de frottement de Coulomb, elle s'applique au frottement entre une paroi et des matériaux granuleux tels que les poudres, le sable sec ou les solides. Elle ne semble pas s'appliquer au frottement du béton frais. En
effet, une variation plus importante du coefficient de frottement est observée pour des pres-
sions de contact supérieures à environ 150 kPa (Figure 2.47(b)) [105]. Cependant, dans la
gamme de hauteurs de coffrage couramment utilisées sur chantier, entre 2 et 6 m, soit pour
des pressions de 50 kPa à 150 kPa, l'interface béton/coffrage est régi par un frottement de
type Coulomb. Cela exprime que la contrainte tangentielle en contact est proportionnelle
à la contrainte normale. Le coefficient de proportionnalité est le coefficient de frottement.
En effet, la contrainte de frottement tangentielle à l'interface augmente toujours avec
la pression normale appliquée. L'augmentation de la pression conduit à une migration
des fines vers la couche limite jusqu'à compression totale du béton qui va commencer à
s'étendre de la surface de la peau au béton dans les zones les moins sollicitées (Figure
2.47(a)).

<figure><img src="image_47.png" /><figcaption>FIGURE 2.47 – Représentation schématique de l'interface béton/coffrage métallique [105]</figcaption></figure>

Concernant les vitesses de remplissage du béton, nous l'avons étudié entre 2 et 6 m/h ce qui correspondent aux vitesses couramment utilisées sur chantier. On peut également exprimer celles-ci en mm/s : 0,56 et 1,67 mm/s. Pour cette gamme de mesure, la variation de vitesse n'influence pas la contrainte de frottement [51], en effet la rugosité Rt est souvent inférieure à 13 µm [71, 76, 79]. Le milieu granulaire ne se réorganise pas à l'interface. Les grains ne se logent pas dans les aspérités.

Finalement, les recherches réalisées ont montré que l'interface béton/paroi est régi par
deux phénomènes [105] :

— un cisaillement dans la couche limite aux interfaces, ce qui donne lieu à des contraintes de cisaillement faibles ;

— un comportement granulaire. La contrainte de cisaillement est plus élevée dans ce deuxième cas avec un coefficient.

Ma contribution dans ce thème est l'étude des agents de décoffrage à l'interface bé-
ton/paroi. Des essais tribologiques ont été réalisés sur des huiles (à base minérale, à base
végétale, de synthèse, recyclées), des émulsions (directes à base végétale, inverses à base
minérale) et sur des surfaces différentes (acier neuf, acier doux, revêtement spécial). L'ap-
plication de l'agent de décoffrage est important, elle doit être réalisée sans excès (Figure
2.48). Cette partie a été complétée lors du stage de **Master M.2. d'Issam Laiymani**
sur les formulations en émulsion. La vitesse de remplissage et la pression sont les deux
paramètres à prendre en compte. L'application des émulsions a été réalisée avec les re-
commandations déterminées précédemment. Pour les formulations en émulsions, il est
préconisé par le fournisseur d'attendre 15 à 20 min avant de couler le béton [79, 99]. Les
bétons confectionnés sont de formulation standard sans adjuvant et de consistance S3 au
cône d'Abrams (Norme NF EN 206-1).

<figure><img src="image_48.png" /><figcaption>FIGURE 2.48 – Application de l’émulsion sur la plaque</figcaption></figure>

La figure 2.49 montre un exemple de résultats obtenus pour des huiles entières et des émulsions commercialisées sur une surface de coffrage neuve pour une vitesse de remplissage de 3m/h et une hauteur de coffrage allant de 2 à 6 mètres, avec V : Huile à base végétale, M : Huile à base minérale, IME : Emulsion inverse à base minérale, DVE : Emulsion directe à base végétale.

<figure><img src="image_49.png" /><figcaption>FIGURE 2.49 – Contraintes de frottement dynamique en fonction de la pression de contact pour les agents de démoulage étudiés (v = 0.84 mm/s) [79]</figcaption></figure>
Comme expliqué précédemment, la contrainte de frottement dépend principalement des caractéristiques physico-chimiques du film et de son épaisseur pour les huiles à base végétale. Pour les formulations à base minérale, c'est l'épaisseur du film qui gouverne le frottement. Pour les formulations à base d'émulsion, nous constatons une réduction intéressante du frottement malgré une épaisseur de film appliquée plus faible. Grâce aux triglycérides, acides gras et autres esters présents au sein des formulations à base végétale, il y a formation de carboxylates (savon) au contact du béton (milieu basique), ce qui favorise la réduction du frottement [79].

La compréhension de ces phénomènes a permis d'aider à la formulation d'huiles plus efficaces lors du décoffrage et d'améliorer l'aspect des parements et la protection des coffrage contre la corrosion. Les mesures réalisées ont dégagé les mécanismes présentés au paragraphe 2.3 [68, 79, 100].

Pour compléter ces travaux, cette activité de recherche a été enrichie par deux autres études. La première par une collaboration avec l'ENSAM d'Aix en Provence et le Pr. Mohamed El Mansori afin de réaliser des essais tribologiques sur trois surfaces de coffrage (acier standard, acier doux et revêtement autoadhésif) afin de développer une nouvelle surface de coffrage. Cette étude est réalisée dans le cadre de la **thèse de Nicolas Spitz** [54]. Deux formulations de béton ont été utilisées (béton standard et béton autoplaçant) afin de créer des frottements plus ou moins abrasifs. Les pressions étaient comprises entre 50 et 110kPa soit pour des hauteur de coffrage de 2 à 4,4m. La vitesse de déplacement de la plaque était de 0,84mm/s qui correspond à une vitesse de remplissage du coffrage par du béton de 3m/h. Il était important de respecter le protocole de mise en oeuvre du béton dans les portes-échantillons, un piquetage de 25 coups était fait pour le béton standard et aucun pour le béton auto-plaçant. J'ai formé le doctorant à l'utilisation du tribomètre et je l'ai aidé à interpréter les résultats obtenus. Un exemple de résultat est donné figure 2.50. Cette campagne s'est déroulée entre avril et juin 2017 à l'IUT de Béthune. Cette partie a fait l'objet d'un chapitre de sa thèse qu'il a soutenu le 10 janvier 2019 et un article est en cours de soumission [106].

<figure><img src="image_50.png" /><figcaption>FIGURE 2.50 – Contraintes de frottement dynamique du béton standard en fonction des surfaces de coffrage étudiés [54]</figcaption></figure>
La deuxième étude est basée sur les résultats du RILEM Round Robin Test réalisé à Béthune sur les rhéomètres [107]. En effet, j'ai participé les 29 et 30 mai 2018 avec des chercheurs de différents laboratoires internationaux à comparer des appareils de mesures utilisés pour l'étude du comportement du béton à l'état frais. Un programme expérimental a été élaboré afin de comparer les mesures ou données obtenues à partir des différents essais de caractérisation effectués à l'aide du V-funnel, de données empiriques, slump test, ou des rhéomètres de conception différentes (BML, Rhéocad, BTrheom, ICAR, etc...). Celui-ci complète les deux campagnes expérimentales réalisées au LCPC à Nantes (octobre 2001) et au NIST à Cleveland (avril 2003). L'objectif était de faire le point et de regrouper des communications traitant aussi bien des propriétés rhéologique et tribologique des bétons que des instrumentations nouvelles permettant d'accéder au comportement du béton lors de sa mise en œuvre sur les chantiers. Pour ma part, les mesures ont été réalisées au tribomètre plan/plan sur trois bétons autoplaçants et deux bétons de fondation dans le temps ($t = 10\text{min}$ et $t = 40\text{min}$) pour essayer de trouver une corrélation avec les mesures faites avec les rhéomètres. Les bétons formulés avaient des seuils de cisaillement et des viscosités plastiques différents. Les premiers essais réalisés lors de ces journées ont montré des résultats intéressants. Des essais complémentaires (Rhéomètre ICAR et Tribomètre plan/plan) ont été réalisés dans le cadre du stage de **Master 1 de Youssra Nemar (2019)** sur l' "Influence de la thixotropie du béton sur ses propriétés tribologiques".

L'étude réalisée constitue une première approche de l'influence de la thixotropie sur les propriétés tribologiques du béton. Les résultats préliminaires ont été testés sur deux bétons auto-plaçants : SCC2 (faiblement thixotropique) et SSC3 fortement thixotropiques. Le tribomètre montre des courbes de pression qui se décalent dans le temps (Figure 2.51) pour SCC3, ce qui n'est pas le cas du béton SCC2. Il serait ainsi possible d'observer les modifications thixotropiques des bétons.

<figure><img src="image_51.png" /><figcaption>FIGURE 2.51 – Contraintes de frottement dynamique en fonction de la pression de contact des bétons auto-plaçants SCC2 et SCC3 à $t= 10\text{min}$ et $t= 40\text{min}$ ($v=0,84 \text{ mm/s}$)</figcaption></figure>

Les premiers résultats ont été présentés le 8 novembre 2019 lors de la journée de restitution du RRT 2018 [108]. Néanmoins, il apparaît que les résultats observés nécessitent
une étude approfondie pour pouvoir les confirmer. Cette étude se poursuit en 2021 par la
réalisation du stage de **Master 2 de M.A. Zeggar** sur "*Le comportement rhéologique et tribologique des bétons autoplaçants thixotropiques*" co-encadré avec le Pr. Yannick Vanhove. Plusieurs formulations de béton auto-plaçant vont être caractérisées rhéologiquement aux temps t0, t30 et t30* afin de déterminer les seuils de cisaillement et les viscosités plastiques. Les essais au tribomètre seront faits en parallèle à plusieurs vitesses de plaque afin d'observer et d'analyser les courbes de frottement obtenues.

Un chapitre est en cours de finalisation sur cette thématique dans l'équipe RILEM MRP266 intitulé "STATE OF KNOWLEDGE OF INTERFACE RHEOMETRY".

L'étude du frottement à l'interface coffrage/béton par l'utilisation d'un tribomètre plan/plan nous a permis de simuler la mise en oeuvre du béton dans le coffrage. Cette technique a montré que les agents de décoffrage à base végétale étaient performants malgré de faibles épaisseurs de film appliquées. Ce dispositif pourrait également servir à positionner certaines thixotropies de béton alors que cela était réservé aux rhéomètres. Pour finir, il a permis de dégager des mécanismes se déroulant à l'interface que je présente dans la partie suivante.

## 2.3 Compréhension des mécanismes intervenant à l'interface paroi/agent de décoffrage/béton

L'intérêt des démarches effectuées précédemment est de comprendre les mécanismes se déroulant à l'interface coffrage/béton en présence d'un agent de démoulage. Les caractérisations s'appuient notamment sur l'utilisation de deux techniques pour étudier les phénomènes physico-chimiques, la tribométrie [80] réalisée sur un béton traditionnel sans adjuvantation et la spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE) en présence d'un électrolyte reproduisant le béton [68, 99, 109].

Comme expliqué précédemment, le tribomètre plan/plan reproduit les effets de la vi-
tesse de glissement et de la pression de contact du béton sur une surface, des essais avec et
sans agents de décoffrage ont été effectués. La SIE conduit à évaluer la résistance de polari-
sation du film vis-à-vis de la paroi. Les mesures SIE peuvent être effectuées non seulement
au potentiel de corrosion, mais également dans le domaine anodique ou cathodique. Je
vais vous détailler le protocole expérimental des mesures réalisées en collaboration avec le
Pr. Nadine Pébère [109]. Les résultats obtenus classent dans le même ordre la performance
des différentes formulations d'agents de démoulage testées.

Dans notre cas, la nuance d'acier choisie est E24. Les plaques de 10 × 10 cm² ont été fournies par OUTINORD. L'acier a été poli pour éliminer la calamine. Les mesures électrochimiques ont été effectuées en utilisant un montage conventionnel à trois électrodes [68]. L'électrolyte était composé d'une solution 0,5 M de KOH + 0,1 M de NaOH. Cette solution présentait un pH de 13,2, qui reproduisait le pH d'une solution de pores de béton. L'électrode de travail était formée par la plaque d'acier recevant l'huile, à appliquer avec une raclette en caoutchouc de manière à obtenir un film homogène de 1 µm. Une fois l'huile mise en place, la plaque a été fixée sur un tube cylindrique en plexiglas (S = 240 cm2) pour maintenir l'électrolyte. La contre-électrode était une plaque de platine de grande taille. Enfin, une électrode au calomel saturé a servi d'électrode de référence (Figure 2.52).
<figure><img src="image_52.png" /><figcaption>FIGURE 2.52 – Montage SIE [68]</figcaption></figure>

La SIE a été utilisée durant ma thèse et le contrat de recherche OUTINORD. La figure 2.53 montre un exemple de résultats obtenus pour les 4 huiles détaillées au paragraphe 2.1. Afin de comparer les mesures effectuées, deux huiles de références, une huile minérale (M1) et une huile végétale (V1) avec des impédances connues [100, 109] ont été insérées dans le graphique. La dispersion est de $\pm$ 500 (Ωcm$^2$). Nous avons des similitudes dans les tendances de courbe pour les deux huiles à base végétale (V1 et Oil 1), ainsi que pour les deux huiles minérales (M1 et Oil 3). La formulation semi-végétale/synthèse (Oil 4) présente une résistance à la corrosion très efficace malgré la présence d'éléments synthétiques dans sa formulation. Notons que les formulations à base végétale produisent des valeurs de résistance plus élevées que les formulations minérales. La formulation synthétique (Oil 2) se situe à une valeur intermédiaire.

<figure><img src="image_53.png" /><figcaption>FIGURE 2.53 – Diagrammes SIE obtenus au potentiel de corrosion après 1 h d'immersion dans l'électrolyte [68]</figcaption></figure>
La corrélation des résultats obtenus par les deux techniques (Tribomètre et SIE) nous a conduit à mieux comprendre les mécanismes physico-chimiques se déroulant à l'interface coffrage/béton [68, 100].

Finalement, il a été montré que les mécanismes intervenant à l'interface sont :

- pour les **huiles à base minérale** (Figure 2.54), un film physique hydrophobe empêche le béton d'adhérer sur le coffrage, nous obtenons un effet « barrière ». C'est par conséquent l'épaisseur qui est le paramètre prépondérant. De plus, en présence d'acidifiant, il a été montré que le film d'huile avait tendance à se solubiliser. Le savon a un effet détergent sur le film d'huile.

<figure><img src="image_54.png" /><figcaption>FIGURE 2.54 – Schéma représentant le glissement du béton sur le film d'huile [100]</figcaption></figure>

- pour les **huiles à base végétale** (Figure 2.55), la formation de carboxylates (savons) à partir de l'ester est catalysée par la formation de savon à partir de l'acidifiant. De plus, grâce à leur caractère amphiphile, l'huile et le savon sont chimisorbés à l'interface pour former une double couche, organisation moléculaire qui confère au film ses propriétés spécifiques.

<figure><img src="image_55.png" /><figcaption>FIGURE 2.55 – Organisation d'un film de savon à l'interface béton/coffrage [100]</figcaption></figure>

- pour des **formulations mixtes** composées de plusieurs esters (Figure 2.56), nous avons vu que deux couches de savon se créent, l'une générée par triglycérides et l'autre issue de l'ester synthétique [68]. Cette double couche représente une organisation du film à l'interface béton/coffrage qui le rend plus performant.
<figure><img src="image_56.png" /><figcaption>FIGURE 2.56 – Organisation de l'interface savon/huile [68]</figcaption></figure>

Ces mécanismes ont été développés dans le cadre de la thèse de S. Bouharoun [53, 82] avec l'emploi d'un béton avec superplastifiant. Une analyse de l'interface est présentée figure 2.57.

<figure><img src="image_57.png" /><figcaption>FIGURE 2.57 – Organisation de l'interface superplastifiant/savon/huile [82]</figcaption></figure>

La partie suivante sera dédiée exclusivement à l'application des agents de démoulage et à l'analyse de l'esthétique des parements. Je présenterai les évolutions faites depuis la thèse jusqu'à maintenant.

## 2.4 Esthétique des parements en béton en lien avec les agents décoffrants

L'esthétique des parements est le but ultime après le décoffrage du béton. Le parement doit être d'excellente qualité sans défaut. Les architectes demandent de plus en plus un parement brut en béton pour leur ouvrage. Comme présenté en introduction, des études se sont déroulées de 2000 à 2010 sur la maîtrise de l'esthétique des parements en béton coulés en place [49, 50, 51, 52, 53]. De nombreux facteurs entrent en jeu pour obtenir une bonne qualité du parement en béton : les conditions climatiques, la vibration, la composition du béton (choix des additions), le type de coffrage, l'agent de décoffrage, l'opérateur, la cure, ... Des guides ont été élaborés pour aider les intervenants du BTP [61, 110]. Les résultats présentés sont tirés de ma thèse, de mes compléments de recherche, des stages de **Master 2 recherche d'A. Aggoun et de M. A. Lalhou** et des stages de recherche en 2e année CESI de David Boyer, Muriel Riou, François Marette et Raphaël Lacroix.
Dans cette recherche, les agents de décoffrage ainsi que la mise en oeuvre dans le
coffrage ont été analysés. Il est important de bien contrôler l'application des agents de
décoffrage et de rester dans les recommandations des fournisseurs. Par exemple, il faut
attendre 15-20 min après application d'une émulsion [79]. Pour étudier cette partie, des
coffrages modulaires 30 x 30 x 30 cm³ ont été fabriqués avec des parois directement d'une
surface de coffrage employée chez OUTINORD (Figure 2.58). Le type de paroi peut être
en acier neuf, en acier usagé ou en bois bakélisé. Ra est le paramètre de rugosité inter-
national le plus utilisé : il s'agit de la moyenne arithmétique des déviations de profil par
rapport à une ligne moyenne. Les valeurs moyennes de rugosité Ra des surfaces étudiées
[76] sont : Ra = 1,30 µm pour la surface en acier neuve, 1,70 µm pour la surface en acier
usagée et 0,65µm pour la surface en bois bakélisée. Un autre paramètre est intéressant à
prendre en compte, il s'agit de Rt. Il correspond à la hauteur totale du profil de l'écart
vertical entre la hauteur maximale des pics et la profondeur maximale des vallées sur la
longueur de mesure. Pour ce paramètre, l'acier neuf a une valeur moyenne de Rt de 9 µm,
pour l'acier usagé de 12 µm et pour le bois bakélisé de 12,6 µm.

<figure><img src="image_58.png" /><figcaption>FIGURE 2.58 – Moule fabriqué par OUTINORD</figcaption></figure>

L'agent de démoulage peut être appliqué par la pulvérisation de façon horizontale et ordonnée (toujours de la même façon) à l'aide de la buse conique ou plate; puis, selon les essais, le film déposé est raclé. La pulvérisation doit être homogène sans surplus ni coulure [51, 105]. Les outils employés sont soit un pulvérisateur de type Ecospray soit un pulvérisateur de chantier (Figure 2.59).

<figure><img src="image_59.png" /><figcaption>FIGURE 2.59 – Application des huiles (a) Pulvérisation directe, (b) Pulvérisation suivi d'un raclement</figcaption></figure>
Pour déterminer l'épaisseur du film déposé, un échantillon de coffrage de 5 x 3 cm² est utilisé. L'agent de démoulage est déposé par pulvérisation et éventuellement suivie d'un étalement. L'épaisseur du film d'huile a été déterminée par pesée. Cette méthode a été validée par la mise en œuvre d'une technique analytique basée sur le rayonnement alpha (PIXE) [111]. Les résultats ont montré un haut degré de concordance entre ces deux méthodes de mesure.

Connaissant la masse volumique de l'huile et la surface de la plaque, l'épaisseur de l'échantillon peut être simplement déterminée par pesée. L'incertitude de mesure s'élevait à +/- 0,15 µm, en supposant une erreur de mesure de la pesée de 5%. Après pulvérisation, nous avons obtenu des épaisseurs de film comprises entre 3 et 5,5 µm. La buse conique a tendance à produire un film plus épais que la buse plate. Les films raclés donnent des épaisseurs comprises entre 0,6 et 1 µm. Le film avec l'huile synthétique présente la plus faible épaisseur, tandis que les huiles contenant des esters végétaux donnent lieu aux applications les plus épaisses. Finalement, dans nos études, nous avons pu constater qu'un film pulvérisé compris entre 2 et 4 µm suffisait pour réaliser le décoffrage du béton.

Concernant les agents de décoffrage en émulsion et comme expliqué au paragraphe 2.1, ils sont donc pulvérisés sur le support, laissés à l'air libre afin de visualiser d'éventuelles modifications d'aspect du film formé. La couleur blanche facilite la répartition de l'émulsion sur le support. Au cours du temps, l'eau s'évapore laissant un film d'huile uniforme, il devient homogène entre 15 et 20 min. Les mesures effectuées montrent une épaisseur finale entre 1,5 et 2 µm [79]. Comme expliqué précédemment, cette faible épaisseur permet une bonne réduction du frottement par l'ancrage du film dans les aspérités de la surface. L'utilisation des émulsions comme agent de décoffrage est une alternative intéressante et performante ; elle permet au film d'huile de se structurer en interagissant avec la rugosité du coffrage. Ce processus évite ainsi le raclage des films à base d'huile végétale. L'application des agents décoffrants sous forme d'émulsion devrait se développer sur les chantiers dans les années à venir. En effet, ces formulations associent à la fois des performances techniques et une moindre consommation de matières actives.

Dès que les coffrages sont préparés en laboratoire (T = 20 °C et ω = 50%), nous pouvons couler le béton à l'intérieur. Suivant le béton à mettre en oeuvre, le protocole de malaxage (Figure 2.60 et 2.61) est différent [68, 71, 72, 79, 82, 105, 112], suivant la norme NF P 18-404 :

<figure><img src="image_60.png" /><figcaption>FIGURE 2.60 – Protocole de malaxage pour un béton traditionnel</figcaption></figure>

<figure><img src="image_61.png" /><figcaption>FIGURE 2.61 – Protocole de malaxage pour un béton auto-plaçant (BAP)</figcaption></figure>
Ensuite, le coulage se fait soit en deux couches vibrées en cinq points pour le béton traditionnel soit en continu pour un béton auto-plaçant. On parle de frottement statique. Il est important de bien respecter et de reproduire le protocole de mise en oeuvre. Le décoffrage se réalise 12h après le coulage. Les cubes de béton sont laissés à l'air libre dans le laboratoire.

Je vais vous présenter maintenant l'évaluation des parements en béton et des surfaces de coffrage. Les critères de notation de départ étaient ceux utilisés par la société CHRYSO pour tester l'influence des formulations sur la qualité de parement.

L'aspect du parement, le microbullage, le poussiérage, l'encrassement et les points d'accroche sont les paramètres qui vont caractériser la qualité du décoffrage (Figure 2.62). La notation se réalisait 1h après le décoffrage. Elle a évolué au fil des ans pour devenir de plus en plus précise et pour différencier l'influence des paramètres les uns des autres.

<table><caption>FIGURE 2.62 – Abréviations utilisées pour évaluer les performances de démoulage</caption><thead><tr><td>Abréviation</td><td>Aspect de la pièce en Béton</td><td>Abréviation</td><td>Aspect du moule</td></tr></thead><tbody><tr><td>Pa</td><td>Aspect du parement</td><td>Pom</td><td>Poussiérage</td></tr><tr><td>B</td><td>Microbullage</td><td>E</td><td>Encrassement</td></tr><tr><td>Pop</td><td>Poussiérage</td><td>Pt Ac</td><td>Points d'accroche</td></tr></tbody></table>

En effet, par la suite, nous avons intégré le paramètre de couleur d'ombrage "Shading color". La grille initiale était basée sur les notes avec des "+" et des "-" (Figure 2.63) [112], puis nous avons amélioré la notation avec une échelle de notes entre 1 et 6 (Figure 2.64) [68], pour finir en 2015, sur une échelle entre +3 et -3 (Figure 2.65). Le micro-bullage a été précisé avec des pourcentages de présence sur la surface. De plus, dans cette grille et afin de donner davantage de poids à l'aspect du parement, une notation entre -9 et 9 (Figure 2.65) a été appliquée. La notation est surtout basée sur l'analyse à vue des parements. Il est donc important que toute l'étude se fasse avec le ou les même opérateur(s).

<table><caption>FIGURE 2.63 – Critères de notation utilisés en 2006 [112]</caption><thead><tr><td>Micobullage<br>Poussiérage<br>Encrassement<br>Points d'accroche</td><td>Degrés d'importance</td><td>Aspect du Parement</td></tr></thead><tbody><tr><td>Sans</td><td>( - - )</td><td>Mauvais</td></tr><tr><td>Léger</td><td>( - )</td><td>Moyen</td></tr><tr><td>Important</td><td>( + )</td><td>Bien</td></tr><tr><td>Très important</td><td>( + + )</td><td>Très Bien</td></tr></tbody></table>
<table><caption>FIGURE 2.64 – Critères de notation utilisés à partir de 2012 [68]</caption><thead><tr><td>Micro-bubbling, dusting, dirtying, attachment point</td><td>Degree of importance</td><td>Facing aspect</td></tr></thead><tbody><tr><td>None</td><td>1</td><td>Excellent</td></tr><tr><td>Very slight</td><td>2</td><td>Very good</td></tr><tr><td>Slight</td><td>3</td><td>Good</td></tr><tr><td>Moderate</td><td>4</td><td>Average</td></tr><tr><td>Important</td><td>5</td><td>Bad</td></tr><tr><td>Very important</td><td>6</td><td>Insignificant</td></tr></tbody></table>

<table><caption>FIGURE 2.65 – Critères de notation utilisés à partir de 2015</caption><thead><tr><td>Micro-bullage</td><td>Poussiérage, encrassement et points d'accroche</td><td>Note</td><td>Aspect de parement</td><td>Note</td></tr></thead><tbody><tr><td>0 / 0,2%</td><td>Sans</td><td>3</td><td>Parfait</td><td>9</td></tr><tr><td>0,40%</td><td>Léger</td><td>2</td><td>Excellent</td><td>8 / 6</td></tr><tr><td>0,60%</td><td>Faible</td><td>1</td><td>Bon</td><td>5 / 3</td></tr><tr><td>0,80%</td><td>Normal</td><td>0</td><td>Moyen</td><td>2 / 0</td></tr><tr><td>1,00%</td><td>Beaucoup</td><td>-1</td><td>Acceptable</td><td>-1 / -3</td></tr><tr><td>1,20%</td><td>Important</td><td>-2</td><td>Dégradé</td><td>-2 / -6</td></tr><tr><td>&gt; 1,20%</td><td>Très important</td><td>-3</td><td>Très dégradé</td><td>-7 / -9</td></tr></tbody></table>

De même, durant la thèse, l'observation se faisait juste après le décoffrage, nous avons amélioré l'analyse en intégrant le paramètre temps. Désormais, l'analyse se fait à 1 jour, 3 jours et 7 jours. En effet, il est courant de voir des améliorations de la variation de teinte du parement après plusieurs jours.

Pour finir, des analyses du taux de bullage et de la variation de teinte ont été développées à partir de 2015 par des analyses d'images grâce aux logiciels GIMP et ImageJ. Je me suis servi des connaissances développées durant la thèse M.A. Kenai [20] sur cette technique et d'une méthode développée au LCPC [113]. L'analyse d'images a été appliquée sur les parements en béton obtenus par les émulsions [71] et les huiles recyclées [72]. Le logiciel GIMP sert à recadrer et à retoucher les photos prises des parements en béton et ImageJ sert à déterminer le taux de bullage et le taux d'ombrage. Dans un premier temps, la photo est ajustée pour obtenir une image sans arrière-plan pouvant influencer l'analyse d'images. Dans un deuxième temps, la teinte, la luminosité et la saturation sont améliorées, puis une binarisation par seuillage est réalisée. Pour la variation de la teinte, il est important de prendre la nuance de gris 1 ou 2 de l'échelle du CIB "Tolérances sur les défauts d'aspects du béton" comme référence [64]. Deux exemples sont présentés à la figure 2.66 pour une émulsion et à la figure 2.67 pour une huile végétale recyclée.
<figure><img src="image_62.png" /><figcaption>FIGURE 2.66 – Exemple d'une analyse d'image pour une émulsion directe à 1 jour (a), 3 jours (b) et 7 jours (c) [71]</figcaption></figure>

<figure><img src="image_63.png" /><figcaption>FIGURE 2.67 – Exemple d'une analyse d'image pour une huile végétale recyclée à 1 jour (a), 3 jours (b) et 7 jours (c) [72]</figcaption></figure>

L'analyse d'images complète la notation à vue, elle permet de suivre l'évolution de la qualité du parement. Une évolution de la teinte se manifeste mais elle atteint souvent une teinte homogène au bout de 7 jours. Il est donc recommandé de noter ou de valider un parement de béton au minimum 7 jours après son décoffrage.

Actuellement des analyses se poursuivent sur des surfaces bakélisées et sur des surfaces autoadhésives sans application d'agents de démoulage.

Dans la dernière partie, je vais détailler les recherches effectuées sur les matériaux argileux et les sous-produits à base de cendres volantes.
3 Etude des matériaux cimentaires à base de sous-
produits

Cet axe de recherche est le plus récent pour moi. Des travaux sur la valorisation de la
sciure de peuplier dans les matrices cimentaires ont déjà été étudiés par notre équipe avant
mon arrivée, par la thèse de JG Ndong Endone [114] et le stage post-doctoral de Zhi Xing
[115]. Ils ont travaillé sur la mise en forme de briques et de blocs de béton par extrusion
ou vibrocompaction en substituant une partie du sable par des sciures de peuplier. Depuis
2018, des recherches se poursuivent sur l'intégration de fibre Alpha [116] ou de lin dans
les matrices cimentaires ou encore sur la confection de brique par l'intermédiaire de pulpe
de betterave.

De mon côté, une opportunité de collaboration est intervenue avec l'Université de Yaoundé sur l'étude des matériaux argileux et des propriétés pouzzolaniques (Bourse Erasmus Mundus) avec la thèse (T3) effectuée par **Claudia Charlotte Tchamo Leussa** en 2015. Cette collaboration a permis à l'équipe de renforcer ses connaissances en analyses minéralogiques et chimiques et en activité pouzzolanique des mélanges cimentaires avec sous-produits. Les recherches faites se sont portées sur la caractérisation mécanique et physico-chimique d'un mortier composé d'hydroxyde d'aluminium et d'un produit local du Cameroun, le kaolin.

Les caractérisations ont été faites sur deux types de kaolins : un kaolin du Cameroun et un kaolin commercial afin d'élaborer un nouveau matériau de construction. Tout d'abord, après des analyses minérales et chimiques, l'étude a été faite par substitution du ciment par de l'argile de kaolinite commerciale afin d'identifier les formulations les plus intéressantes pour optimiser celles faites avec le kaolin du Cameroun. Pour ce faire, des formulations de mortier ont été réalisées et une analyse par indice d'activité a été faite à 7 et 28 jours. Dans un second temps, le kaolin commercial a été substitué par l'hydroxyde d'aluminium amorphe à 10% et 20%. L'étude consiste à développer un produit utilisable dans la construction et valoriser une partie des produits locaux du Cameroun.

De plus, pour développer l'étude sur les matériaux cimentaires avec sous-produit, j'ai, en 2016, monté et déposé avec le Professeur Chafika Djelal, un dossier **ADEME GRAINE** en vue de valoriser les cendres de biomasse. Le dossier avait été retenu en phase 1 mais non financé en phase 2. En avril 2018, l'ADEME nous sollicite pour financer ce projet via quelques améliorations, en intégrant par exemple un centre technique (CERIB). Le projet est intitulé « Valorisation des cendres de chaudière BIomasse dans l'élaboration de Matériaux composites pour le Génie Civil ». Il a démarré en septembre 2018 pour une durée de 24 mois et un budget total de 480 000 €TTC.

L'idée forte de ce projet est de permettre la fabrication de blocs de béton dont une
partie de ciment a été substitué par des cendres volantes de biomasse. L'étude passe par
plusieurs étapes de caractérisation, de la cendre, du mortier et du béton sec avec des essais
en laboratoire et en chaîne industrielle.

Pour mener à bien ce projet, un **ingénieur de recherche (Issam Laiymani)**, un **stагiaire en Master 2 (Manh-Hung Nguyen)** et un **stagiaire post-doctoral (Vincent Dappe)** ont été recrutés.