STAGE MASTER : Etude des interactions ciment / adjuvants organiques dans les ciments LC3 adjuvantés– 6 mois

DESCRIPTION DE L’EMPLOYEUR :

L’Institut Mines-Télécom est le 1er groupe public de Grandes Écoles d’ingénieur.e.s et de management de France. Constitué de huit Grandes Écoles publiques et de deux écoles filiales, l’Institut Mines-Télécom anime et développe un riche écosystème d’écoles partenaires, de partenaires économiques, académiques et institutionnels, acteurs de la formation, de la recherche et du développement économique.

Mines Saint-Étienne, Ecole de l'Institut Mines-Télécom, est chargée de missions de formation, recherche, innovation, transfert industriel et culture scientifique. Avec 2 500 élèves, 500 personnels, et un budget de 50 M€, elle rayonne sur 3 campus dédiés à l’industrie des futurs, à la santé et au bien-être et à la souveraineté numérique et microélectronique. Elle est classée dans le top 15 des Ecoles d’ingénieurs Françaises et dans le Top 500 des Universités mondiales.

La stratégie 2023-2027 de Mines Saint-Etienne s’inscrit dans celle de l’Institut Mines Telecom. Elle a pour ambition :

• d’accompagner les transitions écologique, numérique, et générationnelle et d’en former les acteurs,
• · de soutenir la souveraineté nationale et européenne en microélectronique et numérique.

Présentation du centre : Le centre SPIN développe son expertise dans le domaine du Génie des Procédés appliqués aux systèmes dispersés : grains, particules, gouttes, bulles, milieux poreux… La quasi-totalité de son personnel appartient aux unités mixtes de recherche CNRS UMR 5307 et UMR 5600.

Le centre SPIN développe depuis de nombreuses années des activités de recherche sur les matériaux cimentaires qui sont principalement axées depuis plus de 20 ans sur les interactions entre constituants minéraux et organiques dans les matériaux cimentaires formulés.

Aujourd'hui, les matériaux cimentaires doivent relever le défi de la décarbonation. En effet, l'industrie cimentière est responsable d'environ 8% des émissions anthropiques de CO₂ pour une production annuelle de ciment de 4 milliards de tonnes et une croissance prévisible de 12% à 23% d'ici 2050. Il est donc urgent d'agir afin de réduire les émissions de CO₂ de cette industrie. Parmi les solutions envisageables pour atteindre cet objectif, l'utilisation de SCM (supplementary cimentitious materials) en substitution d'une partie du ciment dans les bétons est une voie intéressante. Ces matériaux, tels que la fumée de silice, les cendres volantes et les laitiers de haut fourneau, sont déjà employés dans les bétons pour en améliorer les propriétés mais ne sont pas disponibles en quantités suffisantes pour que leur utilisation soit généralisée dans le cadre de la diminution de l'impact carbone des matériaux cimentaires.

Le ciment de calcaire et d’argile calcinée (LC³) récemment développé est un ciment ternaire dans lequel, en plus de la réaction pouzzolanique de l’argile calcinée et de l’effet filler du calcaire, l’aluminium de l’argile et le carbonate du calcaire réagissent pour former une phase carboaluminate. Cette synergie entre les trois constituants de ce ciment (clinker, calcaire, argile calcinée) permet d’envisager une substitution plus importante du clinker dans le ciment. Si l’on prend également en compte la grande disponibilité des matières premières et le fait que les technologies de production sont largement disponibles et familières de l’industrie cimentière, les LC³ sont aujourd’hui considérés comme la solution la plus prometteuse pour permettre à l’industrie cimentière d’atteindre ses objectifs en termes d’émissions de CO₂. En effet, les ciments de calcaire et d’argile calcinée ont une faible émission de CO₂ et leur production nécessite beaucoup moins d’énergie que le clinker. Ils peuvent ainsi réduire jusqu’à 40% les émissions de CO₂ de l’industrie cimentière.

La principale difficulté à résoudre pour pouvoir envisager l’utilisation de ces ciments à grande échelle concerne leur compatibilité avec les adjuvants organiques. Ces adjuvants sont utilisés dans les bétons pour en améliorer les performances ou la maniabilité et leur utilisation dans les ciments LC³ n’est aujourd’hui pas maîtrisée. Cela est principalement dû à la présence de l’argile calcinée dans les LC³ qui a une forme, une charge de surface et une surface spécifique différentes de celles du clinker. L’adjuvant va ainsi s’adsorber préférentiellement sur l’argile calcinée et s’intercaler dans sa structure, ce qui va impacter son efficacité. En fonction de l’origine de l’argile utilisée et du taux de substitution du clinker, il peut ainsi être nécessaire d’incorporer jusqu’à cinq fois plus de superplastifiant dans un LC³ que dans un Ciment Portland.

Pour accompagner cette stratégie, elle propose un stage MASTER 2 de six mois

DESCRIPTION DU STAGE :

Dans ce contexte, l’étude proposée pour ce stage de master a pour objectif l’étude des interactions ciment / adjuvants organiques dans les ciments LC³ adjuvantés.

Présentation des missions et des activités du stage :

Pour cela, la méthodologie mise en œuvre sera la suivante :

• Choix et analyse des matières premières et des taux de substitution

L’analyse chimique sera conduite par ICP, l’analyse minéralogique sera conduite par Diffractométrie de Rayons X, les analyses morphologiques seront réalisées par granulométrie, microscopie électronique, porosimétrie, mesure de surface spécifique et mesure de densité.

• Etude de l’hydratation des ciments LC³ sans et avec adjuvant. Celle-ci sera réalisée par calorimétrie isotherme et conductimétrie. L’assemblage des phases sera caractérisé par DRX et ATG après stoppage.

• L’adsorption des adjuvants sera quantifiée par mesure du carbone organique total.

• Enfin, l’impact des adjuvants sur les propriétés rhéologiques sera évalué par rhéométrie isotherme.

Le stage est basé sur le campus de Saint-Étienne.