Action de Recherches du

Département MAST :

« Procédés, Fluides et

Matériaux Complexes »

Four : CO2 rejeté : 500-900 kg CO2/Tclinker

Energie : 3 -5 GJ/Tclinker

Fabrication du Ciment

Exemple de la fabrication d’un béton hydraulique

Broyage

Des procédés plus économes en énergie et en

matières premières

Concassage

Four : CO2 rejeté : 500-900 kg CO2/Tclinker

Energie : 3 -5 GJ/Tclinker

Fabrication du Ciment

Exemple de la fabrication d’un béton hydraulique

Broyage Ajout d’eau et Malaxage

Des procédés plus économes en énergie et en

matières premières

Concassage

Four : CO2 rejeté : 500-900 kg CO2/Tclinker

Energie : 3 -5 GJ/Tclinker

Fabrication du Ciment

Exemple de la fabrication d’un béton hydraulique

Broyage Ajout d’eau et Malaxage

Optimisation de la

performance énergétique

des équipements

Adaptation à l’évolution

des matériaux

Conception de nouveaux

types d’équipement

Des procédés plus économes en énergie et en

matières premières

Recherche couplée équipements / matériaux

Economie d’eau

Matériaux alternatifs

Matériaux recyclés

Aération contrôlée

Concassage

Exemple de la fabrication d’un matériau aéré

Des procédés plus économes en énergie et en

matières premières

Mélange, Mise en forme,

Découpe, Cure

Autoclave (200oC / 10 bar)

Béton cellulaire fabriqué en Autoclave (méthode 1920)

Fine sand, calcinated gypsum,

lime and/or cement,

water, aluminium

powder.

80% air

Airium LafargeHolcim

milieux divisés

[Gaz/Solide/Liant]

𝒎 𝒈𝑪𝒑,𝒈

Energie : 100 – 360 MJ/Tenrobés

Exemple de la fabrication des chaussées

Puissance du brûleur (TSM 17) :

Tchaud ~ 150°C <P> ≈ 7 MW

TTiède ~120°C 20 %

Trecyclé ~ 150°C ~0%

Vers des outils de production moins énergivores

dP~ 20 %

Des procédés plus économes en énergie et en

matières premières

Dans le domaine de la construction, les procédés traitent principalement des

matériaux complexes, très souvent sous forme de milieux divisés.

Parvenir à une modélisation multi-échelles du comportement des

matériaux complexes

Comprendre et modéliser les processus physiques impliqués dans les

procédés traitant les matériaux complexes

Simuler le comportement des matériaux complexes et les procédés

Concevoir et mettre au point de nouvelles technologies d’optimisation

des procédés

Verrous et approche scientifiques

Parvenir à une modélisation multi-échelles du

comportement des matériaux complexes

Milieux Granulaires

Image d’une coupe (tomographie X)

d’un empilement de grains (en gris)

partiellement saturé d’eau (en

blanc) et d’air (en noir)

Expérience d’écoulement de grains

a proximité d’une paroi

Exposé d’A. Fall

(Laboratoire Navier)

Modélisation de l'interaction d'un

milieu granulaire avec une paroi

Mesure et modélisation de l’effet

d’un liquide (non-saturant) sur

les propriétés rhéologiques des

milieux granulaires

Rhéomètre instrumenté dans un

IRM scientifique P. Richard, R. Artoni, A. Fall, J-N Roux, S. Rodts,

F. Chevoir

Parvenir à une modélisation multi-échelles du

comportement des matériaux complexes

Mesure des interactions entre particules colloïdales

Approche multiéchelle du comportement des pâtes

Image d’une coupe (microscopie

confocale) d’une suspension de particules

de silices (concentration 39% ; diamètre

1,4 µm) dans une solution ionique

Suspensions colloïdales

X. Chateau, J. Goyon, A. Lemaître, J. Fusier,

F. Bonacci

Parvenir à une modélisation multi-échelles du

comportement des matériaux complexes

Milieux aérés

Image d’une suspension de bulles d’air

(12%) dans une huile (100 Pa.s)

Viscosité relative d’une suspension de

bulles en fonction du nombre capillaire

Mousse de ciment Bulle en « armure

particulaire »

Comportement rhéologique des fluides complexes aérés

Contrôle de l’incorporation d’air dans les matériaux

O. Pitois, X. Chateau, F. Rouyer, Y. Khidas,

F. Gorlier, B. Feneuil, A. Kaddami

Comprendre et modéliser les processus

physiques impliqués dans les procédés

Séchage et transferts hydriques

Comportement au séchage des matériaux bitumineux « à

froid » : vitesse de séchage et distribution de l’eau au cours

du temps, conséquence sur les propriétés mécaniques en

profondeur

Comportement au séchage des pâtes colloïdales :

contraction et/ou fracturation

Sécheur de plaques de plâtre

80% de l’eau initiale doit être évaporée

30% de l’énergie totale de fabrication

Séchage des enrobés à froid

P. Coussot, E. Keita, P. Faure, D. Courtier

Simuler le comportement des matériaux

complexes et les procédés

Simulation du comportement des milieux granulaires

prédire la microstructure et ses

évolutions en fonction de l’histoire des

sollicitations appliquées

DEM Simulations

mettre en évidence l’importance des

paramètres de forme pour les propriétés

d’usage du ballast

Milieux granulaires cohésifs

Tassement du ballast

Y. Descantes, R. Artoni, P. Richard, J-N Roux

Simulation des procédés

Malaxeur :

Implémentation des lois de

comportement des fluides complexes

(Code FlowMix : Modèle Viscoplastique

+ Friction inter-grains)

Méthodes mathématiques de résolution

efficaces

Agitation planétaire 2D, 3D

Compréhension et modélisation du

comportement mécanique de la fracture

des matériaux granulaires complexes

Concasseur :

Simuler le comportement des matériaux

complexes et les procédés

Exposé d’ A. Neveu

(GPEM)

B. Cazacliu, N. Roquet, R. Artoni, P. Richard,

Y. Descantes, A. Neveu

Cimenteries : 15 % en paroi

Chaleur sensible : COP ~30 %

Energie : 3 -5 GJ/Tclinker

Récupération d’énergie

→ Distribution de la chaleur en échangeurs poreux

Champ Vitesse Champ Température

F. Huchet, L. Le Guen, N. Roquet, E. Hamard,

Y. Descantes

→ Effet des régimes de convection (libre, mixte et forcées)

Concevoir et mettre au point de nouvelles

technologies pour l’optimisation des procédés

Construction additive

Concevoir et mettre au point de nouvelles

technologies pour l’optimisation des procédés

Optimisation rhéologique de la pâte

de ciment

Optimisation mécanique (béton

fibré)

J.F. Carron, R. Le Roy, N., Ducoulombier,

M. Bornert, C. Château, T. Gobin, N. Roussel,

F. Toutlemonde, E. Leroy

ARD « Procédés, Fluides et Matériaux

Complexes »

Laboratoire Navier (A. Fall, J.-N. Roux, F. Chevoir, S. Rodts, X. Chateau, J. Goyon, A. Lemaître, P. Coussot, P. Faure, D. Courtier, E.

Keita, N. Roussel, F. Rouyer, Y. Khidas, O. Pitois, J.-F. Caron, R. Le roy, M. Bornert, C. Chateau, T. Gobin, F. Toutlemonde, E. Leroy),

Laboratoire GPEM (P. Richard, R. Artoni, N. Roquet, B. Cazacliu, Y. Descantes, F. Huchet, L. Leguen, E. Hamard), Laboratoire MIT (V.

Gaudefroy, P. Marsac)

Doctorants : M. Badetti (2014-2017, J.-N. Roux/A. Fall, Ifsttar), J. Fusier (2013-2016, X. Chateau/J. Goyon, Lafarge), F. Gorlier (2014-2017,

O. Pitois/Y. Khidas, ANR ProMAP / ENPC), Y. Timounay (2013-2016, F. Rouyer/E. Lorenceau, Ifsttar), Jules Thiery (2013-2016, P.

Coussot, ENPC/Harvard), M. Goavec (2015-2018, P. Coussot, Labex MMCD), J. Moreno-Juez (2014-2017, B. Cazacliu/Artoni R./ Roquet

N., Ifsttar), A. Neveu (2013-2016 P. Richard/R. Artoni, Ifsttar), X. Zhang (2015-2018, P. Coussot/E. Lorenceau, Labex MMCD), O. Fadoul

(2015-2018, P. Coussot, Banque Islamique de Développement), I. Maimouni (2013-2016, P. Coussot, Schlumberger), F. Bonaci (2016-

2019, X. Chateau/T. Bourouina, Labex MMCD), N. Ducoulombier (2016-2019, J.-F. Caron, Labex MMCD), N. Ouhbi (2014-2017, J.-N.

Roux, SNCF)

Collaborations extérieures : R. Delannay et A. Valance (IPR, Université de Rennes 1), A. Santomaso (Université de Padoue, Italie), T.

Bourouina et P. Basset (Esycom, UPEM), H. Talbot (LIGM, UPEM), D. Weitz (Havard University, Etats Unis), E. Ando (3SR, Grenoble), M.

Ghadiri (Univsersity of Leeds), L. Tavares (Université Fédérale de Rio de Janeiro, Brésil), M. Ferrari (LEMTA, Nancy), O. Le Corre

(GEPEA, Ecole des Mines de Nantes), J. Havlica (Académie des Sciences de la République Tchèque), C. Voivret et J.-F. Ferellec (SNCF),

Chercheurs impliqués