Thèse Etude des Mécanismes d'Arrachement des Parements de Bétons Bas Carbone H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université d'Orléans École doctorale : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU Laboratoire de recherche : LaMé - Laboratoire de Mécanique Gabriel Lamé Direction de la thèse : Sébastien REMOND ORCID 0000000177009319 Début de la thèse : 2027-02-01 Date limite de candidature : 2026-11-25T23:59:59 Dans le contexte actuel de la transition écologique, la réduction de l'empreinte carbone des matériaux de construction constitue un enjeu majeur. Cette évolution se traduit notamment par le développement et l'adoption croissante de bétons à empreinte carbone réduite. Cependant, l'utilisation de ces nouveaux bétons s'accompagne d'une augmentation du phénomène d'arrachement de béton sur le parement des ouvrages lors du décoffrage, en particulier en période hivernale. Ces défauts non contrôlés nécessitent donc des réparations qui engendrent des coûts supplémentaires et peuvent augmenter les délais d'exécution des travaux.
L'arrachement des parements lors du décoffrage résulte d'un déséquilibre entre la résistance superficielle du béton au jeune âge et les contraintes générées à l'interface béton-coffrage lors du décoffrage. Les modifications de la microstructure et de la cinétique d'hydratation induites par les formulations bas carbone influencent directement ce phénomène. Par ailleurs, la nature des huiles de démoulage, leur méthode d'application ainsi que les conditions de température restent des facteurs déterminants dans son apparition.

Ce travail de thèse vise à étudier le phénomène afin d'apporter des solutions concrètes et durables pour le réduire significativement voire l'éliminer complètement. Plus particulièrement, le travail de thèse aura les objectifs suivants :
- Identifier les paramètres de mise en oeuvre, environnementaux, et matériaux influençant l'apparition de l'arrachement des parements
- Mettre au point un dispositif d'essai permettant de reproduire et de mesurer au laboratoire l'arrachement sur les parements
- Identifier, caractériser et modéliser les mécanismes prépondérants responsables de l'apparition de l'arrachement des parements lors du décoffrage
- Proposer des recommandations permettant de limiter ou prévenir l'apparition du phénomène sur chantier

Cette étude sera majoritairement expérimentale. Toutefois elle pourra s'appuyer sur des travaux analytiques/numériques pour aider à la compréhension et à la modélisation des mécanismes mis en jeu.


Dans le contexte actuel de la transition écologique, la réduction de l'empreinte carbone des matériaux de construction constitue un enjeu majeur. Cette évolution se traduit notamment par le développement et l'adoption croissante de bétons à empreinte carbone réduite. Cependant, l'utilisation de ces nouveaux bétons s'accompagne d'une augmentation du phénomène d'arrachement de béton sur le parement des ouvrages lors du décoffrage, en particulier en période hivernale. Ces défauts non contrôlés nécessitent donc des réparations qui engendrent des coûts supplémentaires et peuvent augmenter les délais d'exécution des travaux. Ce travail de thèse vise à étudier le phénomène afin d'apporter des solutions concrètes et durables pour le réduire significativement voire l'éliminer complètement. Les principaux objectifs de ce projet de thèse sont de :
- Identifier les paramètres de mise en oeuvre, environnementaux, et matériaux influençant l'apparition de l'arrachement des parements.
- Mettre au point un dispositif d'essai permettant de reproduire et de mesurer au laboratoire l'arrachement sur les parements.
- Identifier, caractériser et modéliser les mécanismes prépondérants responsables de l'apparition de l'arrachement des parements lors du décoffrage.
- Proposer des recommandations permettant de limiter ou prévenir l'apparition du phénomène sur chantier. Cette étude sera majoritairement expérimentale. Toutefois elle pourra s'appuyer sur des travaux analytiques/numériques pour aider à la compréhension et à la modélisation des mécanismes mis en jeu.
La première phase du projet consiste à identifier un ou deux sites sur lesquels il se produit régulièrement de l'arrachement. Cette phase vise à recueillir le plus grand nombre possible de données relatives au phénomène d'arrachement afin d'en réaliser une analyse approfondie et d'orienter les travaux expérimentaux ultérieurs.
Les données collectées concerneront notamment les modalités de mise en oeuvre des banches sur chantier, les matériaux utilisés et leurs caractéristiques avant et après décoffrage, les procédures de nettoyage et de préparation des banches, les conditions de coulage du béton, ainsi que les conditions et les modalités de décoffrage.
En complément des paramètres environnementaux, une analyse du phénomène d'arrachement sera réalisée à partir des photographies des surfaces affectées.
L'ensemble de ces données permettra de documenter le phénomène d'arrachement et d'avoir une base d'informations fiable pour son étude. Cette campagne de mesure vise à identifier les conditions favorisant ou limitant l'apparition de l'arrachement.
La deuxième phase consiste à mettre au point un dispositif d'essai facile à utiliser au laboratoire et permettant de reproduire l'arrachement tout en restant le plus fidèle possible aux conditions de chantier. Grâce à la collaboration entre Chryso France et Spie Batignolles, dans le cadre d'un stage financé par la Chaire Ingénierie Des Bétons et traitant du sujet d'arrachement, un dispositif d'essai a été mis en place. Ce dispositif pourra être modifié et adapté pour travailler sur des formulations de chantier.
Afin de vérifier la représentativité de notre dispositif, il sera nécessaire de réaliser des essais au laboratoire, de comparer les résultats obtenus avec les résultats et observations recueillis sur chantier. Cette comparaison permettra également d'évaluer sa capacité à reproduire l'arrachement. Par ailleurs les moules utilisés pour la mise en oeuvre du béton peuvent être modulables ou de différentes dimensions afin de pouvoir travailler sur plusieurs types de formulation.
La troisième phase vise à comprendre les mécanismes d'arrachement au moyen d'une étude paramétrique. Les essais seront réalisés à partir d'une formulation retenue au regard des observations et des données de chantier. Une analyse des faciès arrachés sera menée à l'issue de chaque essai. Elle comprendra la quantification de l'arrachement à l'aide d'un indicateur surfacique, correspondant au ratio entre la surface arrachée et la surface totale du parement, déterminé par analyse d'images. Cette caractérisation sera complétée par la mesure de la masse de matériau détaché et l'observation de la morphologie des zones de rupture (présence de granulats, aspect des surfaces rompues et répartition spatiale des arrachements). Cette partie pourra, dans la mesure du possible, être appuyée par une simulation numérique simplifiée permettant d'étudier l'effet des granulats et de leur proximité avec la surface coffrante (outils d'aide à la compréhension). Par ailleurs, quelques essais sur mortier seront également réalisés afin d'isoler et de caractériser l'influence des granulats sur les mécanismes d'arrachement.
Plusieurs options supplémentaires restent à explorer pour la compréhension et la caractérisation de l'arrachement :
- Etude maturométrique du béton en amont de la campagne expérimentale et mesure systématique de la température du béton dans le dispositif expérimental afin de corréler l'apparition des arrachements à la résistance au jeune âge du matériau. Ces mesures seront complétées périodiquement par des mesures de résistance du béton à l'échéance du démoulage.
- Une étude de l'évolution de la résistance du béton en fonction de la profondeur (le coeur du béton étant différent de la peau de béton).
- Une analyse des surfaces défectueuses à différentes échelles afin d'évaluer l'implication potentielle de l'interface granulat-pâte de ciment (ITZ) dans le phénomène d'arrachement.
A l'issue de ces investigations et, si nécessaire, le nombre de paramètres pourra être réduit afin de mener une étude rigoureuse et fiable, compatible avec la durée de trois ans de la thèse. A ce stade, les travaux se concentreront sur la variation contrôlée de plusieurs facteurs, parmi lesquels la formulation et le type d'agent de démoulage constituent les paramètres prioritaires. L'identification et la hiérarchisation des paramètres les plus influents permettront de mettre en évidence les mécanismes prépondérants à l'origine du phénomène d'arrachement et de proposer des recommandations pertinentes pour limiter les arrachements dans les situations de chantier.

Le candidat recherché sera diplômé d'un master ou d'une école d'ingénieur en génie civil ou matériaux. Il devra posséder une forte appétence pour le travail expérimental et devra avoir une expérience de la recherche en génie civil et/ou matériau (stage de master 2). Il devra également montrer un intérêt pour les travaux de modélisation et de simulation numérique.