Matériaux de Construction Prof. Karen Scrivener Laboratoire de Matériaux de Construction Section des Matériaux
Professeure Karen SCRIVENER Anglaise Diplôme - Science des Matériaux Thèse - microstructure du ciment Enseignante - chercheuse, Imperial College, Londres 1995 Lafarge, Lab. Central de Recherche plus grand groupe des Matériaux de Construction Mars 2001 EPFL MXG 233 tel 35843 Dr Amor GUIDOUM MXG 236 tel 32824 Mr Lionel SOFIA-GABRION Travaux Pratique MXH 031.2 tel 33711
4 Modules SEMESTRE D'HIVER, 14-17h Vendredi 1. Bétons, 12 semaines (4 semaines TP ou visite usine) 2. Classes de Matériaux, 2 semaines SEMESTRE D'ETE, (13-17h Vendredi) 3. Métaux, 13-15, Scrivener 4. Autres Matériaux, 15-17, Guidoum 3 semaines TP
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Aujourd'hui Objectifs du cours Orientation du sujet Considérations environnementales Introduction au Béton
Objectifs du cours comprendre les bases de la chimie, de la physique et de la microstructure qui sont responsables du comportement des matériaux de construction; sensibilisation aux questions environnementales.
Orientations du cours perspectives historiques gamme de construction perspectives économiques coûts, quantité utilisée des matériaux fonctions des matériaux de construction considérations environnementales
Perspectives historiques se loger/abriter - un des besoins fondamentaux des êtres humains Il y a 500 000 ans Il y a 500 ans ~10 ans Il y a 1 000 ans
8000 av.jc Brique en boue et argile T C 20 C 6000 Obj. En céramique briques en terre cuite 400-800 C 5000 4000 Encadrements des portes et poutres en bois Mortier pour les joints de briques en bitume Murs en briques couverts d'un enduit de gypse 140 C Aggregats et Fibres pour renforcement 3000 Objets en verre 1000 Mortier de chaux et chaux hydraulique 100 Béton à base de chaux hydraulique et roche pouzzolanique 800 1000 C 0
1793 1779 1er bâtiment Ciment "hydraulique" Eddystone lighthouse 1er pont en Fer Ironbridge 1824 Aspdin: Ciment Portland 1848 Béton armé (Monier) 1908 1936 1889 1929 Tour Eiffel 1er pont en béton armé Ciment alumineux Béton précontraint 1er barrage en béton 1980 Béton haute performance 2000 Béton ultra haute performance 1700 T C 1800 1900 1100 - - - -1400 C 2000
Les passerelles une fonction, plusieurs matériaux Le bois, original 1749, reconstruction 1904 Adapted from Engineering Materials 1: An Introduction to their properties and applications M.F. Asby and D.R.H. Jones
Les passerelles une fonction, plusieurs matériaux La pierre naturelle, 1640
La fonte,1823
Acier, début 20 ème siècle
Le béton renforcé et acier, 1960
Price vs consumption of materials Price ($/t) 10 5 10 4 10 3 10 2 Titanium Aluminium Polyamide Polethelene Steel Wood Metals Ceramics Polymers Bricks / Masonary Concrete 10 10 3 10 5 10 7 10 9 10 11 Annual production (t/yr) Source: INTRODUCTION à LA SCIENCE DES MATÉRIAUX, Mercier, Zambelli, Kurz
Considérations environnementales
Généralités Les matériaux de construction en général (à l exception de quelques métaux) ne sont: ni toxiques ni particulièrement polluants MAIS Etant donné les énormes volumes utilisés, il faut considérer leur impact sur l environnement et dans un contexte de développement durable
Considérations Disponibilité des matières 1ères Extraction des matières 1ères Energie utilisée pour la fabrication Considérations de la santé et de la sécurité Recyclabilité
COMPARATIVE ENERGY COSTS OF MATERIALS : (M J per tonne) Material MJ/kg kgco2/kg Cement 4.6 0.83 Concrete 0.95 0.13 Masonry 3.0 0.22 Wood 8.5 0.46 Wood: multilayer 15 0.81 Steel: Virgin 35 2.8 Steel: Recycled 9.5 0.43 Aluminium: virgin 218 11.46 Aluminium recycled 28.8 1.69 Glass fibre composites 100 8.1 Glass 15.7 0.85
Concrete a low energy material 400 350 400 350 litres of fuel per column m 300 200 100 60 230 energy kwh/m 300 200 100 40 190 0 Concrete Brick Steel 0 concrete PVC polyethene Energy of producing 1m of column to support 1000 tonnes Energy of producing 1m of pipe
Bétons Les matériaux les plus utiliser (>10 les autres) Matériaux fabriquer sur site
Pourquoi le matériel le plus utiliser? Disponibilité - Transportable - Constructible - Flexible - Durable - Mat. 1ère partout dans le monde faible coût énergétique poudre grise en sac ou en vrac adjoindre l eau et malaxer remplir toutes les formes avec une différence de volume très faible pour les siècles surtout résistant à l eau, barrages, tuyaux, etc et à bas prix!
Demand is forecast to rise steeply in the next decades
Composition of the earth s crust Mg K Na rest Composition of cement Mg S Na K rest Al Ca Fe O Ca O Si Si Fe Al CaO readily available from limestone