Étude de la microstructure des composites bois/ciment par relaxométrie RMN du proton

N° d’ordre : 3827
THÈSE
EN COTUTELLE
Entre
L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1
ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES PHYSIQUES ET DE L’INGÉNIEUR
Et
L’UNIVERSITÉ de YAOUNDÉ I
Présentée à
L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1
Par
CHEUMANI YONA Arnaud Maxime
POUR OBTENIR LE GRADE DE
DOCTEUR
Spécialité : SCIENCES DU BOIS
Étude de la microstructure des composites bois/ciment
par relaxométrie RMN du proton
Soutenue le 17 Juillet 2009
Après avis de :
MM. P. GÉRARDIN, Professeur, Université Henri Poincaré Nancy I Rapporteur
G.N. FOLEFOC, Associate Professor, University of Buea Rapporteur
Devant la commission d’examen formée de :
MM. S. GRELIER, Professeur, Université Bordeaux 1 Président
P. GÉRARDIN, Professeur, Université Henri Poincaré Nancy I Rapporteur
G.N. FOLEFOC, Associate Professor, University of Buea Rapporteur
M.K. NDIKONTAR, Docteur-HDR, Université de Yaoundé I Examinateur
G. SÈBE, Maître de conférences-HDR, Université Bordeaux 1 Examinateur
C. GARDRAT, Maître de conférences-HDR, Université Bordeaux 1 Examinateur
































































À mon regretté cousin Georges
À tous mes proches






3
Remerciements
Remerciements
Ce travail de thèse a été réalisé en cotutelle entre l’Université Bordeaux 1 (France) et
l’Université de Yaoundé I (Cameroun) dans le cadre du programme de formation à la
recherche de l’Agence Universitaire de la Francophonie (AUF). Je remercie l’AUF pour son
soutien financier et la gestion de ma mobilité entre ces deux sites universitaires.
Je remercie Philippe Gérardin, Professeur à l’Université Henri Poincaré- Nancy 1 (France), et
Gabriel Ngosong Folefoc, Professeur associé à l’Université de Buea (Cameroun) d’avoir
accepté de rapporter cette thèse.
J’adresse mes vifs remerciements à Stéphane Grelier, Professeur à l’Université Bordeaux 1
pour m’avoir accueilli dans le groupe lignocellulosique (ancien LCSV), pour sa gentillesse et
pour l’honneur qu’il m’a fait en présidant le jury de ma thèse.
Je voudrais exprimer toute ma gratitude à Gilles Sèbe, Maître de Conférences (HDR) à
l’Université Bordeaux 1 pour l’encadrement de cette thèse. Je lui suis particulièrement
reconnaissant pour ses conseils, ses critiques et surtout pour sa rigueur scientifique qu’il a
bien voulue partager.
Toute ma gratitude va également à l’endroit de Maurice Ndikontar, Docteur-HDR à
l’Université de Yaoundé I pour sa disponibilité et le suivi apporté à mes travaux depuis le
stage de maîtrise.
Je tiens à remercier Christian Gardrat, Maître de Conférences-HDR à l’Université Bordeaux
1 pour sa contribution scientifique et sa participation au jury de cette thèse.
Je remercie chaleureusement Bernard de Jéso, Professeur à l’Université Bordeaux 1 de
m'avoir fait découvrir les merveilles de la résonance magnétique nucléaire (RMN) et ses
applications à la caractérisation des milieux poreux. J’en profite pour remercier Jean-Claude
Lartigue et Michel Pétraud, Ingénieurs au CESAMO pour avoir toujours été disponibles pour
mes questions de RMN.
Je tiens à remercier Patrick Castéra, Directeur de l’Unité des Sciences du Bois et des
Biopolymères (USBB) à l’Université Bordeaux 1 d’avoir mis à ma disposition l’ensemble
des moyens matériels et humains nécessaire à la réalisation de ce travail. Qu’il trouve
également ici toute ma gratitude pour ses conseils et ses connaissances en mécanique des
matériaux. J’exprime par ailleurs toute ma reconnaissance aux autres membres de l’USBB en
particulier Alain Castellan, Professeur Emérite, Véronique Coma, Maître de Conférences -
5 Remerciements
HDR, Fréderic Pichavant, Patricia Grandinot, Aziz Nourmamode, Jean Michel Lasnier,
Bernard Solbes, Mélanie Bousquet, Eric Virol, Jean Marc Sibaud, Gérard Dimier, Michèle
Dupire, Philipe Taris, Michel Chassagne et Michel Ricarrere, tous du plateau technique, et
Dominique Gouzert, secrétaire à l’USBB.
Je tiens également à remercier Joseph Ngamveng Noah, Professeur à l’Université Yaoundé I
de m’avoir accepté dans le Laboratoire de Physico-chimie du Bois qu’il dirige pendant ces
années de thèse. Je remercie par ailleurs tous les enseignant-chercheurs du Département de
Chimie Inorganique de l’Université de Yaoundé I pour leurs multiples encouragements.
Je souhaite remercier Frédéric Bos, Chef du Département Génie Civil de l’UIT-Bordeaux 1
pour m’avoir permis d’utiliser le matériel du Laboratoire des matériaux pour l’élaboration
des composites, Jomaa Whabi, Professeur à l’Université Bordeaux 1 (Laboratoire TREFLE)
pour m’avoir initié à la technique de porosimètrie par intrusion du mercure (MIP) et
Elisabeth Sellier, Ingénieur au CREMEM pour les images de microscopie électronique à
balayage (MEB).
Je remercie Bollotte Begnine, Nicole Darramon et Hélène Cicré des Ciments Calcia de
m’avoir gracieusement fourni des échantillons de ciments.
Je remercie les stagiaires Lara Boulesteix et Aude Plana pour leur contribution à
l’avancement de mon programme de manipulation.
Je salue mes collègues doctorants Rodrigue Safou, Philippe Tingaut, Rachid Belalia, Marcel
Medzegue, Emmanuel Cazeils, Nicolas Bordenave, Elise Portes, Mohamed Jebrane, Thibaud
Surini, Dethan Thibaut, Ryki Betoko et Chantal Koffi. Merci pour les moments de
convivialité que nous avons partagés au cours de ces années.
Je termine par ma famille et mes amis. Vous êtes tellement nombreux à m’avoir soutenu et
encouragé depuis mes débuts à l’université (ah! l’université et ses galères). Mille mercis à
tous.
6 Table des matières
Table des matières

Introduction Générale .................................................................................................... 13

Chapitre 1 : Revue bibliographique .......................................................................... 15

1. Le ciment......................................................................................................................... 15
1.1. Généralités................................................................................................................ 15
1.1.1. Le clinker........................................................................................................... 15
1.1.2. Le ciment Portland ............................................................................................ 16
1.2. Hydratation du ciment Portland ............................................................................... 17
1.2.1. Évolution chimique ........................................................................................... 17
1.2.1.1. Principaux produits de l’hydratation.......................................................... 17
1.2.1.2. Cinétique de l’hydratation.......................................................................... 20
1.2.2. Évolution mécanique : prise et durcissement.................................................... 23
1.2.3. Modification chimique de la cinétique d’hydratation du ciment ...................... 24
1.2.3.1. Les accélérateurs ........................................................................................ 24
1.2.3.2. Les retardateurs .......................................................................................... 25
1.3. Propriétés de la pâte de ciment durcie..................................................................... 25
1.3.1. Microstructure ................................................................................................... 25
1.3.2. États de l’eau dans la pâte de ciment................................................................. 27
1.3.3 Impac