Soutenance mémoire
Dans le contexte actuel d’accroissement de la population mondiale, il est nécessaire de construire d’avantage d’infrastructures pour répondre à une pression industrielle grandissante. Ces constructions se font sur la mer et participent au phénomène de littoralisation. Le béton est le matériau qui est majoritairement utilisé pour ce type d’infrastructures, qui peuvent êtredes ports, des digues ou encore des brise-lames. L’eau de mer est connue pour être un milieu particulièrement agressif vis-à-vis des matériaux cimentaires ; des dégradations physiques, chimiques et biologiques sont observées dans le temps. Les dégradations physiques et chimiques comme l’effet de la houle sur le matériau ou l’impact de la composition chimique de l’eau de mer sur la matrice cimentaire sont bien documentées et comprises par la communauté scientifique. Les dégradations d’origine biologique proviennent essentiellement de l’activité des organismes marins qui colonisent peu à peu la surface du matériau cimentaire. A long terme, leur activité peut avoir des conséquences sur l’esthétisme, les performances mécaniques ainsi que la durabilité du matériau. Ce phénomène est connu sous le nom de biodétérioration. Ces dégradations sont actuellement peu voire pas étudiées.
Enjeu de la biodiversité
Les littoraux sont des zones particulièrement attractives pour les hommes et favorables pour leurs activités. Du fait de la mondialisation, l’attractivité des littoraux s’est accentuée depuis le XXème siècle ; l’IUCN (International Union for Conservation of Nature) estime qu’actuellement 60% de la population mondiale vit dans une grande zone côtière, c’est-àdire à moins de 150 km du rivage (Observatoire du littoral et al., 2008). En France, le littoral représente 4% du territoire et accueille un peu plus de 10% de la population (Zaninetti, 2006). Cet afflux de populations en bord de mer porte le nom de « littoralisation » et mène à une artificialisation toujours plus importante des littoraux . Selon l’(Observatoire du littoral et al., 2008), 5 à 10 km de côtes sont touchées ou détruites tous les jours par ce phénomène.
Chaque année, l’urbanisation du bord de mer augmente de ʹ,6%, portant le nombre de villes côtières de 412 en 1950 à 2129 en 2015 (Rangel-Buitrago et al., 2017). La pression concernant la construction des logements est 2,5 fois plus importante en bord de mer en comparaison à la moyenne métropolitaine. l’augmentation du nombre de maisons (principales ou secondaires) construites entre 2000 et 2009 : les côtes méditerranéennes et atlantiques sont les plus touchées. En effet, le littoral méditerranéen est celui qui attire le plus, suivi du littoral atlantique puis du littoral de la Manche.
Le tourisme est bien entendu lui aussi bénéficiaire de la littoralisation des côtes. Le nombre de résidences secondaires, d’hôtels ou d’aménagements de loisir a également augmenté durant ces dernières années. Les villes de bord de mer possèdent pour la plupart des ports et des infrastructures, permettant d’exercer une activité de pêche artisanale ou industrielle mais aussi d’échanger avec le monde entier. Pour cela, il a été nécessaire de construire des structures pour effectuer ces activités, stocker les produits ainsi que les bateaux.
Pour gagner de la place, les constructions avancent alors sur la mer par l’intermédiaire de polders ( assèchement d’un terrain situé sous le niveau de la mer) ou de terre-pleins (gain de terre obtenu par remblaiement au-dessus du niveau de la mer).
Le réchauffement climatique joue également un rôle non négligeable dans le phénomène d’artificialisation des littoraux. En raison de la montée des eaux, les côtes sont de plus en plus sujettes à des épisodes de crues et d’érosion. Pour protéger les populations vivant en bord de mer, il a été nécessaire d’ériger des protections telles que des brise-lames ou des digues .
Conséquences de l’urbanisation sur le milieu marin
L’urbanisation croissante des littoraux a inévitablement des conséquences sur le milieu marin. Tout d’abord, d’après (Morvan, 1984), en raison de l’extraction de matières premières nécessaires pour le domaine de la construction, ainsi que l’édification de ports qui modifient le transport des sédiments, les côtes sont de plus en plus soumises au phénomène d’érosion .
De plus, la construction massive d’infrastructures engendre la destruction des écosystèmes marins, amenuisant ainsi toute la biodiversité d’un lieu (Liziard, 2013; Robert, 2009). Les milieux marins sont donc fragilisés par la création de zones artificielles pauvres en biodiversité. Le béton est le matériau majoritairement utilisé dans le cadre de ces constructions, en raison de son excellente résistance à l’eau de mer, de son faible coût de production, de sa facilité de mise en œuvre ou encore de la disponibilité des matières premières partout dans le monde (Mehta, 1991).
RAPPEL DES CONNAISSANCES
Matériaux cimentaires
Un matériau cimentaire peut être défini comme un matériau fabriqué à base d’un mélange de ciment et d’eau. L’ajout de granulats permet de fabriquer un mortier (ajout de sable) ou un béton (ajout de sable, gravillons et gravier) .
Ciment
Fabrication du ciment
Le ciment Portland (Ordinary Portland Cement – OPC) est le principal liant hydraulique utilisé pour la construction d’infrastructures marines. Il est fabriqué à partir d’un cru de ciment (mélange issu d’un premier broyage) contenant du calcaire ainsi que de l’argile. Ce cru est ensuite porté à haute température (1450°C) dans un four. Après refroidissement, le clinker Portland est obtenu. Il est constitué en majorité d’oxyde de calcium (CaO) mais contient également du dioxyde de silicium (SiO2), de l’oxyde d’aluminium (Al2O3) ainsi que des constituants secondaires en très faibles quantités. La composition moyenne du clinker de ciment Portland est donnée ci-dessous . La notation utilisée a été détaillée en début de manuscrit.
Il est également possible d’y ajouter d’autres constituants tels que des fillers ou des cendres volantes qui permettront de modifier les caractéristiques physiques ou chimiques du ciment obtenu.
Hydratation du ciment
Afin de mieux comprendre le comportement des matériaux cimentaires dans la suite de cette thèse, il est indispensable d’avoir une vue d’ensemble des différentes réactions chimiques qui ont lieu lors de l’hydratation du ciment. Cette partie repose sur les connaissances issues de l’ouvrage d’(Ollivier et Vichot, 2008). Tout d’abord, en chimie des ciments, une nomenclature différente est utilisée pour écrire les transformations chimiques. Par la suite, la notation cimentaire sera utilisée.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Introduction
1. Contexte
1.1. Enjeu de la biodiversité
1.2. Conséquences de l’urbanisation sur le milieu marin
2. Rappel des connaissances
2.1. Matériaux cimentaires
2.1.1. Ciment
2.1.1.1. Fabrication du ciment
2.1.1.2. Hydratation du ciment
2.1.2. Sable
2.1.3. Eau
2.2. Biologie marine
2.2.1. Composition de l’eau de mer
2.2.2. Diatomées
2.2.2.1. Généralités
2.2.2.2. Le frustule
2.2.2.3. Sécrétion d’exopolysaccharides
2.2.3. Photosynthès
2.2.4. Cylindrotheca closterium
2.2.5. Biofilm
2.2.5.1. Création d’un film primaire
2.2.5.2. Transport
2.2.5.3. Adhésion
2.2.5.4. Maturation
2.2.5.5. Détachement
3. Mécanismes d’interactions matériaux cimentaires – eau de mer – microorganismes
3.1. Interactions chimiques
3.1.1. Ions chlorures et sulfates
3.1.2. Dioxyde de carbone
3.1.3. Lixiviation
3.2. Interactions physiques
3.3. Interactions biologiques
3.3.1. Facteurs environnementaux externes
3.3.2. Facteurs internes aux matériaux cimentaires
4. Conséquences de la colonisation sur les ouvrages cimentaires
4.1. Biodétérioration
4.2. Bioprotection
Conclusion
CONCLUSION
