Panneaux sandwichs légers, isolants et résistant au feu pour la construction durable, combinant matrice cimentaire textile et béton léger

Le béton demeure le matériau de construction le plus utilisé au monde, mais il contribue fortement aux émissions globales de CO2, ce qui rend indispensable le développement d'alternatives durables. Parallèlement, le secteur de la construction recourt de plus en plus aux panneaux sandwich isolants préfabriqués, appréciés pour leur efficacité et leur modularité. Les systèmes conventionnels se composent généralement de parements en béton armé associés à un cœur en mousse isolante, mais ils présentent plusieurs limites : forte consommation de ciment, masse élevée, recyclabilité réduite et vulnérabilité au feu du cœur, avec émission de fumées toxiques. Pour répondre à ces enjeux, cette thèse explore une solution innovante : des panneaux sandwich constitués de parements minces en composite cimentaire textile (TRC) et d'un cœur en béton léger, visant à concilier performance mécanique, résistance thermique, durabilité et sécurité incendie. Ce travail s'est articulé autour de trois objectifs principaux, portant à la fois sur le comportement à température ambiante et sur les performances résiduelles après chauffage, et couvrant les échelles du matériau à la structure : (i) le développement et la caractérisation d'un béton très léger (VLWC), (ii) l'étude expérimentale du comportement en traction de deux compositions distinctes de TRC, et (iii) l'évaluation du comportement en flexion de poutres sandwich TRC-VLWC, en considérant le rôle des connecteurs et la préparation de l'interface peaux-cœur. Une nouvelle classe de bétons de granulats légers, le VLWC, a été formulée exclusivement à partir de granulats d'argile expansée. Ces bétons ont atteint des masses volumiques sèches de 1000 et 1200 kg/m3, associées à des résistances en compression de 14 et 22 MPa, et à des conductivités thermiques de 0,33 et 0,42 W/m·K. Après exposition jusqu'à 600°C, le VLWC a présenté une augmentation de porosité et une réduction de la résistance en compression, tout en conservant un comportement en traction relatif supérieur à celui d'un béton standard. L'analyse par émission acoustique a révélé des signes précoces de dommages irréversibles dans le domaine élastique dès 150°C. Deux types de TRC ont ensuite été comparés après exposition à haute température : l'un renforcé par des fibres de verre alkali-résistantes (AR) avec ensimage SBR, l'autre par des fibres de carbone non ensimées. Les composites à fibres de verre-AR ensimées ont montré une résistance initiale plus élevée, mais ont rapidement perdu leurs performances au-delà de 300°C, en raison de la décomposition de l'ensimage, conduisant à une rupture fragile. À l'inverse, les composites à fibres de carbone ont conservé un comportement stable avec fissuration multiple jusqu'à 450°C et ont préservé environ 75% de leur capacité en traction à 300°C, confirmant leur meilleur comportement à haute température. Enfin, le comportement en flexion de poutres sandwich TRC-VLWC a été étudié à température ambiante et après exposition thermique, avec une attention particulière portée aux stratégies de connexion et au traitement de l'interface cœur-peaux. La qualité de l'interface et la conception des connecteurs se sont révélées déterminantes. Le traitement de surface a amélioré l'adhésion, tandis que les connecteurs en treillis continus ont permis d'obtenir une réponse plus ductile, assurant le maintien de l'action composite après chauffage. Après chauffage, les modes de rupture ont évolué vers le cisaillement et l'écrasement du cœur, tout en conservant une ductilité accrue.Dans l'ensemble, cette étude met en évidence le potentiel des systèmes sandwich TRC-VLWC en tant qu'éléments structuraux durables et résistants au feu. Elle identifie les paramètres essentiels gouvernant leurs performances : formulation du VLWC, type de fibres textiles dans les parements TRC et stratégie de connexion, et fournit une base solide pour de futures optimisations et modélisations numériques en vue d'applications à plus grande échelle.