La valorisation de matières minérales issues de sous-produits, de co-produits industriels ou de déchets est une nécessité de plus en plus forte dans notre société. Cette tendance est d’autant plus vraie dans le cadre des matériaux de construction à la vue des quantités énormes utilisées annuellement.
D’autre part, les matériaux dédiés à la construction et à la santé ont un fort potentiel d’évolution à travers des applications spécifiques conduisant à utiliser des matériaux plus performants, innovants grâce à de nouvelles fonctionnalités tout en ayant une durabilité maîtrisée.
Afin d’apporter des réponses à ces deux problématiques, la démarche scientifique de l’équipe ER2 vise à comprendre les couplages complexes (cf. figure) qui régissent les interactions entre les matériaux et leur environnement à travers une approche multi-échelle expérimentale complétée par des simulations numériques.
Cette démarche se traduit au sein de l’équipe ER2 autour de la structuration de trois thèmes majeurs :
La valorisation de matières minérales issues de déchets ou de sous-produits industriels dans les matériaux de construction est une thématique historique de l’équipe.
L’équipe a progressivement élargi son champ de compétences de la mécanique des milieux granulaires à la physico-chimie pour arriver à des aspects environnementaux et écotoxicologiques. Ce dernier aspect constitue un lien fort avec l’axe géo-environnement.
L’originalité des travaux menés repose sur une approche expérimentale partant d’essais de laboratoire et se terminant par des démonstrateurs pilotes à l’échelle 1 qui est complétée par la simulation numérique.
Les recherches menées au sein de cette équipe portent sur les matières suivantes :
- les sédiments marins et fluviaux,
- les laitiers,
- les mâchefers d’incinération d’ordures ménagères (MIDND) et les mâchefers de charbon,
- les granulats de béton recyclés (GBR),
- les ciments et céramiques.
La conception de matériaux de construction de performance repose sur la forte pluridisciplinarité de l’équipe.
Les travaux menés au sein de l’équipe ER2 se concentrent sur les aspects suivants :
- Le développement d’éco-matériaux à performances multi-physiques (physico-mécanique, thermique et acoustique) en associant des problématiques de valorisation de co-produits industriels et/ou agricoles tout en limitant l’empreinte environnementale de ces produits et en réalisant une analyse de cycle de vie (ACV).
- L’élaboration de ciments innovants à performances contrôlées afin d’améliorer les produits existants tout en réduisant leur impact sur l’environnement (émissions CO2, énergie grise,… ).
- La compréhension des interactions entre les matériaux et les organismes vivants. Les études portent sur :
- la bio-détérioration et les effets délétères que peut provoquer l’activité de certains micro-organismes sur les matériaux de construction (détérioration de mortier, colonisation de façades,…).
- la bio-cicatrisation et les perspectives d’amélioration des propriétés des matériaux grâce à la précipitation de minéraux due à l’activité bactérienne dans la porosité du matériau.
- la maîtrise de la durabilité des matériaux de construction avec notamment l’étude de la réaction alcali-silice (RAS) ainsi que l’étude des analogues naturels en particulier les phases cimentaires naturelles.
- Le développement d’une plateforme de caractérisation de la microstructure des matériaux ainsi que le développement d’appareils originaux comme l’indentation sous microscope électronique à balayage.
Dans la thématique générale «mécanique et productique des biomatériaux», les recherches portent sur l’étude, l’ingénierie et l’optimisation de biomatériaux, tant métaux et alliages que biocéramiques et depuis peu bio-polymères, pour le domaine biomédical.
Les recherches de l’ “équipe Biomatériaux Artois” portent sur l’application du génie mécanique aux biomatériaux et plus particulièrement sur l’application des technologies nouvelles, tels le LASER, le prototypage rapide et les outils numériques, à la réalisation et à l’optimisation d’implants chirurgicaux ou de gestes opératoires.
Parmi les thèmes développés, peuvent être citées :
- l’application du prototypage rapide à l’aide au diagnostic chirurgical en traumatologie,
- l’étude des biomatériaux hybrides et le développement de formes anatomiques osseuses personnalisées,
- la modélisation de l’écoulement dans une biocéramique à pores sphériques interconnectés avec application aux bioréacteurs,
- l’étude des applications aux implants de la cellulose macroporeuse,
- la conception, modélisation et réalisation d’une bio-sonde thermique pour application au domaine de la thermothérapie,
- l’optimisation d’implants chirurgicaux ou de gestes opératoires,
- la conception de boîtiers condyliens d’articulateurs par numérisation et prototypage rapide de la base crânienne avec étude comparative sur patients et application à la réalisation de prothèses dentaires en biomatériaux.
