This paper investigates the properties and durability of cementitious composites incorporating solid-solid phase change materials (SS-PCM), an innovative heat storage material. Mortars with varying SS-PCM contents (0%, 5%, 10%, 15%) were formulated and characterized for rheological, structural, mechanical, and thermal properties. Durability assessment focused on volume stability (shrinkage), chemical stability (carbonation), and mechanical stability (over thermal cycles). Mortars with SS-PCM exhibited significant porosity and decreased mechanical strength with higher SS-PCM content. However, thermal insulation capacity increased proportionally. Notably, the material’s shrinkage resistance rose with SS-PCM content, mitigating cracking issues. Despite faster carbonation kinetics in SS-PCM mortars, attributed to high porosity, carbonation appeared to enhance long-term mechanical performance by increasing compressive strength. Additionally, SS-PCM composites demonstrated superior stability over thermal cycles compared to reference mortars.

De nos jours, la problématique environnementale est un enjeu majeur pour l'ensemble des secteurs économiques liés à l'activité humaine. Le secteur du Bâtiment, conscient de son impact, notamment au cours de la phase fabrication des matériaux et produits, développe de nouvelles solutions, notamment le remplacement du ciment par de nouveaux liants, obtenus par activation alcaline de matériaux naturels ou à recycler. Ce projet s'inscrit dans cette démarche et porte sur l'étude de matériaux, à impact environnemental réduit, obtenus à partir de composés calcaires et siliceux activés par l'hydroxyde de sodium. L'objectif de cette thèse est d'approfondir les connaissances sur la réactivité de ces composés, ainsi que sur la nature des produits de cette réaction. L'influence de différents paramètres de formulation et de cure sur les propriétés physico-mécaniques de ces nouveaux matériaux a été précisément étudiée afin de pouvoir obtenir une formulation optimisée, avec des propriétés satisfaisantes à l'état frais et durci, pouvant être utilisée comme nouveau matériau de construction en environnement sec en substitution aux matériaux cimentaires classiques analogues. Afin d'y parvenir, une campagne expérimentale été menée sur des mortiers et pâtes équivalentes dans deux types de systèmes : calcaire/hydroxyde de sodium et calcaire/verre recyclé/ hydroxyde de sodium. Les processus réactionnels mis en jeu ont été déterminés grâce au couplage du suivi de la chaleur d'hydratation avec des analyses par spectrométrie infrarouge. L'identification des produits de réaction a pu être obtenue, par diverses analyses physico-chimiques (FTIR, DRX, ATG-ATD, MEB-EDX). Une étude paramétrique a également permis de proposer des formulations optimisées.Dans le système calcaire/hydroxyde de sodium, il a été possible de proposer une méthodologie de quantification fiable et reproductible qui a permis de réaliser une simulation thermodynamique (Logiciel GEMS) pouvant prédire la composition en hydrates des mortiers en fonction de différents paramètres, validant les choix expérimentaux retenus. La formulation optimisée présent un impact environnemental réduit, par rapport à des matériaux de construction actuellement utilisés. Du fait de dissolution dans l'eau des produits de la réaction, un composé siliceux, issu du recyclage de bouteilles de verre, a été introduit (deuxième système : calcaire/verre recyclé/soude) afin de favoriser la formation de phases silicatées peu sensibles aux environnements humides. Cet ajout entraine des changements dans le comportement des mortiers à l'état frais comme durci ainsi qu'au niveau du processus réactionnel du fait de la formation d'une nouvelle phase amorphe, hydratée et de type gel silicaté incorporant différents cations. Sa présence permet, en environnement humide agressif, de maintenir une certaine cohésion, de conserver les capacités liantes de la pâte et donc les résistances mécaniques ainsi que de limiter le gonflement des mortiers.