Soutenance de thèse de Janette Ayoub
Janette Ayoub soutiendra sa thèse de doctorat intitulée “Étude de l’impact de la biomasse sur les matériaux cimentaires en assainissement par analyses micro-Raman” le vendredi 3 octobre 2025 à 14h00 à l'Amphithéâtre Bienvenüe – Bâtiment Bienvenüe (Université Gustave Eiffel).
Composition du jury :
- Pr Richard GAGNÉ (Uinversité de Sherbrooke, Canada), Rapporteur
- Pr Ludovic BELLOT-GURLET (Sorbonne Université), Rapporteur
- Pr Alexandra BERTRON (INSA Toulouse), Examinatrice
- Dr Maggy COLAS (Université de Limoges, France), Examinatrice
- Dr. Jeon-Woong KANG (Massachusetts Institute of Technology (MIT), USA), Examinateur
- Dr. Ana CRESPO-IBANEZ (Institute for the Structure of Matter (IEM–CSIC), Espagne), Invitée
- Dr. Tony PONS (Université Gustave Eiffel, MAST), Encadrant
- Dr. Marielle GUEGUEN-MINERBE (Université Gustave Eiffel, MAST), Co-directrice de thèse
- Dr. Mario MARCHETTI (Université Gustave Eiffel, MAST), Co-directeur de thèse
Résumé :
La détérioration des ouvrages d’assainissement par l’acide sulfurique biogénique constitue une menace majeure pour la durabilité du béton constitutif de ces infrastructures. Ce phénomène résulte de l’oxydation microbienne du sulfure d’hydrogène (H2S) en acide sulfurique, lequel attaque agressivement la matrice cimentaire, entraînant la précipitation de minéraux sulfatés expansifs tels que le gypse et l’ettringite. Cette thèse s’attache à étudier les mécanismes de dégradation de différents matériaux cimentaires soumis à des conditions d’exposition modérées ou sévères en H2S.
Grâce à une approche analytique multi-échelle, ce travail établit des corrélations entre des indicateurs macroscopiques (perte de masse, baisse du pH, variations dimensionnelles) et des transformations microstructurales et minéralogiques. Un apport original de cette étude réside dans l’utilisation de la cartographie spectroscopique micro-Raman à haute résolution, couplée à des analyses chimiométriques (ACP, MCR-ALS), ainsi qu’à des techniques analytiques conventionnelles comme le MEB-EDS, pour localiser précisément les zones altérées.
La première partie du manuscrit propose une revue des mécanismes chimiques et microbiologiques de dégradation, des facteurs d’exposition (concentration en H2S, humidité, biofilms), des stratégies de mitigation (liants résistants aux acides), et des applications de la spectroscopie Raman à la chimie des ciments.
Des études de terrain menées sur le long terme (~4 ans) et portant sur quelques formulations, dans des environnements faiblement (~1–2 ppm) et fortement (~14 ppm) concentrés en H2S, ont révélé que même une exposition modérée induit des transformations minéralogiques significatives, en l'absence de signes visibles de dégradation. Sous conditions sévères, des croûtes massives de gypse, d’ettringite ainsi que différents polymorphes de carbonate de calcium (CaCO3) ont été identifiés pour l’ensemble des formulations étudiées. En complément, des phases secondaires telles que l’hydroxyde d’aluminium (Al(OH)3), spécifiques aux matrices CAC, ont également été observées. Le ciment d’aluminate de calcium (CAC) s’est montré systématiquement plus résistant que les ciments Portland, présentant une zone d’altération plus mince et une meilleure conservation de la matrice.
Un test accéléré in vivo a été développé, exposant des échantillons à une concentration contrôlée de ~250 ppm de H2S dans un bioréacteur. Ce protocole a reproduit, en 180 jours, des altérations comparables à celles observées après plusieurs années d’exposition réelle, validant ainsi sa représentativité et sa pertinence prédictive. Les cartographies micro-Raman ont permis de détecter précocement les premières phases de transformation.
Dans l’ensemble, cette thèse apporte un éclairage nouveau sur la biodétérioration induite par l’acide sulfurique biogénique, et souligne le rôle central de la composition du liant. L’intégration de l’imagerie micro-Raman et des outils chimiométriques a permis une identification détaillée des phases minérales avec une lecture spatiale enrichie. Ces avancées offrent à la fois des contributions scientifiques fondamentales et des outils pratiques pour le développement d’infrastructures d’assainissement plus durables.