Transformer les terres excavées en ressources pour les bétons bas-carbone : Etude des interactions physico-chimiques et de la compatibilité entre terres excavées et les ressources secondaires du BTP avec les ciments à empreinte carbone réduite et les adju

La valorisation des terres excavées et des déchets inertes du BTP constitue un levier important pour réduire l'empreinte carbone du secteur de la construction et limiter la consommation de ressources naturelles.
Les terres excavées, les déblais, les granulats issus de bétons de démolition, les fines recyclées, les sables et gravillons recyclés, les déchets de briques de terre cuite ainsi que les mélanges de déchets inertes représentent des ressources secondaires prometteuses pour la formulation de bétons bas-carbone.
Toutefois, leur utilisation reste limitée par leur forte variabilité, leur hétérogénéité et les incertitudes liées à leur comportement au contact des liants cimentaires et des adjuvants. Cette thèse porte sur l'étude de la compatibilité physico-chimique entre les terres excavées, les ressources alternatives du BTP, les ciments bas-carbone et les systèmes d'adjuvants utilisés dans les bétons.

L'objectif est de mieux comprendre les mécanismes d'interaction entre ces différents constituants afin d'identifier les paramètres clés permettant de formuler des bétons performants, durables et adaptés aux contraintes de mise en œuvre sur chantier.
Une attention particulière sera portée à l'influence des terres excavées et des matériaux recyclés sur la demande en eau, la rhéologie, la stabilité de l'ouvrabilité, la cinétique d'hydratation, la prise, les résistances mécaniques et les indicateurs de durabilité.

Cette thèse visera également à développer des méthodes rapides et opérationnelles permettant d'évaluer la compatibilité entre les terres excavées, les ressources secondaires, les liants cimentaires et les adjuvants.

Ces outils devront faciliter le choix des combinaisons les plus pertinentes et sécuriser l'utilisation de terres excavées et de matériaux recyclés variables selon les gisements.

Ce projet de thèse abordera les approches scientifiques suivantes :

• La caractérisation représentative de plusieurs gisements de terres excavées et de ressources secondaires issues du BTP afin d'évaluer leur potentiel de valorisation dans les bétons bas-carbone.
• L'étude des interactions physico-chimiques entre les terres excavées, les liants cimentaires et les superplastifiants, ainsi que de leur influence sur les mécanismes d'hydratation.
• L'analyse des interactions entre matériaux recyclés, ciments bas-carbone et additions minérales.
• L'identification des paramètres gouvernant la réactivité et la compatibilité des terres excavées avec les ciments à empreinte carbone réduite, les additions minérales et les différents systèmes d'adjuvants.
• Le développement de méthodes rapides, robustes et opérationnelles permettant d'évaluer la compatibilité entre terres excavées, ressources secondaires, liants bas-carbone et adjuvants, en vue d'une aide à la formulation.
• L'établissement de recommandations scientifiques et techniques pour sécuriser la valorisation des terres excavées et des ressources secondaires dans les bétons bas-carbone et favoriser leur déploiement à l'échelle industrielle.
À terme, cette recherche contribuera à lever les verrous liés à l'intégration de terres excavées dans les bétons bas-carbone. Elle permettra de proposer une méthodologie fiable de caractérisation, de compatibilité et de formulation, en faveur d'une utilisation maîtrisée, durable et opérationnelle de ces ressources secondaires dans le secteur de la construction.
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The recovery and reuse of excavated soils and inert construction and demolition waste is an important way to reduce the carbon footprint of the construction sector and limit the use of natural resources.

Excavated soils, earthworks materials, recycled concrete aggregates, recycled fines, recycled sands and gravels, crushed clay brick waste, and mixed inert construction waste are all promising secondary resources for the production of low-carbon concrete.

However, their use is still limited by their high variability, heterogeneity, and by uncertainties regarding their behaviour when combined with cementitious binders and admixtures. This PhD project will focus on the physicochemical compatibility between excavated soils, alternative construction resources, low-carbon cements, and admixture systems used in concrete.

The main objective is to better understand the interaction mechanisms between these different constituents in order to identify the key parameters needed to design concrete mixes that are performant, durable, and suitable for practical implementation on construction sites.

Particular attention will be paid to the influence of excavated soils and recycled materials on water demand, rheology, workability retention, hydration kinetics, setting time, mechanical strength, and durability indicators.

The PhD will also aim to develop rapid and practical methods to assess the compatibility between excavated soils, secondary resources, cementitious binders, and admixtures.

These tools should help identify the most relevant material combinations and support the safe use of excavated soils and recycled materials, despite their variability from one source to another.

This PhD project will address the following scientific approaches:

• Representative characterization of several sources of excavated soils and secondary construction materials in order to assess their potential for use in low-carbon concrete.

• Study of the physicochemical interactions between excavated soils, cementitious binders, and superplasticizers, as well as their influence on hydration mechanisms.

• Analysis of the interactions between recycled materials, low-carbon cements, and mineral additions.

• Identification of the parameters governing the reactivity and compatibility of excavated soils with low-carbon cements, mineral additions, and different admixture systems.

• Development of rapid, robust, and practical methods to assess compatibility between excavated soils, secondary resources, low-carbon binders, and admixtures, with the aim of supporting concrete mix design.

• Definition of scientific and technical recommendations to secure the use of excavated soils and secondary resources in low-carbon concrete and promote their deployment at industrial scale.

In the long term, this research will help overcome the barriers limiting the incorporation of excavated soils into low-carbon concrete. It will provide a reliable methodology for characterization, compatibility assessment, and mix design, supporting the controlled, sustainable, and practical use of these secondary resources in the construction sector.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Financement d'un établissement public Français

IMT Nord Europe

632 ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes

• Diplôme de Master 2 ou d'ingénieur en génie civil, géomécanique, géo-matériaux, ou disciplines connexes • Expérience préalable en recherche expérimentale (stage de niveau M2 minimum) • Goût prononcé pour les matériaux de construction et les travaux de laboratoire • Autonomie, rigueur scientifique, curiosité, esprit d'équipe et bonnes aptitudes relationnelles • La thèse sera majoritairement expérimentale, avec une composante d'analyse fine des matériaux
• Master's degree or engineering degree in civil engineering, geomechanics, geomaterials, or related fields • Previous experience in experimental research, at least through a Master's-level internship • Strong interest in construction materials and laboratory work • Autonomy, scientific rigour, curiosity, team spirit, and good interpersonal skills • The PhD project will be mainly experimental, with a strong focus on detailed material analysis