Soutenance mémoire
En France comme en Europe, les enjeux de réduction des consommations d’énergie et d’émissions de CO2 incitent le secteur de la construction en général et celui des matériaux en particulier à se tourner vers des matériaux locaux et biosourcés. Les matériaux en terre crue permettent de réduire l’empreinte environnemental des bâtiments (Achenza et Fenu, 2007; Avrami et al., 2008; Aymerich et al., 2012; Berge, 2009; H Houben et al., 2006; Minke, 2006; Röhlen et al., 2013) tout en améliorant leur confort thermique (Binici et al., 2007; Little et Morton, 2001; Papika, 2010; Reeves et al., 2006; Röhlen et al., 2013). Néanmoins, les matériaux en terre crue nécessitent davantage de caractérisation scientifique pour une meilleure reconnaissance par tous les acteurs de la construction.
Parmi les nombreux matériaux en terre crue, la bauge (terre et fibres) est assez présente en Normandie (Manche et Calvados) mais moins étudiée que le pisé, l’adobe et les briques en terre compressée (Lebas et al., 2007; Weismann et Bryce, 2010). L’objectif de cette thèse est de formuler et de caractériser les propriétés mécaniques et hygrothermiques de la bauge composés à partir de matériaux (terres et fibres) disponibles localement en Normandie.
Matériaux et construction durable
D’un point de vue impact environnemental, la consommation énergétique durant la vie d’un bâtiment dépend de différents facteurs : les matériaux de construction, la construction, l’usage, la maintenance et la démolition ou fin de vie. Actuellement, pour la plupart des bâtiments, la quasi-totalité de la consommation énergétique est liée à son exploitation (l’usage). Cependant, l’évolution des bâtiments vers les hautes performances énergétiques entraine une hausse de la part des matériaux de construction en défaveur de l’usage .
Cela montre qu’il est nécessaire non seulement de limiter les consommations énergétiques liées à la phase d’exploitation des bâtiments (grâce aux qualités thermiques des matériaux, par exemple) mais également liées à la phase de construction (matériaux à faible énergie grise) (Magniont, 2010) .
Le secteur du bâtiment fait donc face à une nécessité de faire évoluer ses pratiques et ses méthodes afin de répondre aux enjeux de développement durable: diminution des consommations énergétiques et des émissions de gaz à effet de serre contraint par « Le Sommet de la terre à Rio » en 1992 à Rio+20 et « Le protocole de Kyoto » en 1997. Cette évolution passe notamment par l’utilisation de matériaux à faible impact environnemental (Collet-Foucault, 2004; Menet et Gruescu, 2014; Röhlen et al., 2013). Ces deux dernières décennies ont vu donc l’apparition et le développement de nouveaux matériaux que l’on peut classer en deux catégories : La première catégorie fait notamment appel à des ressources ‘biosourcées’ et utilise des liants conventionnels tels que le béton de chanvre (matériau pour l’isolation, (Gourlay et al., 2017; Page et al., 2017)) et le béton à base de fibres de lin (matériau structurel, (Le Hoang, 2013; Page, 2017)). La seconde catégorie concerne les matériaux en terre crue. Leur utilisation est ancestrale mais qui rencontrent un regain d’intérêt lié à leurs propriétés d’isolation et à leur faible impact environnemental (utilisation de matériaux locaux, non recours à des liants conventionnels, recyclage aisé en fin de vie) (Achenza et Fenu, 2007; Avrami et al., 2008; Berge, 2009; Collet-Foucault, 2004; Galán-Marín et al., 2010; Hamard et al., 2016; Houben et al., 2006; Minke, 2006; Quagliarini et Lenci, 2010; Röhlen et al., 2013).
Nous aborderons par la suite les différents types de construction en terre pour se focaliser sur la bauge, objet de ces travaux de recherche.
Différents types de construction en terre crue
La terre crue a été et demeure l’un des principaux matériaux de construction utilisés par les hommes depuis des milliers d’années. Aujourd’hui encore, plus d’un tiers des habitants de la planète vit dans des bâtiments en terre (Houben et al., 2006). Pour les pays en développement, ce pourcentage s’élève à 50% de la population rurale et à au moins 20% de la population urbaine et périurbaine. Par exemple, en Inde, en 1971, 72,2 % du parc immobilier était construit en terre. Cela représentait 67 millions de maisons où vivaient près de 375 millions de personnes. En Europe, pour de nombreux pays (Suède, Angleterre, Espagne, Portugal), l’habitat rural en terre fait partie du patrimoine culturel. En France, 15 % de la population, à majorité rurale, occupe des maisons en pisé, en adobe ou en torchis. Dans le Sudouest des U.S.A, la construction en adobe concerne 97 % des maisons en terre et ce type de construction progresse de 30 % par an en Californie (Houben et al., 2006). Les différents modes de construction en terre sont issus des traditions, des climats et des cultures des populations locales. Il existe une douzaine modes d’utilisation de la terre en construction dont les plus courantes sont : l’adobe, le pisé, la terre-paille, le torchis, les blocs comprimés et la bauge (Houben et al., 2006).
Au cours des dernières années, un regain d’intérêt des matériaux de construction en terre a eu lieu pour des raisons de restauration et de réparation des bâtiments historiques et culturels du patrimoine ainsi que pour une utilisation comme matériau à faible consommation d’énergie dans la construction durable (Aymerich et al., 2012). Le renouveau de l’utilisation de la terre comme est lié à la réduction significative de l’impact environnemental dû à l’utilisation de matières premières locales et de procédés de fabrication simples et économes en énergie (Achenza et Fenu, 2007; Avrami et al., 2008; Berge, 2009; Houben et al., 2006; Minke, 2000, 2006). De par son inertie thermique, la terre est un très bon régulateur de la température intérieure qui permet des économies d’énergie importantes (Hamard, 2017). La terre est également choisie par la qualité sanitaire de l’air (Röhlen et al., 2013) .
Les principaux modes d’utilisation de la terre en construction
Le pisé
La technique du pisé consiste à damer de la terre humide dans un coffrage. La terre est versée dans un coffrage par couche, avant compactage elles sont épaisses d’environ 20 cm et ramenées à moitié d’épaisseur après le compactage . Ainsi, pour un coffrage qui est traditionnellement haut de 90 cm, une dizaine de couches permettent de réaliser une « banchée» de pisé. Ces couches restent souvent visibles sur l’aspect du mur fini (AsTerre). Le compactage a été fait par une dame manuelle en bois ou en métal, un fouloir pneumatique, un marteau-piqueur ou par une plaque vibrante. Le mur est décoffré directement après le damage de la terre. L’épaisseur du mur dépend de la hauteur du mur mais doit être supérieure ou égale à 50 cm afin d’assurer son intégrité (Houben et al., 2006).
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
I. CHAPITRE 1 : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I.1. Matériaux et construction durable
I.2. Différents types de construction en terre crue
I.2.1. Les principaux modes d’utilisation de la terre en construction
I.2.1.1. Le pisé
I.2.1.2. Le Torchis
I.2.1.3. L’adobe
I.2.1.4. La BTC (Brique de Terre Compressée) et BTCS (Brique de Terre Compressée Stabilisée)
I.3. Présentation de la bauge
I.3.1. La terre crue
I.3.1.1. Fraction fine : argile et limon
I.3.1.2. Les graviers, les sables et les limons
I.3.2. Les fibres
I.3.2.1. Apport de l’incorporation des fibres dans la matrice du sol
I.3.2.2. Fibres naturelles utilisées dans la construction en terre
I.3.2.3. Caractéristiques de la paille utilisée dans la bauge
I.4. Méthode de mise en œuvre de la bauge
I.4.1. Préparation du mélange terre-fibre in-situ
I.4.2. Mise en œuvre de la bauge in-situ
I.5. Propriétés de la bauge
I.5.1. Cinétique de séchage et retrait
I.5.1.1. Cinétique de séchage
I.5.1.2. Retrait
I.5.2. Comportement mécanique de la bauge
I.5.2.1. Comportement en compression
I.5.2.2. Comportement en flexion
I.5.3. Propriétés hygrothermique de la bauge
I.5.3.1. Conductivité thermique
I.5.3.2. Propriété hygroscopique
I.6. Conclusions
II. CHAPITRE 2 : CARACTERISATION DES MATERIAUX ET METHODES D’EXPERIMENTALES
II.1. Caractérisation des matériaux
II.1.1. Sols initiaux
II.1.1.1. Analyse granulométrique
II.1.1.2. Activité argileuse
II.1.1.3. Caractéristiques de compactage
II.1.2. Les fibres
II.1.2.1. Caractéristiques physiques
II.1.2.2. Masse volumique absolue
II.1.2.3. Coefficient d’absorption d’eau
II.1.2.4. Caractéristiques mécaniques
II.1.3. Sols retenus
II.2. Formulations et réalisations des composites terre-fibre
II.2.1. Formulations des composites terre-fibre
II.2.2. Méthodologies de fabrication des échantillons
II.2.2.1. Méthode de préparation
II.2.2.2. Echantillons cylindriques
II.2.2.3. Echantillons cubiques
II.2.2.4. Echantillons prismatiques
II.2.3. Conservation et condition de cure
II.3. Méthodes expérimentales
II.3.1. Propriétés mécaniques et physiques
II.3.1.1. Essai de compression simple
II.3.1.2. Essai de flexion 4 points
II.3.1.3. Mesure du retrait
II.3.2. Conductivité thermique
II.3.2.1. Méthode du fil chaud
II.3.2.2. Dispositif de mesure
II.3.3. Caractéristiques hygrométriques
II.3.3.1. Courbe isotherme sorption/désorption
II.3.3.2. Perméabilité à la vapeur d’eau
II.4. Conclusion
III. CHAPITRE 3 : ETUDE DU COMPORTEMENT PHYSICOMECANIQUE DE LA BAUGE
III.1. Comportement physique
III.1.1. Masse volumique apparente
III.1.1.1. Influence des fibres
III.1.1.2. Influence de la teneur en eau initiale
III.1.2. Cinétique de séchage
III.1.2.1. Influence des fibres et de la condition de cure
III.1.2.2. Influence du mélange de sol
III.2. Analyse de la courbe contrainte-déformation
III.2.1. Comportement en compression
III.2.1.1. Rôle des fibres
III.2.1.2. Rôle des teneurs en eau initiales
III.2.1.3. Influence de la direction de chargement
III.2.2. Courbe contrainte-déformation en flexion de la bauge
III.2.2.1. Rôle des fibres
III.2.2.2. Influence du ratio longueur de fibre/taille d’échantillon
III.3. Comportement en compression
III.3.1. Influence des conditions de cure, du mélange et des fibres
III.3.1.1. Influence des conditions de cure
III.3.1.2. Influence du mélange
III.3.1.3. Influence de l’incorporation des fibres
III.3.1.4. Influence du type de fibre à la WOPN
III.3.1.5. Influence de teneur en fibre à la WBAU
III.3.2. Influence des teneurs en eau initiales
III.3.3. Influence de la taille d’échantillon
III.4. Comportement en flexion de la bauge
III.4.1. Influence des fibres
III.4.2. Influence du ratio longueur de fibre/taille d’échantillon
III.5. Conclusion
IV. CHAPITRE 4 : COMPORTEMENT HYGROTHERMIQUE
IV.1. Conductivité thermique
IV.2. Retrait
IV.3. Courbe isotherme sorption/désorption des matériaux
IV.3.1. Fibres
IV.3.2. Bauge
IV.4. Perméabilité à la vapeur d’eau
IV.5. Conclusions
CONCLUSIONS GENERALES
