Influence du mode de malaxage sur les propriétés du béton de liège

L’isolation thermique dans le bâtiment

L’efficacité énergétique peut être appliquée dans le bâtiment par différentes méthodes, les plus efficaces sont : Une bonne conception architecturale, Un bon choix des matériaux de construction, Une bonne isolation thermique.
La conception thermique dans un bâtiment réduit les déperditions de chaleur et économise des consommations d’énergie importantes pour le chauffage et la climatisation. De même, une bonne isolation thermique alliée à une bonne ventilation élimine les coûts d’entretien, les risques d’humidité et augmente la durée de vie de la maison (Beguin D, 2006).
En plus, des avantages de l’isolation thermique sur les plans environnemental et économique, l’isolation thermique offre un meilleur confort de vie aux habitants par leur protection d’une manière automatique et passive des facteurs climatiques tels que la pluie, le vent, le rayonnement solaire et le chaud ou froid de diverses parois.
Dans les bâtiments, on constate une surconsommation énergétique de 60% due aux déperditions de chaleur des toits et des murs. Les valeurs des déperditions thermiques sont approximativement de l’ordre de 30 % pour les toits, 25% pour les murs, 20% pour le renouvellement d’air, 13% pour les portes et fenêtres, 7% pour les sols et 5% pour les ponts thermiques. De ce fait, une remarquable réduction d’énergie dans une habitation peut être réalisée grâce à une bonne isolation des parois.

Les bétons légers

Le béton est le matériau de construction le plus employé. Il est composé d’un mélange de granulats minéraux rigides, de sable, de ciment et d’eau. Des adjuvants en faibles quantités peuvent être additionnés à cette formulation de base afin d’obtenir certaines qualités telle que la fluidité, l’accélération ou le retardement du temps de prise, etc. Des matériaux tels que les ronds d’acier peuvent y être intégrer pour améliorer les caractéristiques mécaniques du complexe.
Grâce à ses propriétés performantes, le béton est consacré à une utilisation structurelle. Sa masse volumique élevée, qui varie de 2200 à 2600 Kg/m3 , lui permet d’être un bon isolant acoustique. En revanche, c’est un matériau moins intéressant sur le plan de l’isolation thermique (Cerezo V, 2005). C’est la raison pour laquelle que de nouveaux bétons dits légers sont apparus. Les bétons légers ont une masse volumique beaucoup plus faible par rapport aux bétons traditionnels, généralement inférieur à 1800 Kg/m3 (Herihiri O, 2010). Ils offrent une isolation thermique supérieure à celle des bétons conventionnels, tout en gardant une certaine limite inférieure des performances mécaniques. Ces performances permettent à cette famille de béton d’éviter l’utilisation d’une isolation thermique supplémentaire (Cerezo V, 2005).
La faible masse volumique et la bonne isolation thermique sont les raisons principales pour lesquelles les bétons légers existent. Toutefois, les bétons légers présentent d’autres avantages tels que : la résistance au feu, la résistance au gel ainsi que par leur insensibilité générale aux agressions physiques et chimiques traditionnelles dans le domaine de la construction (Agoumimelcha A et Ouannoughi B, 2017).

Propriétés des bétons légers

Les principales propriétés des bétons légers sont les suivantes : La porosité : le béton est constitué par des éléments solides et des vides. Des vides sont formés lors de la prise du ciment par l’apparition d’un volume d’air microscopique (air intra-liant). D‘autres vides sont présents à l’intérieur des granulats, ce sont des vides intra-particules remplis d’air qui sont d’ailleurs la cause de la grande porosité des bétons légers (Cerezo V, 2005).
La légèreté : la faible masse volumique est une caractéristique essentielle des bétons légers. Elle dépend du type et des proportions des granulats légers. Elle facilite la mise en œuvre lorsque le béton léger est manufacturé sous forme de parpaing. La faible masse volumique contribue aussi à la diminution du poids total du bâtiment (Cerezo V, 2005).
La perméabilité à l’eau : La perméabilité est la capacité de passage d’un fluide au sein d’un matériau. Cette propriété existe seulement si le matériau possède beaucoup de pores connectés entre eux. La porosité et la perméabilité permettent le passage de l’eau sous forme liquide (absorption) ou vapeur (sorption). Les deux propriétés : porosité et perméabilité sont liées mais la première n’implique pas forcement la deuxième.
L’absorption est la migration d’un liquide de l’extérieur vers l’intérieur grâce au phénomène de remontée capillaire. Ce phénomène n’est possible que si les pores communiquent entre eux. Par exemple, dans le cas d’un béton cellulaire les pores ne sont pas reliés ce qui empêche le développement du phénomène d’absorption. Ceci dit, la sensibilité à l’eau d’un béton léger diffère en fonction des caractéristiques des granulats légers employés (Cerezo V, 2005).
Propriété thermique : Cette caractéristique est évaluée par la conductivité thermique λ, qui est une grandeur intrinsèque du matériau. La conductivité thermique dépend des constituants et de la microstructure du béton léger. Une faible conductivité thermique dans un matériau indique que c’est un bon isolant. La conductivité thermique change avec la variation de la masse volumique. Si la masse volumique diminue, la conductivité diminue aussi (Cerezo V, 2005).
Propriété acoustique : L’isolation acoustique vise à limiter la transmission des sons de part et d’autre d’un matériau. Cette isolation est généralement réalisée par :
Des matériaux de forte densité car leur inertie fait qu’ils sont plus difficilement mis en mouvement par les ondes acoustiques.
La limitation de la transmission du son en imperméabilisant la surface du matériau. L’absorption en utilisant la capacité d’amortissement des sons par dissipation visqueuse (Cerezo V, 2005).
Comportement et performance mécanique : La porosité des granulats légers cause une diminution de l’adhérence entre les granulats et le mortier, ce qui justifie leur faible résistance mécanique. Par conséquence, la fissuration se développe autour des grains. Une fois les granulats écrasés, le mortier finit par céder. Contrairement au béton de construction classique à base des granulats rigides, ce n’est pas la liaison entre le liant et le granulat léger qui s’annule mais c’est plutôt le grain qui se rompt.

Provenance du liège

Le liège est l’écorce du chêne liège, peut être récolté pour la première fois vers l’âge de 25 ans puis chaque 9-12 ans dès que l’arbre atteint 25 centimètres de diamètre ; c’est un matériau renouvelable. Durant les cycles de vie du chêne liège, qui peut vivre 200 à 500 ans, trois qualités de tissus subéreux sont distinguées :  Le liège male (ou le liège vierge) qui est de moindre qualité,  le premier liège de reproduction depuis la deuxième récolte et  le deuxième liège de reproduction depuis la troisième récolte et plus. Les deux dernières sont dites « liège femelle », qui sont de meilleure qualité. La qualité du liège s’améliore au fils des prélèvements au cours de la vie du chêne liège.
Le liège male est irrégulier dans sa structure, épais, dense et rugueux, n’ayant pas les qualités pour être commercialisé, il est utilisé pour la fabrication des panneaux isolants ou dans l’industrie des sandales. Le liège femelle, dès la première récolte est de meilleure qualité, il est beaucoup plus régulier, lisse et intact (Silva S P et coll., 2005).

Propriétés du liège

Le liège a souvent été connu par sa destination vers la production de bouchons, ainsi que pour quelques applications d’isolement. Dans les deux dernières décennies (1990-2010), le liège a connu une crise suite à l’apparition des alternatives en matières synthétiques, qui sont économiquement plus avantageuses. Récemment, le liège a commencé à retrouver sa position mais comme un matériau innovant convenable au développement durable. Il est employé dans différents domaines tels que l’industrie, le sport, l’environnement, l’aérospatial et le bâtiment.
La composition chimique du liège est complexe et reste toujours considérée comme un domaine de recherche. Cette composition offre au liège la particularité d’être respectueux de l’environnement (naturel, renouvelable et recyclable). Le liège offre une gamme de propriétés physiques et mécaniques avantageuses pour le domaine du bâtiment, à savoir :
Légèreté : Sa faible densité est due à la forte teneur en gaz de ses petites cellules. Isolation thermique : grâce à sa légèreté et sa composition unique, le liège est l’un des meilleurs isolants avec une conductivité thermique de l’ordre de 0,045 W/(m.K). Cette dernière est proche à la conductivité thermique de l’air sec qui égale à 0,025 W/(m.K). Isolation acoustique : le liège est un mauvais conducteur de son, donc un bon isolant acoustique.
Elasticité – Capacité d’amortissement – souplesse : le liège ne subit aucune déformation permanente sous l’action de compression en raison de sa mémoire élastique. C’est donc un excellent isolant vibratoire.
Imperméabilité aux liquides et aux gaz : l’imperméabilité du liège est due à la contre pression du gaz et aux substances grasses (subérine) existantes dans les cellules.
Résistance au feu : ignifuge, il nécessite énormément d’oxygène pour prendre feu. Autant, il se carbonise en surface ce qui contraint la combustion (retardateur naturel de la progression du feu). Sans réaction aux produit chimique : sans réaction avec les produits chimiques, le liège ne produit pas d’émissions toxiques.
Durabilité : grâce à toutes ces qualités, le liège conserve ses caractéristiques dans le temps (Imputrescible). Recyclable : grâce à sa durabilité, le liège peut être réutilisé dans différentes applications.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I  :Etat de l’art
I.1. Introduction
I.2. Le bâtiment et l’énergie 
I.2.1. Développement durable et conséquences
I.2.2. Consommation énergétique
I.2.3. Participation énergétique du secteur bâtiment
I.3. L’isolation thermique dans le bâtiment 
I.3.1. Isolation par l’intérieur
I.3.2. Isolation par l’extérieur
I.3.3. Isolation intégrée au matériau porteur
I.4. Les bétons légers
I.4.1. Généralités
I.4.2. Types des bétons légers
I.4.3. Propriétés des bétons légers
I.4.4. Littérature sur les bétons allégés
I.5. Le liège
I.5.1. Localisation du chêne liège
I.5.2. Provenance du liège
I.5.3. Structure du liège
I.5.4. Composition chimique du liège
I.5.5. Propriétés du liège
I.5.6. Béton de liège
I.6. Conclusion
Chapitre II  :Malaxage et Rhéologie
II.1. Introduction
II.2. Malaxage des bétons ordinaires
II.2.1. Généralités
II.2.2. Rôle des constituants de béton
II.2.3. Malaxage
II.3. Malaxage des bétons légers
II.3.1. Béton de liège
II.4. Rhéologie
II.4.1. Contrainte de cisaillement  [Pa]
II.4.2. Vitesse de cisaillement  [s-1]
II.4.3. Viscosité  [Pa.s]
II.4.4. Seuil de cisaillement  [Pa]
II.4.5. Comportement rhéologique
II.4.6. Rhéomètre à béton
II.4.7. Méthode de Lanos
II.5. Conclusion 
Chapitre III  :Matériaux et Méthodes
III.1. Introduction
III.2. Caractérisation des matériaux 
III.2.1. Eau
III.2.2. Ciment
III.2.3. Adjuvants
III.2.4. Granulats minéraux
III.2.5. Granulats végétaux
III.3. Composition du béton
III.3.1. Béton de référence
III.3.2. Bétons de liège
III.3.3. Fabrication des éprouvettes
III.4. Caractérisation du béton à l’état frais
III.4.1. Mesure de la consistance
III.4.2. Rhéologie
III.5. Caractérisation du béton à l’état durci 
III.5.1. Mesure de la résistance mécanique à la compression
III.5.2. Mesure de la résistance à la traction par flexion
III.5.4. Homogénéité
III.6. Conclusion 
Chapitre IV :Résultats et Discussion
IV.1. Introduction
IV.2. Méthodologie
IV.3. Influence de l’ordre d’introduction
IV.3.1. A l’état frais
IV.3.2. A l’état durci
IV.3.3. Homogénéité
IV.3.4. Interprétation des résultats
IV.4. Influence du temps de malaxage 
IV.4.1. L’état frais
IV.4.2. A l’état durci
IV.4.3. Homogénéité
IV.4.4. Interprétation des résultats
IV.5. Influence de l’outil de malaxage
IV.5.1. L’état frais
IV.5.2. A l’état durci
IV.5.3. Homogénéité
IV.5.4. Interprétation des résultats
IV.6. Application : Evolution des propriétés des bétons en fonction du pourcentage de liège
IV.6.1. A l’état frais
IV.6.2. A l’état durci
IV.6.3. Homogénéité
IV.7. Conclusion
Conclusions et Perspectives

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