Optimisation des performances d’un béton vert à base de granulats de liège

Le bâtiment et l’énergie

Développement durable

La naissance de l’idée du développement durable est en relation directe avec l’évolution industrielle, et ce n’est qu’au 19ème siècle que les pays occidentaux s’aperçoivent que leurs activités économiques et industrielles sont à l’origine de la dégradation de l’environnement. Il aura donc fallu se rendre à l’évidence, et c’est lors de la commission de Brutland en 1987 qu’il y a eu une prise de conscience mondiale du pouvoir destructeur de l’activité humaine sur l’environnement.
Le développement durable est un mode de développement qui répond aux besoins des générations du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs (Bruntland, 1987). Face à la multiplication des crises écologiques et de leurs conséquences sur les sociétés humaines telles que le réchauffement climatique et le trou d’ozone. La communauté internationale s’est sentie contrainte de repenser leurs modes économiques C’est d’ailleurs pour cette raison que l’idée du développement durable a pris de l’importance. Ce concept repose sur trois piliers, à savoir : environnemental, économique et social .

Dégradation de l’environnement

Généralement, quand nous entendons le mot « environnement », nous avons tendance à penser aux espaces naturels (forêts ou montagne), aux animaux et aux plantes et nous oublions que le terme «environnement» ne désigne pas seulement la nature, la faune, la flore ou la biodiversité, mais plutôt un ensemble d’éléments qui sont liés les uns aux autres par des relations complexes. En effet, chaque organisme vivant a un impact sur son environnement, de telle sorte que les interactions entre ces différents éléments, fonctionnent en cercle fermé (l’oxygène, par exemple, est un déchet produit par les végétaux quand ils absorbent le CO2), chaque espèce constitue une source de nourriture pour une autre espèce, ce qui est rejeté par les uns est absorbé par les autres et les dégradations causées sont résorbées plus ou moins rapidement. Toutefois, les activités de l’espèce humaine se sont tellement intensifiées et diversifiées au fil de l’évolution des civilisations, que leurs conséquences dépassent la capacité de la planète.

Les propriétés isolantes du matériau

Le rayonnement du matériau :Chaque matériau émet des radiations. Moins un matériau émet de radiations, moins ce dernier transmet de la chaleur, et plus il est considéré comme isolant.
Les échanges thermiques (convection) :Plus on limite la circulation de l’air, moins il y a d’échanges thermiques d’un élément avec un autre, et donc plus la chaleur est continue.
La performance thermique des parois :La performance thermique d’une paroi est notamment déterminée par deux facteurs (Beguin, 2006): La résistance thermique (R) : exprimée en mètre carré et degré Kelvin par Watt (m2.K/W), elle permet de mesurer la résistance d’une paroi au passage d’un flux de chaleur. Plus la résistance thermique d’une paroi est élevée, plus on considère que la paroi est isolante.
La conductivité thermique (λ ou lambda) : exprimée en Watt par mètre par degré Kelvin (W/m.K); elle mesure la quantité de chaleur qui s’échappe à travers une paroi. Plus le coefficient λ est faible, moins il y a de déperditions, et plus la paroi est jugée performante thermiquement parlant.

Les ponts thermiques, sources de désagréments au quotidien

Le principal objectif des travaux d’isolation thermique d’une maison est de lutter contre les ponts thermiques. Un pont thermique est un point de la construction où la barrière isolante est affaiblie ; ce qui permet à la chaleur de s’échapper facilement .
Les ponts thermiques créent des zones froides, qui laissent entrer l’air et favorisent l’apparition de condensation ou de moisissures. Ils sont situés en majorité aux points de jonction de la construction (murs, sols, toitures, angles…), mais peuvent aussi apparaitre au niveau des ouvertures, souvent mal calfeutrées, comme les vitrages, les coffres de volets roulants, les conduites de cheminée…etc. Réduire les ponts thermiques est un bon point de départ pour améliorer l’isolation de l’habitat.
La première chose à faire est d’identifier les zones qui engendrent le plus de déperditions de chaleur au sein de l’ouvrage :
Dans la majorité des cas, l’isolation des combles est la priorité pour une construction mieux isolée. La toiture représente en effet 30% des déperditions de chaleur d’un bâtiment.
Viennent ensuite les murs, qui représentent à eux 25% des déperditions de chaleur. Puis les fenêtres (10 à 15% des déperditions), les sols (7 à 10%) et les ponts thermiques (5 à 10%).
Enfin le système de renouvellement de l’air ambiant et les fuites, qui représentent en moyenne 20% des déperditions de chaleur dans un logement (ADEME, 2018).

Le liège

Le liège est un matériau biologique aux propriétés uniques. Il a attiré l’attention de l’homme depuis l’antiquité, grâce à certaines de ses propriétés principales et ses diverses applications.
Cette espèce est obtenue à partir de l’écorce externe du chêne-liège. Les couches de liège qui sont produites dans son écorce forment une enveloppe continue avec une épaisseur appréciable autour de la tige et des branches. Cette particule végétale peut être retirée de la tige sans mettre en danger la vitalité de l’arbre, qui reconstruit ensuite une nouvelle couche de liège. C’est la base de la production durable de liège pendant la longue durée de vie du chêne-liège.
La plupart des chênes lièges utilisés dans le monde se trouvent dans les pays d’Europe méridionale que sont le Portugal et l’Espagne, ils sont également exploités en Sardaigne et dans une mesure très limitée dans d’autres régions d’Italie et en France, ainsi qu’au nord de l’Afrique, en l’occurrence, Au Maroc, en Tunisie et en Algérie. Actuellement, dans une mesure limitée, le liège produit, alimente le secteur industriel important qui exporte ses produits dans le monde entier. La recherche est active depuis les années 1990 et de nombreuses publications internationales ont élargi le corpus de connaissances sur le liège et le chêne-liège.

Bétons verts à base de particules végétales traitées

L’utilisation des particules végétales comme agents de renforcement dans les matériaux de construction anciens (argile) est une technique connue depuis des siècles, mais en tant que renfort dans les matériaux cimentaires, elle est très récente. Elle offre certains avantages, tels que l’amélioration de la résistance à la flexion, la ductilité et les propriétés d’isolation thermique (Cerezo, 2005) et (Nozahic, 2012). Cependant, l’addition de ce type de particules (végétales) dans la matrice cimentaire peut causer certains problèmes tels que : Une mauvaise adhérence entre les particules et la matrice. Une faible durabilité à cause de la dégradation des particules dans un milieu alcalin qui est la matrice cimentaire. Inhibition de l’hydratation du ciment et retard de la prise à cause de la dissolution de la particule végétale.
Naissance de fissures et augmentation de la porosité en raison de leur forte capacité d’absorption en eau.
L’amélioration des propriétés physiques et mécaniques des matériaux cimentaires renforcés à l’aide de particules végétales est un vrai défi pour l’obtention d’un matériau de qualité (Umirigirwa, 2014). En revanche, le traitement des particules végétales avant de les incorporer en tant que renfort est une priorité majeure. Le traitement vise à faire une modification des particules grâce : à des agents hydrofuges dans le but de réduire la capacité d’absorption en eau, de protéger la particule végétale dans le milieu alcalin contre les attaques alcalines de l’eau interstitielle chargée en électrolytes et d’améliorer l’adhérence entre la fibre et la matrice, ou bien par des agents chimiques dans le but d’éliminer les impuretés, cires et huiles recouvrant la surface de la fibre, ce qui rend la surface plus rugueuse, augmenter la stabilité de la fibre face à l’humidité et diminue leur caractère hydrophile, assurant ainsi une bonne adhérence interfaciale.

Table des matières

Introduction générale
1. Le liège dans la construction : une solution prometteuse 
1.1. Introduction 
1.2. Le bâtiment et l’énergie 
1.2.1. Développement durable
1.2.2. Dégradation de l’environnement
1.2.3. Consommation énergétique
1.2.4. Consommation énergétique du secteur résidentiel
1.2.5 Les techniques actives
1.2.5.1. Les systèmes technologiques « intelligents »
1.2.6. Les techniques passives
1.2.6.1. Le système de chauffage
1.2.6.2. L’équipement électrique
1.2.6.3. L’architecture
1.2.6.4. Isolation thermique
1.3. Principe et piliers de l’isolation thermique
1.3.1. Les propriétés isolantes du matériau
1.3.1.1. Le rayonnement du matériau
1.3.1.2. Les échanges thermiques (convection)
1.3.1.3. La performance thermique des parois
1.3.2. Les ponts thermiques, sources de désagréments au quotidien
1.4. Types d’isolation thermique 
1.4.1. Isolation thermique par l’extérieur
1.4.2. Isolation thermique par l’intérieur
1.5. Les isolants
1.6. Les bétons à base de particules végétales
1.6.1. Béton de Diss
1.6.2. Béton de sisal
1.6.3. Béton de chanvre
1.6.4. Béton de liège
1.7. Le liège 
1.7.1. Morphologie du liège
1.7.2. Composition chimique du liège
1.7.3. Propriétés de liège
1.7.3.1. Propriétés mécaniques
1.7.3.2. Propriétés physiques
1.8. Conclusion
2. Bétons verts à base de particules végétales traitées
2.1. Introduction
2.2. Effets du prétraitement des particules végétales
2.2.1. Effet sur les caractéristiques des particules végétales
2.2.1.1. Adhésion
2.2.1.2. Masse volumique
2.2.1.3. Composition chimique
2.2.1.4. Perte de masse
2.2.2. Effet du traitement sur les performances des bétons
2.2.2.1. Affaissement (maniabilité)
2.2.2.2. Masse volumique
2.2.2.3. Résistance à la compression
2.2.2.4. Flexion
2.2.2.5. Retrait
2.2.2.6. Propriétés thermiques (conductivité)
2.2.2.7. Module d’élasticité
2.2.2.8. Porosité
2.2.2.9. Vitesse ultrasonore
2.2.2.10. Capillarité
2.3. Conclusion
3. Caractérisation des matériaux & procédures expérimentales
3.1. Introduction
3.2. Caractérisation des matériaux
3.2.1. Ciment
3.2.2. Eau
3.2.3. Granulats minéraux
3.2.3.1. Analyse granulométrique des granulats
3.2.3.2. Masses volumiques des granulats
3.2.3.3. Absorption
3.2.4. Granulats végétaux
3.2.4.1. Analyse granulométrique des classes de liège
3.2.4.2. Masses volumiques des classes de liège
3.2.4.3. Absorption
3.3. Formulation des bétons
3.3.1. Composition
3.3.2. Mode de malaxage
3.4. Caractérisation du béton à l’état frais 
3.4.1. Mesure de la consistance
3.5. Caractérisation du béton à l’état durci
3.5.1. Masse volumique
3.5.2. Transmission ultrasonique
3.5.3. Absorption
3.5.4. Résistance à la compression
3.5.5. Résistance à la traction par flexion
3.5.6. Conductivité thermique
3.5.7. Microscopie électronique à balayage (MEB)
3.6. Conclusion
4. Apport du prétraitement sur les propriétés des granulats et des bétons de liège
4.1. Introduction 
4.2. Traitements utilisés
4.3. Effets des traitements sur les propriétés des granulats
4.3.1. Masse volumique et inspection visuelle
4.3.2. Microstructure
4.4. Effet sur les propriétés des bétons de liège
4.4.1. Affaissement
4.4.2. Propriétés physiques
4.4.2.1. Masse volumique
4.4.2.2. Vitesse des ultrasons
4.4.2.3. Absorption
4.4.3. Propriétés mécaniques
4.4.3.1. Résistance à la compression
4.4.3.2. Résistance à la traction par flexion
4.4.3.3. Courbes de capacité
4.4.4. Conductivité thermique
4.5. Conclusion
Conclusion générale et perspectives
Références bibliographiques 

Télécharger le rapport complet