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V dubois dimensions_scientifiq_terre_oct11[1]

  1. 1. 1 Approche contemporaine de la construction en terre Visions technique, scientifique, réglementaire et internationale Le 21 octobre 2011 - Forum départemental des Sciences Connaissances du matériau terre Dimensions " scientifiques" du matériau Vincent DUBOIS Grande mosquée de Djenne au Mali Maison en brique de terre (batimieu.fr) Bâtiment en pisé (terre-crue.fr) Bâtiment en torchis (terre-crue.fr) (visitgaomali.com)(news.fr. msn.com)
  2. 2. 2 Composée de : Matières minérales Matières organiques Air Eau Le matériau terre à Matériau complexe issu d’une roche mère et de phénomènes de dégradation / migration Caractérisée par : La granularité La plasticité La compressibilité La cohésion (terrevivante.org) Le matériau terre : sa composition Kaolinite vue en MEB, (simepi.info), Image Nicole Liewig, IPHC, CNRS, Strasbourg Les minéraux : le squelette •Minéraux inaltérés : de composition identique à la roche mère à cailloux (d> 20 mm), graviers (2 mm < d < 20mm), sables (63 µm < d < 2 mm), silts (2 µm < d < 63 µm) •Minéraux altérés : suite à une altération chimique de la roche mère, les particules sont réduites à une taille inférieure à 2 µm à fraction colloïdale •Argiles : altération des minéraux silicatés, structure en feuillets Principaux types d’argiles : •Kaolinite •Illite •Montmorillonite
  3. 3. 3 • Proportion variable dans les sols • Réparties en quatre classes : – Matière organique vivante (biomasse active) – Matière organique fraîche (débris végétaux, cadavres, excréments …) – Composés en cours d’évolution dits transitoires – Composés organiques stabilisés ou humus (fraction humine, acides humiques, acides fulviques) • Induisent des phénomènes de compressibilité en fonction de leur nature, de leur proportion, de la teneur en eau (cegep-ste-foy.qc.ca) (onf.fr) Le matériau terre : sa composition Les matières organiques : l’instabilité L’eau, l’acteur principal Selon la proportion présente, la terre peut être compacte ou à l’état de boue. Propriétés dépendantes : - Cohésion : liée aux forces à l’interface air/eau et aux interactions entre particules argileuses - Succion : phénomène qui croît avec la réduction de la teneur en eau - Gonflement : humidification de l’argile - Retrait : phénomène lié à l’abaissement de la teneur en eau et à la présence d’argiles - Plasticité : état pour lequel la terre est cohésive, se déforme sans se rompre (inra.fr) (fr.123.rf.com) Le matériau terre : sa composition
  4. 4. 4 L’air : le levier Sa proportion doit être réduite pour que le matériau soit résistant. Avec l’eau liquide ou à l’état de vapeur, cela forme les vides. à Indice des vides e = Vv/Vs à Porosité = Vv/Vt*100 L’air, en association avec une humidité résiduelle, peut contenir des micro-organismes qui peuvent être néfastes pour les matériaux de construction. Matériau silicone poreux (cnrs.fr) Roland Poss, Porosité vésiculaire, inra.fr (pise.hautetfort.com) Le matériau terre : sa composition Le monde professionnel cherche à préserver les ressources naturelles. L’utilisation de ressources de type sous-produits industriels est de plus en plus fréquente. Dans la région : laitiers, scories, mâchefers d’incinération d’ordures ménagères, sédiments de dragage, boues de carrière… Valorisation dans le domaine routier la plupart du temps. La problématique principale de valorisation de certains produits est leur potentiel polluant. Les enjeux des produits terre Source : Unicem, 2009
  5. 5. 5 LES ECOMATERIAUX Dans le domaine de la construction, beaucoup de matériaux plus respectueux de l’environnement font leur apparition dans le domaine des isolants, des blocs de construction, des peintures … quelque fois issus de pratiques ancestrales. L’intérêt de ces matériaux est de [Escadeillas, 2006] : - Limiter la consommation d’énergie et l’émission de GES lors de la fabrication - Privilégier les ressources locales - Avoir un impact environnemental restreint de la production à la fin de vie - Faciliter le recyclage en fin de vie - Proposer une plus-value à l’usager en terme de confort Les enjeux des produits terre La terre crue, utilisée depuis onze millénaires, reste aujourd'hui le matériau de construction le plus répandu à travers le monde. Un tiers de l'humanité vit dans un habitat en terre, soit plus de deux milliards de personnes dans 150 pays. Les architectures de terre, simples ou monumentales, sont présentes dans des contextes variés et répondent à des besoins très divers. De nombreux avantages : ressources locales, capacité d’inertie thermique, régulation d’humidité… Les enjeux des produits terre
  6. 6. 6 Régulation hydrique Confort thermique à Effusivité à Inertie thermique (pise.hautetfort.com) Diagramme psychrométrique (nrc-cnrc.gv.ca) Les produits terre : propriétés spécifiques Les produits terre : propriétés spécifiques Stabilité physique et mécanique Quelques exemples Compression axiale Flexion trois points Capillarité Abrasion
  7. 7. 7 Classement Géotechnique / Pédologie : deux domaines qui se complètent et ayant leurs propres classifications • Géotechnique : AASHTO(USA), USCS, GTR (France) à taille des particules, répartition granulométrique, plasticité • Pédologie : FAO, Duchaufour à facteurs de pédogénèse, évolution des sols et leur fonctionnement Le matériau terre : le caractériser Guide des Terrassements Routiers Granularité • Essai au tamis, sédimentométrie, analyse granulométrique laser • Interprétation en refus ou en passant • Essais terrain préliminaires : examen visuel, essai de morsure, essai de toucher Le matériau terre : le caractériser 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.001 0.01 0.1 1 10 100 Taille tamis (mm) Refuscumulé(%) Argile Silt Sable Graviers Cailloux
  8. 8. 8 Plasticité • Limites d’Atterberg : liquidité, plasticité • Essais préliminaires possibles : essai de lavage, essai de l’éclat, essai de l’adhérence, test de ressuage, test de consistance, test de cohésion (enpc.fr) Abaque de Casagrande (nrc-cnrc.gv.ca) Le matériau terre : le caractériser Compressibilité • Essai Proctor • Oedomètre Essai Proctor sur une formulation à base de sédiments de dragage [Dubois, 2006] Le matériau terre : le caractériser www.igm.fr http://fr.eylullab.com/ Courbes de tassement de sédiments [Dubois, 2006]
  9. 9. 9 Comportement mécanique Le matériau terre : le caractériser Adobe porteuse (lamaisondurable.com) [Dubois, 2006] (planet-terre.ens-lyon.fr) g2r.uhp-nancy.fr Loi de comportement Le matériau terre : le caractériser Autres outils de caractérisation à Physique : teneur en matières organiques (après évaluation à l’odeur, dosage du CO, PF à 450°C, essai au peroxyde d’hydrogène) à Physico-chimie Analyse thermo-gravimétrique Diffraction aux rayons X Autres essais : analyse thermo-différentielle, fluorescence X, surface spécifique
  10. 10. 10 Le matériau terre : la stabilisation Lié aux performances et à la durabilité demandées pour le matériau Types de stabilisation [Houben et Guillaud, 2006] à Densifier le matériau (sans ajout) à Densifier le matériau avec apport d’un complément granulaire à Armer avec des fibres à Créer des liaisons fortes entre les particules (effet colle) à Protéger les particules de l’eau : imperméabiliser ou hydrofuger [Houben et Guillaud, 2006] : Traité de construction en terre, CRATerre, Editions Parenthèses. Le matériau terre : la stabilisation Les fibres à empêcher la fissuration au séchage à alléger le matériau à augmenter la résistance à la traction Incidences sur la phase de fabrication et la durabilité à Les fibres captent une partie de l’eau entrant dans la composition à Si les fibres ne sont pas traitées, et qu’il y a, dans le produit, une porosité importante et une humidité résiduelle : développement de champignons marinemichel29.overblog.comFutura-sciences.com
  11. 11. 11 Le matériau terre : la stabilisation La chaux à Chaux vive : absorption d’eau à Echange cationique : le calcium se substitue aux cations échangeables à Floculation – Agglomération à Carbonatation : réaction avec CO2 de l’air à formation de liaisons médiocres entre les particules à Réaction pouzzolanique à recombinaison de la silice et de l’alumine des argiles avec le calcium pour former des silicates complexes d’aluminium et de calcium Incidence de l’incorporation de la chaux àAugmentation de la teneur en eau optimale àDiminution de la densité sèche optimale àGain de résistance Restauration-patrimoine.fr Optimum CONGO-BRAZZAVILLE fabrication de matériaux économiques de construction en terre crue compressée Les recherches sur le matériau TERRACREA : Disponibilité en terres arables métropolitaines pour une production soutenable d’agro matériaux pour la construction / réhabilitation de bâtiments compatibles avec les objectifs « Grenelle »
  12. 12. 12 Les recherches sur le matériau PROJETECOFACs à Valoriser les fines argilo-calcaires (FACs), issues du lavage, des granulatsen éco-produitspour la construction(en non porteur) à Partenaires: à Carrièresdu Boulonnais à Laboratoire Génie Civil et géo-Environnement à Thèse de Cédric Flament débuté en novembre 2009 Directeur de thèse : Eric Wirquin Co-encadrant : Vincent Dubois à Deux produitsà développer à une BTC (optimiser la proportion de FACs + formaliser la formulation de ce type deproduit) à un carreau de terre à Projet en collaborationavec desentreprisespossédant des pilotesde production Les recherches sur le matériau PERSPECTIVES Formaliser lesconnaissanceset applicationsexistantes à Déterminer lesparamètresd’influence - Composition - Donnéestechnologiques(tempsde malaxage, conditionsde cure - Rôle desstabilisants - Loisde comportementsmécanique,thermique, hydrique Sortir du cadre habituel d’utilisation de laterre à Obtenir desproduitslégerstout en conservant lespropriétés de la terre à Obtenir un comportement mécaniqueet physiquedifférents pour moduler l’utilisation

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