ECo-construction, recherche scientifique

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
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
• 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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