Variabilité des performances de bétons de chanvre en fonction des caractéristiques de la chènevotte produite en Auvergne

Performance variability of hemp concretes according to the characteristics of the hemp particles produced in Auvergne

• Auteur / Autrice : César Niyigena
• Direction : Sofiane Amziane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 03/06/2016
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme) - Institut Pascal
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Sonebi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sofiane Amziane, Alaa Chateauneuf
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Lanos, Vincent Picandet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Construction en chanvre

Mots clés libres

Variabilité

Propriétés mécaniques

Propriétés thermiques

Béton de chanvre

Chènevotte

Granulats de chanvre

Module d’Young

Contrainte de compression

Loi de comportement

Loi de distribution statistique

Variability

Mechanical properties

Thermal properties

Hemp concrete

Hemp particles

Young modulus

Compressive strength

Behavior low

Statistical distribution low

Résumé

Les origines de la variabilité des propriétés du matériau béton de chanvre sont nombreuses. On distingue celles liées aux propriétés des ses constituants et du matériau lui-même auxquelles il faut ajouter les dispersions qui résultent des méthodes utilisées pour caractériser ce béton. Ce travail de thèse, s’intéresse à l’étude de la variabilité des propriétés du béton de chanvre en tenant compte de ces différentes sources et en particulier au type de chènevotte utilisée. L’étude bibliographique réalisée permet de comprendre le matériau béton de chanvre, notamment ses constituants, les méthodes de caractérisations en usage ainsi que l’ampleur de la variabilité et de la sensibilité de ses propriétés vis-à-vis des différents paramètres. Cet état de l’art, permet en outre d’identifier les paramètres à considérer dans le cadre de cette thèse. Notre travail de thèse est alors subdivisé en 4 chapitres en plus de l’étude bibliographique. Dans le deuxième chapitre, une étude multicritère sur les propriétés des chènevottes est présentée. Après une campagne expérimentale de caractérisation de 13 types de chanvre, une analyse des résultats à deux niveaux est réalisée. Elle prend en compte, la masse volumique, la capacité d’absorption d’eau et la granulométrie. Dans un premier temps on présente les résultats de l’étude mono-caractéristique ; il s’agit de la comparaison d’une caractéristique donnée pour l’ensemble des chènevottes. Dans un second temps, on présente les résultats de l’étude multicritère. Il s’agit d’analyser l’ensemble des chènevottes en prenant en comptes les différentes caractéristiques à la fois. A l’issue, les chènevottes sont classées en trois groupes. Le chapitre 3 constitue une étude préliminaire tenant compte des différents paramètres sources de variabilités des propriétés du béton de chanvre, comme le laboratoire d’essai (équipements), la gâchée, la taille d’éprouvette et le type de chanvre. Les résultats obtenus montrent la nécessité d’étudier l’impact du type de la chènevotte. Par ailleurs, la dispersion considérable obtenue pour les résultats du module d’Young est vraisemblablement associée à sa méthode de calcul. Il devient alors important d’approfondir l’étude de son impact sur les valeurs du module d’Young obtenues. Le chapitre 4 vise justement à étudier les méthodes de calcul du module d’Young. Les différentes méthodes de la littérature sont alors utilisées pour exploiter les courbes contrainte-déformation dont les essais ont été réalisés dans les mêmes conditions. Les variabilités observées sur les résultats vis-à-vis de chacune des méthodes permettent alors de mettre en évidence leur impact et de proposer la méthode « flottante » comme étant la plus pertinente. Par ailleurs, un modèle permettant de décrire la loi de comportement mécanique du béton de chanvre est proposé. Il permet de déterminer la courbe enveloppe correspondant à la courbe expérimentale issue du chargement monotone, et permet également de reproduire la courbe expérimentale issue d’un chargement cyclique. Dans le dernier chapitre, en se basant sur les résultats du chapitre 2, neuf types de chanvre ont été sélectionnés pour la confection des éprouvettes de l’étude. Dans les mêmes conditions (fabrication et essai), il a été mis en évidence expérimentalement l’impact de la chènevotte sur les propriétés mécaniques avec un facteur égal à 10 entre les valeurs faibles et élevées. La réponse mécanique caractérisée par des faibles (<5%), moyennes (>5% et <8%) et fortes (>8% et <20%) niveau de déformation a été mis en évidence. Ces variabilités, restent cependant moins marquées pour la conductivité thermique et la masse volumique du béton de chanvre. L’étude met en évidence l’intérêt d’une étude approfondie sur l’interaction liant/chènevotte pour une meilleure compréhension de l’impact de la chènevotte sur le béton de chanvre.

The origins of the variability of hemp concrete material properties are numerous. They include among others those related to the properties of its constituents and material itself as well as the methods used for their characterizations. This thesis is interested in the study of the variability of hemp concrete properties taking into account these different parameters and in particular the type of hemp particles used. The litterature review corried out allowed to present the hemp concrete material, the properties of its constituents, their methods of characterization and also the extend of properties variability and sensitivity due to various parameters. Furthermore, it allowed to identify the parameters to be considered in the context of this thesis. Therefore, this thesis is devided into four chapters in addition to the literature review. In the second chapter, a multi-criteria study on the properties of hemp particles is presented. After an experimental study of characterization for 13 types of hemp particles, a two level analysis of result is performed. It takes into account the density, water absorption capacity and particle size distributions. First, the results of the single characteristic study are presented; it is about a comparison of a given characterstic for all hemp particles at the same time. Secondly, the results of the multi-criteria study are presented. In this last case, the analysis is corried out by taking into account all hemp particles and characteristics, both at the same time. The outcome of this study allowed to classify hemp particles into three groups from which, low, medium and high mechanical peformances are expected, respectively. Chapter 3 is a preliminary study taking into account various parameters as sources of variability for hemp concrete properties, such as the testing laboratory (equipments), the batch, the specimen size and hemp particles type. The obtained results highlight the need for further investigations about the impact of hemp particles type. Moreover, the considerable dispersion in the results of Young’s modulus is likely associated with its calculation method. It then becomes important to deepen the study of its impact on the values of Young’s modulus obtained. The chapter 4 aims to answer the problem found on the method for calculating the Young’s modulus. Various methods from literature are used to analyse the stress-strain curves from samples manufactured under the same conditions. The variability observed in results with respect to used method allowed to highlight their impact and to provide the floating method as the most pertinent since it presents less variability. In addition, a model to describe the mechanical behavior law of hemp concrete is proposed. It allows to determine the enveloppe curve which corresponds to experimental curve from the monotonic loading. It can also allow to reproduce the experimental curve from a cyclic loading. In the last chapter, based on the results of chapter 2, nine types of hemp particles were selected for the preparation and manufacturing of specimens of the study. Under the same conditions (manufacturing and test), it has been demonstrated experimentally the impact of hemp particles on mechanical properties with a factor 10 between low and high values from obtained results. The mechanical response characterized by low (<5%), medium (>5% and <8%) and high (> 8% and <20%) level of deformation have been highlighted. These variabilities remain, however less marked for thermal conductivity and density of hemp concrete material. This study highlights the interest of a comprehensive study on the interaction binder/hemp particles for a better understanding of the impact of hemp particles on hemp concrete.