Renforcement des matériaux argileux par des biopolymères pour la construction en terre crue

Biopolymer reinforcement of clay materials for raw earth constructions

• Auteur / Autrice : Julia Tourtelot
• Direction : Ann Bourgès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux
• Date : Soutenance le 10/01/2022
• Etablissement(s) : Université Gustave Eiffel
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Paris-Est) - Laboratoire Navier (Paris-Est)
• Jury : Président / Présidente : Robert Le Roy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ann Bourgès, Thierry Joffroy, Guillaume Habert, Jean-Baptiste d' Espinose, Antonin Fabbri, Jean-Didier Mertz, Emmanuel Keita
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Thierry Joffroy, Guillaume Habert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solides -- Mécanismes de renforcement

Technique

Construction en terre

utilisation

Biopolymères

Argile

Mots clés libres

Argiles

Biopolymères

Renforcement

Terre crue

Amidon

Cellulose

Clays

Biopolymers

Reinforcement

Raw earth

Starch

Cellulose

Résumé

Construire en terre crue nécessite le contrôle des propriétés mécaniques du matériau terre. Il essentiel d’étudier la stabilisation et la consolidation du matériau terre afin de préserver le patrimoine et développer des matériaux de construction à faible empreinte carbone. Dans une perspective de réduction de l’empreinte environnementale, le renforcement par additifs bio-sourcés du matériau terre a été préféré à celui par un liant minéral. Cette technique de renforcement est issue des recettes traditionnelles utilisées à travers le monde. L’objectif de cette thèse est la compréhension des mécanismes d’action des biopolymères, issus des additifs bio-sourcés, dans le matériau terre. Cette étude adopte une démarche multi-échelle, allant de l’observation des propriétés mécaniques à l’échelle macroscopique d’une terre commerciale stabilisée, jusqu’à l’étude des effets de deux biopolymères aux échelles méso-micro- et moléculaire sur des argiles pures. Dans un premier temps, deux biopolymères parmi dix ont été sélectionnés après incorporation dans une terre commerciale en fonction de leur effet sur la résistance à la compression et le module élastique des briques stabilisées. Afin d’appréhender au mieux le comportement de ces biopolymères dans les mortiers argileux, un essai de mesure du seuil d’écoulement utilisable sur site a été développé. Ensuite, deux études menées en parallèle ont montré que les biopolymères sélectionnés possèdent des capacités de renforcement en fonction de la nature de l’argile présente, notamment la kaolinite, l’illite et la montmorillonite. Enfin, à l’échelle macroscopique, cinq murs en terre utilisant les biopolymères sélectionnés ont été construits pour suivre leur évolution dans le temps en fonction des conditions climatiques. Le renforcement assuré par les biopolymères étudiés permet de généraliser la stabilisation de la terre crue et d'améliorer la durabilité des ouvrages en terre renforcée

Building with raw earth requires the control of the mechanical properties of the earth material. It is essential to study the stabilization and consolidation of the earth material to preserve the heritage and develop building materials with a low carbon footprint. From an environmental footprint reduction perspective, the reinforcement of the earth material by bio-sourced additives has been preferred to a mineral binder. This reinforcement technique is derived from traditional recipes used throughout the world. This thesis aims to understand the mechanisms of action of biopolymers derived from bio-sourced additives in the earth material. This study adopts a multi-scale approach: from measuring mechanical properties of a stabilized commercial clay at the macroscopic scale to studying the effects of two biopolymers on pure clays at the meso-micro and molecular scales. In a first step, two biopolymers among ten were selected after incorporation in a commercial earth based on their effect on the compressive strength and the elastic modulus of stabilized bricks. In order to better understand the behavior of these biopolymers in clay mortars, a test of measurement of the yield stress that can be used on-site was developed. Then, two studies carried out in parallel showed that the selected biopolymers have capacities of reinforcement according to the nature of the clay present, including kaolinite, illite, montmorillonite. Finally, on the macroscopic scale, five earth walls using the selected biopolymers were built to track their evolution over time according to climatic conditions. The reinforcement effect of the biopolymers studied can broaden the stabilization of the raw earth and improve the durability of the reinforced clay-based structures