Comportement multifonctionnel de Parois Complexes associant le matériau pisé à une isolation bio-géo sourcées

Multifunctional behaviour of raw earth and bio-based material in building panel

• Auteur / Autrice : Manon Girerd
• Direction : Olivier Ple, Noémie Prime
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie Civil et Sciences de l'Habitat
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Chambéry
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Ingénierie Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LabOratoire proCédés énergIe bâtimEnt

Mots clés

Mots clés libres

Pisé

Comportement multiphysique

Interface

Isolants bio-géo sourcés

Comportement hygrothermique

Multi échelle

Raw earth panel

Thermo hygro-hydro-mechanical coupling

Interface

Bio-based insulation material

Multi scale

Résumé

Le secteur de la construction est l'un des plus impactant sur l'environnement [Ahmed Ali et al. 2020] . Notamment, 12% des émissions de gaz à effets de serre sont liées à la fabrication des liants hydrauliques en France (ciment, plâtre, chaux). Pour atteindre une neutralité carbone d'ici 2050 [TheShiftProject, 2021] la recherche qui concerne les matériaux de construction bas carbone est capitale, d'autant plus avec la mise en application de la RE2020. Dans ce contexte, le bâti en terre crue - procédé traditionnel, très ancien, durable et renouvelable – qui représente encore 15% du patrimoine architectural bâti en France [Fontaine and Anger, 2009], connaît un regain d'intérêt. Les procédés de construction en terre crue sont très variés et adaptés à chaque secteur géographique en fonction de la nature des sols (bauge, torchis, pisé, adobe, btc) [Houben et al., 1989]. Dans le cadre de cette recherche l'objet d‘étude sera le pisé, technique la plus rependue en Auvergne Rhône Alpes qui présente un bon bilan environnemental (matériau local, mise en œuvre artisanale, matériau recyclable). A titre comparatif le pisé non stabilisé avec une terre issus du site a un impact carbone de 10 kgeqCO2/UF contre 42 kgeqCO2/UF pour le béton armé selon les fiches FDES issus de la base INIES [AIA life designers and Ekopolis 2023]. La technique du pisé consiste à compacter entre deux banches une terre de granulométrie étalé à l'état humide pour confectionner des murs porteurs en terre crue d'une épaisseur avoisinant les 50 cm. D'un point de vue hygrothermique, le pisé constitue un système de régulation à cycles quotidiens et saisonniers, accumulant ou dégageant chaleur et vapeur d'eau. Cependant, la conductivité thermique de ce matériau reste élevée et ne permet pas de satisfaire la réglementation thermique actuelle. Pour faire du matériau pisé une paroi réglementaire, il est naturel de l'isoler avec des matériaux bio-géo sources (objectif neutralité carbone d'ici 2050). D'un autre côté le couplage hydromécanique de ce matériau et sa sensibilité à l'eau implique une réflexion quant au choix de l'isolant et de l'interface. En effet, le complexe assemblé devra garantir l'équilibre hydrique du pisé pour ne pas impacter mécaniquement sa résistance. L'enjeu, en termes de caractérisation multi-physique et technique, est l'étude de l'interface entre le pisé et l'isolant. Les objectifs scientifiques de la thèse, dans le cadre du projet PACS+ sont : 1. Identifier les matières premières et formuler des mélanges adaptés à la solution hybride géo et bio-sourcée, 2. Mesurer les champs de températures, d'humidité et de déplacements sur et dans les matériaux constituant les parois, en particulier à l'interface, 3. Comprendre les effets multi-physiques et les couplages à l'interface pisé/bio-sourcé, 4. Quantifier la performance globale de l'ensemble d'un point de vue structurel, énergétique et environnemental. Ce projet de thèse s'inscrit dans le cadre du projet ANR PACS+.

12% of the French national emissions of greenhouse gases are linked to the manufacturing of hydraulic binders (cement, plaster, lime) for the production of construction materials (concrete, mortar, plaster). Consequently, our conventional construction habits, in particular, based on concrete must change within the framework of sustainable development in order to achieve the national objective of carbon neutrality by 2050. In this context, raw earth construction – a traditional, very old and sustainable process – is seeing renewed interest in France due to its low environmental impact and its advantages in terms of hygrothermal and acoustic comfort. On the other hand, raw earth walls are less resistant to uniaxial compression than a wall made of industrial materials, and have rather average insulation properties in winter conditions. In this context, the research project aims at designing and studying an innovative low-carbon envelope wall, based on the combination of rammed earth and bio-based concrete. The geo and bio-based composite thus constructed would constitute a balanced multifunctional hybrid solution combining mechanical compatibility, preserved hygrothermal transfer dynamics and sobriety or even carbon neutrality. The challenge, in terms of multi-physical and technical characterization, is to study the interface between raw earth material and bio-based concrete. The objectives of the thesis, in part of the PACS+ project are: 1. To identify the raw earth material and bio-based material and formulate mixtures adapted to the geo and bio-based hybrid solution, 2. To measure the temperature, humidity and displacement fields on and in the materials constituting the walls, 3. To determine the influence of the implementation of the two-layer wall (raw earth + bio-based panels) on the transitional phase, 4. To understand the multi-physical effects at the rammed earth-vegetal concrete interface, 5. To quantify the overall performance of the rammed earth/vegetal concrete combination from a structural, energy and environmental point of view. This PhD proposal is a part of the ANR project PACS+.