Les propriétés physico-chimiques des matériaux de construction

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1 Christian Lemaitre Les propriétés physico-chimiques des matériaux de construction Matière & matériaux Propriétés rhéologiques & mécaniques Sécurité & réglementation Comportement thermique, hygroscopique, acoustique et optique Groupe Eyrolles, 2012, ISBN :

2 Table des matières Chapitre 1. Matière et matériaux Introduction Définitions Éléments chimiques et atomes Composés chimiques, corps simples et molécules Les états de la matière Les gaz Les liquides Les solides Solides non cristallins Solides cristallins Vibrations de réseau Changements d état Définitions Diagramme d état Liaisons dans les solides Les liaisons de valence Les liaisons ioniques Les liaisons métalliques Les liaisons faibles Mixité des liaisons Liaisons et cohésion dans les cristaux Caractéristiques des matériaux et courbe de cohésion Dilatation thermique... 15

3 VI Les propriétés physico-chimiques des matériaux de construction Déformation élastique Définitions Énergie de liaison et élasticité Déformation plastique Cristal réel Mécanisme de la déformation plastique Rupture du matériau Propriétés fonctionnelles des matériaux Les classes de matériaux Sols et pierres Métaux et alliages Céramiques Verres Polymères Élastomères Composites Les matériaux de construction Les sols Les matériaux de structure Les matériaux d enveloppe Les matériaux de second œuvre Chapitre 2. Propriétés rhéologiques et mécaniques des matériaux Introduction Définitions et rappels Rhéologie Statique Masse et poids Moment d une force Principe d action-réaction Somme de forces Équilibre La courbe de traction L essai de traction Domaine élastique Domaine plastique Rupture... 29

4 Table des matières VII Ductilité fragilité La striction Le coefficient de Poisson Autres déformations Les essais de compression Les essais de flexion La torsion Le tenseur des contraintes Dureté et résilience Essai de dureté Essai de résilience Notions de statique Hypothèses de base Linéarisation Superposition Forces internes Les poutres Définitions Appuis des poutres Efforts dans les poutres Conventions de signe Chargement des poutres Chargement réparti Chargement ponctuel Réactions aux appuis Contraintes internes Déformation des poutres Moment d inertie Définitions Moments principaux Surfaces composées Moments d inertie de quelques sections usuelles Staticité des systèmes de poutres Allongement élastique en traction (ou rétrécissement en compression) Déformation en flexion Flexion pure Flexion composée Flèche d une poutre Diagramme des moments fléchissants... 50

5 VIII Les propriétés physico-chimiques des matériaux de construction Chapitre 3. Matériaux, sécurité et réglementation Introduction Stabilité des structures et règles de sécurité : principes Les états limites et les Eurocodes Bases du calcul Description des Eurocodes Les actions Combinaisons d actions Sollicitations, contraintes, déformations Inflammation et combustion des matériaux Variation des propriétés des solides avec la température Inflammabilité de la matière Combustion L incendie Paramètres de l incendie La propagation du feu Les phases de l incendie Comportement au feu des matériaux La réaction au feu des matériaux La résistance au feu des éléments de structure Règles de sécurité incendie pour les constructions Prévention, prévision, intervention Prévision : classement des bâtiments Mesures de protection Le bois L acier Le béton Matériaux et santé dans les constructions Identifier et recenser les risques Localisation Conception du bâtiment et environnement intérieur Usage du bâtiment et environnement intérieur Pollution chimique de l air intérieur L amiante et les isolants Les composés organiques volatils (COV) Le radon et la radioactivité Pollution des eaux sanitaires Le plomb Les légionelles... 77

6 Table des matières IX Chapitre 4. Comportement thermique et hygroscopique des matériaux Introduction Modes de transmission de la chaleur Généralités Les trois modes de transfert thermique La conduction La convection dans les fluides La radiation (ou le rayonnement) Conduction thermique Bases de thermique Bilans énergétiques Conduction d une cloison séparative Échanges superficiels Convection à l interface fluide-solide Échanges par rayonnement à la surface d un solide Somme des échanges à travers une paroi Les isolants thermiques Principes de l isolation Les matériaux isolants Les isolants végétaux Les isolants minéraux Les isolants synthétiques Fonctionnement thermique des parois Principe Méthode de calcul Température de l air et humidité : la condensation Pression de vapeur saturante Diagramme de l air humide Rôle de l humidité absolue Établissement du diagramme psychrométrique de Mollier Production d humidité et renouvellement de l air Activité dans les locaux Hygrométrie Diffusion de la vapeur dans les solides Mécanisme de la diffusion... 97

7 X Les propriétés physico-chimiques des matériaux de construction Paramètres de la diffusion Perméabilité d un matériau Perméance d une paroi Résistance à la diffusion d une paroi Analogie des paramètres de température et de pression de vapeur d eau Exemples de valeurs de perméabilité Risques de condensation dans les parois Description du problème Mise en évidence des risques Solutions possibles Chapitre 5. Comportement acoustique et optique des matériaux Introduction Les ondes Les ondes élastiques Les ondes électromagnétiques Acoustique et architecture Onde acoustique et matériaux Vitesse de propagation Réflexion et réfraction d une onde aérienne par un solide Transmission et atténuation du son Niveau sonore et puissance acoustique Coefficient d absorption d un local Spectre d absorption d un matériau Aire équivalente d un local Temps de réverbération, aménagement des locaux Formule de Sabine Correction acoustique Indice d affaiblissement acoustique d une paroi Définitions Bruits standardisés Loi de masse (parois simples) Performances de parois composées Isolement acoustique d un local par une paroi Réglementation acoustique des bâtiments (NRA)

8 Table des matières XI 5.4 Lumière et matériaux Onde optique et matériaux Vitesse de la lumière dans les matériaux Transparence, opacité et couleur Réflexion et réfraction de la lumière naturelle Loi de Snell-Descartes Réflexion et éclat Transmission et atténuation de la lumière naturelle Facteurs énergétiques et optiques d un élément Facteur solaire (FS) Coefficient de transmission lumineuse (TL) Le coefficient de réflexion lumineuse (RL) Bibliographie Index

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