Construire des bâtiments avec des matériaux non conventionnels. terre (et pierre maçonnée avec la terre) paille (et autres fibres végétales)
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- Alain Bouffard
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1 Construire des bâtiments avec des matériaux non conventionnels terre (et pierre maçonnée avec la terre) paille (et autres fibres végétales) Page 1/61
2 Construire des bâtiments avec de la TERRE Page 2/61
3 Qu'est ce que «la terre» Du point de vue physique Pas de terre végétale Matériau argileux du site Matériaux délaissés par le GC Du point de vue de la géotechnique Classe A1 à A4 Classe B5 et B6 Classe C après tamisage Page 3/61
4 Qu'est ce que «la terre» 100 Argile (mécanique des sols) 80 passants (%) Béton Béton de sable et sable 0 0,01 0, diamètre des tamis (mm) Page 4/
5 Le matériau «terre» en construction Objectif : Construire des parois porteuses remplissage S'adapter aux matériaux disponibles aux techniques et technologies aux conditions locales climatiques socio-économiques Page 5/61
6 Différentes modes constructifs La terre : matériau porteur Page 6/61
7 1 - Matériaux «modelés» Sols fins 100 Argile (mécanique des sols) passants (%) 40 Béton Béton de sable et sable 0 0,01 0,1 1 diamètre des tamis (mm) Page 7/
8 Matériaux «modelés» PORTEURS Fabrication de blocs Réalisation de mur directement en place ADOBES BAUGE, COB ZABOUR Teneur en eau de fabrication Proche de wp Page 8/61
9 Terre modelée porteuse : fibres Ajout de fibres Retrait Ductilité Résistance traction et flexion Page 9/61
10 Terre modelée porteuse : adobe Page 10/61
11 Terre modelée porteuse : adobe Page 11/61
12 Terre modelée porteuse : adobe Page 12/61
13 Terre modelée porteuse : adobe Page 13/61
14 Terre modelée porteuse : adobe Page 14/61
15 Terre modelée porteuse : bauge, cob Page 15/61
16 Terre modelée porteuse : zabour Page 16/61
17 2 - Matériaux «compactés /compressés» Sols (plus) grenus 100 Argile (mécanique des sols) passants (%) 40 Béton Béton de sable et sable 0 0,01 0,1 1 diamètre des tamis (mm) Page 17/
18 Terre compactée porteuse : pisé Page 18/61
19 Terre compressée porteuse : BTC Page 19/61
20 Terre compactée/compressée porteuse Comportement mécanique de la terre Compactée Compressée Page 20/61
21 Terre compactée/compressée porteuse Fabrication d'éprouvettes 4,5 MPa 0,6 MPa 2,0 MPa Proctor et compactage statique Page 21/61
22 Terre compactée/compressée porteuse Compactage Résistance en compression Matériau non traité 2M Pa 4M Pa 6M Pa K ----M 8MPa K ----M 8M Pa 2,1 6 2, ,95 De ns ité sè che Maté riau non traité 2M Pa 4M Pa 6M Pa Même granulo kaolin montmorillonite 4 1,9 3 1,85 1,8 2 1,75 1 1,7 1, W (%) Page 22/61 10 W ( %) 15 20
23 Terre compactée/compressée porteuse Résistance en compression Résistance en traction (fendage) 0,2 à 4 Mpa 0,1 à 0,2 x Rc «module» d'élasticité sec, non stabilisé : 100 à 1000 MPa sec, stabilisé : 3500 MPa Page 23/61
24 Maçonnerie avec mortiers de terre Mortiers pour BTC Mortiers pour adobes Matériau similaire aux blocs, mais tamisé à 5mm Teneur en eau adapté à l'usage (sec) Matériau similaire aux adobes Finition simultanée du parement Maçonnerie de pierre & mortier terre Remplissage entre deux parements pierre ou maçonnerie pierre hourdées à la terre Page 24/61
25 Construire une coupole sans coffrage Arcs et pendentifs Page 25/61
26 Construire une coupole sans coffrage Adhérence instantanée due à la succion Page 26/61
27 Maçonnerie en BTC Comportement de l'interface mortier bloc après séchage Page 27/61
28 Maçonnerie en pierre Page 28/61
29 Complexité du comportement mécanique : paramètres... du matériau granulométrie type d'argile liants fibres du produit technique de mise en œuvre teneur en eau densité sèche à la fabrication, après séchage et retrait Page 29/61
30 Autres techniques utilisant la terre : - matériau de remplissage - enduit Page 30/61
31 Remplissage, non porteur, en terre Structure porteuse en bois : torchis Page 31/61
32 Remplissage, non porteur, en terre Remplissage en terre - paille Page 32/61
33 Les enduits à base de terre Protection des parois terre ou pierre Page 33/61
34 Patrimoine bâti en terre en France Page 34/61
35 Patrimoine en terre, en France Page 35/61
36 Patrimoine en terre, en France Important enjeu de la restauration des bâtiments en terre Mixité inappropriée de matériaux structurels Ouvertures mal conçues Enduits et peintures étanches... Réglementation sismique Pas de règles de calcul (Eurocode 8) Page 36/61
37 Complexité de la construction en terre Optimiser simultanément Le comportement mécanique L'architecture L'isolation : λ (conductivité thermique) BTC-pisé : 0,7 à 1,1 W/m.K L'inertie : ρ.c (capacité thermique) BTC-pisé : 800 Wh/m3.K Béton : 1,1 à 1,6 W/m.K Béton : 1,1 à 1,6 W/m.K La perméabilité à la vapeur d'eau : μ BTC-pisé : 7 à 10 Béton : 100 Page 37/61
38 Construire des bâtiments avec de la PAILLE (et autres FIBRES NATURELLES) Page 38/61
39 La paille : isolant et support d'enduit Enduit extérieur Bottes de paille Ossature bois (DTU 31,2) Panneau intérieur Extrait des Règles Professionnelles de la Construction en Paille Page 39/61
40 La paille : isolant et support d'enduit Grosses bottes Petites bottes Page 40/61
41 La paille : isolant et support d'enduit Page 41/61
42 Paille : matériau PORTEUR Enduit Support d'enduit Lisse haute Sangles de pré-compression Bottes de paille Lisse basse Page 42/61
43 Paille : matériau PORTEUR Page 43/61
44 Paille : matériau PORTEUR Principe de calcul enduit porteur Page 44/61
45 Paille : matériau PORTEUR Principe de calcul module «E» de la paille Densité : 80 à 130kg/m3 0,8 Mpa 0,2 MPa Page 45/61
46 Paille : matériau PORTEUR Principe de calcul module «E» de l'enduit Terre E: 20 MPa (terre brute), 140MPa (terre fibrée) à 500 MPa (terre stabilisée) Rc : 0,1 MPa (terre brute) à 2 MPa (terre stabilisée) Chaux aérienne E: 300 à 500 Mpa Rc : 1,5 à 2 MPa Page 46/61
47 Paille : matériau PORTEUR Expérimentations : paille & paille-enduit Page 47/61
48 Paille : matériau PORTEUR Transfert de charge pendant le séchage t=0 : charges reprises par la paille seule Enduit humide (E=0MPa) => E enduit <<< E paille Risque de transfert d'eau vers la paille Fluage de la paille t=3j : début du séchage de l'enduit Enduit (E ) => E enduit = E paille Risque d'humidification de la paille (moisissures?) Fluage paille + enduit Page 48/61
49 Paille : matériau PORTEUR Transfert de charge pendant le séchage t=20j : enduit sec E enduit >>> E paille Paille séchée Fluage stoppé (observations de terrain) modéliser le transfert des charges de la paille à l'enduit pendant la vie de l'ouvrage Page 49/61
50 Paille : matériau PORTEUR Comportement de l'interface paille-enduit Comportement des matériaux Procédures d'essais PAILLE ENDUITS Zone de pénétration de l'enduit Paille Enduit Caractéristiques mécaniques Comportement en cisaillement de l'interface pendant le séchage, jusqu'à l'état sec Boite de cisaillement circulaire DLL ( Ф 60cm) GRANDE boite de cisaillement DLL (1,5m x 1m) Page 50/61
51 Paille : matériau PORTEUR Paille porteuse existe depuis ans! Nebraska (USA) Page 51/61
52 Paille : matériau PORTEUR Le «SOD», plus ancien! Grandes plaines (CANADA) Page 52/61
53 Paille : matériau PORTEUR La paille porteuse, actuellement Suisse Espagne Grande Bretagne USA Werner SCHMIDT, Architecte, Suisse FRANCE Problème : assurance décennale! Page 53/61
54 Autres matériaux biosourcés Remplissage massif Chanvre-chaux, Terre-paille Paille de lin, de lavande, de miscanthus Isolant Laine de chanvre, de lin, de bois Laine de mouton, plume de canard Ouate de cellulose Page 54/61
55 CONCLUSION Page 55/61
56 Approche systémique Quels que soient les matériaux utilisés, un bâtiment, neuf ou ancien, n'est pas : Page 56/61
57 Approche systémique Matériaux et Systèmes sont des REPONSES Prendre en compte simultanément les aspects pas des choix a priori mécanique hygrothermique Matériaux et Structures inter-agissent, souvent en sens contraire Page 57/61
58 Approche systémique Avec les matériaux non conventionnels Caractéristiques mécaniques «faibles» => à adapter et optimiser selon les besoins Comportement hygro-thermique complexe Manque de connaissances scientifiques Manque de savoir-faire des professionnels Quel intérêt à développer ces matériaux?? Page 58/61
59 Intérêt des matériaux non-conventionnels Facteur 4 : réduire les GES par 4 en 2050 & ressources renouvelables / réutilisables Matériaux à faible énergie grise Filières courtes & productions locales peu de GES dus au transport «Basse» technologie Fabrication et Mise en œuvre => faible énergie Recyclage «facile» en fin de vie Page 59/61
60 Intérêt des matériaux non-conventionnels Développement de nouvelles filières économiques «vertes» Véritables alternatives pour la construction Répondre à des attentes sociales Matériaux simples (sain) et efficaces (thermique, coût) Réseau de PME à forte valeur «travail» Politique de la DGALN Règles pro, Labels, Formation... Page 60/61
61 Merci de votre attention Page 61/61
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