Caractéristiques mécaniques

a. Caractéristiques requises

Le béton de chanvre n’assure pas un rôle porteur vis -à-vis de la structure. Il convient cependant de garantir un minimum de résistance et de rigidité à ce matériau. L’association construire en chanvre propose ainsi des valeurs minimales indiquées dans le Tableau 1.14 pour la résistance en compression et le module d’élasticité (module apparent), selon l’application visée.

Tableau 1.14 Performances mécaniques minimales en fonction de l’application requises sur des échantillons stabilisés à 20°C et 50% HR [CEC, 10]

Les propriétés mécaniques du béton de chanvre sont évidemment fortement conditionnées par les propriétés du liant utilisé dans la formulation [SED,08]. Mais des éléments complémentaires, liés à la chènevotte, interagissent également. En première approche, la chènevotte peut être considérée comme une simple charge diluant le liant. Son caractère absorbant peut contribuer à modifier localement la concentration du liant en suspension et donc les résistances finales du mélange durci. De plus, selon [NOZ , 12] et [DIQ, 11], certains composés solubles de la chènevotte participent à la pénalisation des réactions d’hydratation des liants dans une zone de contact entre la chènevotte et le liant, cette zone pouvant s’étendre sur plus de 100 µm.

Le lien entre la composition du liant et les propriétés mécaniques finales du mélange durci sont donc difficiles à établir et certains développements de ce travail de thèse apporteront des éléments de discussion sur ce point.

Eléments Bibliographiques / Caractéristiques du béton de chanvre

b. Caractéristiques des liants

les liants utilisés dans la formulation de béton de chanvre sont caractérisés par des évolutions des performances mécaniques dans le temps (Figure 1.29). Ces performances sont également très influencées par les proportions d’eau mises en œuvre dans les mélanges. Une dilution trop importante pénalise ces résistances. En illustration, on peut citer les résultats de NGUYEN portant sur l’évolution des résistances de la chaux hydraulique formulée Tradical PF70 (Figure 1.30) en fonction du taux de gâchage des pâtes. Des résultats de même nature seraient obtenus avec des pâtes d’autres liants hydrauliques (ciments, plâtres…).

Figure 1.29 Evolution des propriétés mécaniques de deux pâtes de chaux hydraulique formulée : Tradical PF 70 (taux de gâchage de 0,5 et 0,6 [GLO, 11-1].

Figure 1.30 Evolution de la résistance en compression à 28 jours des éprouvettes de Tradical PF70 en fonction du rapport E/L [NGU, 10].

c. Caractéristiques des bétons de chanvre en lien avec la formulation

Cerezo [CER, 05] a réalisé des essais sur des bétons de chanvre en variant le dosage en liant. Selon elle, pour des concentrations volumiques faibles en liant, le béton de chanvre se comporte comme un empilement de particules compressibles, reliées entre elles par des « ponts » rigides de liant. En début de prise, le comportement mécanique est piloté essentiellement par le comportement de la particule. Ensuite, le liant durcit et stabilise mécaniquement la structure du matériau en limitant l’écrasement des granulats. Le matériau présente alors une résistance mécanique faible (Tableau 1.15).

Tableau 1.15 Caractéristiques mécaniques finales du béton de chanvre [CER, 05]

Pour un dosage en liant intermédiaire, le matériau est constitué d’une particule entourée d’une épaisseur variable de liant, selon le dosage. Le durcissement du liant permet d’augmenter les caractéristiques mécaniques. Ces épaisseurs variables crée nt un coté évolutif des propriétés. Avec un dosage fort en liant, les particules végétales sont noyées dans la matrice. Cette matrice représente une composante ri gide du matériau (fort contraste entre les 2 constituants) et induit un comportement se rapprochant du liant pur.

En parrallèle, la relation déformation-contrainte du mélange est affectée par la proportion de liant dans le mélange. Cette évolution est visible sur la Figure 1.31. Ces courbes permettent de récapituler l’effet de la composition sur la raideur apparente du produit, sa déformation à contrainte maximale, sa ductilité…

Figure 1.31 Comportement mécanique en compression du béton de chanvre à différents dosage en liant [CER, 05]

Nguyen [NGU, 10] a complété ces études en produisant les résultats obtenus en présence de béton de chanvre compacté. Les propriétés mécaniques augmentent significativement car le volume des pores diminue. Il apparait également qu’un optimum existe entre la quantité de chènevotte et la quantité de liant, le rapport L/G (Liant sur granulat) semble optimum à 2,15. De plus l’allure des courbes déformation –contraintes devient plus caractéristique d’un matériau compactant.

Eléments Bibliographiques / Caractéristiques du béton de chanvre

Figure 1.32 Comportement mécanique en compression à 28 jours d’éprouvettes de même composition et masse volumique initiale, confectionnées avec différents liants [NGU, 10]

Une relation évidente apparait entre les propriétés mécaniques d’un béton de chanvre et sa masse volumique finale. A composition identique, le changement de masse volumique d’un béton de chanvre est uniquement induit par une modification de sa compaction à la mise en œuvre. Une relation entre résistance et masse volumique (à matrice solide identique) de type loi puissance est utilisée par [ELF, 08] sur la base de principe d’homogénéisation ( Figure 1.33). Sur une gamme de masses volumiques plus étroite Nguyen [NGU, 10] utilise une régression linéaire (Figure 1.34).

On peut cependant noter qu’en généralisant cette approche à différentes matrices minérales poreuses Baux [BAU, 11] identifie plus aisément un modèle exponentiel ( Figure 1.35).

Figure 1.34 Evolution des propriétés mécaniques de bétons de chanvre [NGU, 10]

Figure 1.35 Evolutions de la résistance en compression en fonction de la masse volumique : rond : mousses CSS, losanges et croix : mousses de gypses, triangle : béton cellulaire, carré : béton de chanvre [BAU, 11]

y = 0,2023e^0,003x R² = 0,9788 0,1 1,0 10,0 100,0 0 500 1000 1500 2000 Rc (MPa) ÿ (kg/m³)

Chapitre 2