Pour certains ajouts bio-sourcés étudiés (Xan, HDL, HDLSurf et Ver), une réduction importante de l’absorption d’eau capillaire ainsi qu’une augmentation de la résistance à l’érosion ont précédemment été observées. Certains de ces ajouts bio-sourcés semblent aussi prometteurs pour limiter la chute de résistance mécanique des blocs de terre crue lorsqu’ils sont soumis à des variations importantes d’humidité (chapitre précédent). Ainsi ces traitements et ajouts bio-sourcés semblent très prometteurs pour protéger les matériaux de construction à base de terre crue de l’action de l’eau liquide. Cependant, ces ajouts semblent induire des mécanismes de protection de la microstructure des blocs de terre différents, selon l’ajout considéré. Les suivis des évolutions des angles de contacts apparents mesurés sur différentes formulations des trois terres étudiées devraient permettre de mettre en valeur ces mécanismes distincts et de vérifier les hypothèses formulées lors des études d’absorption d’eau capillaire et d’érosion à propos des mécanismes de protections induits par les ajouts d’huile de lin (HDL) et de gomme xanthane (Xan).
Si dans le cas des protections de surface à l’aide de vernis à base d’huiles végétales (Ver) ou d’huile de lin (HDL), une couche de protection hydrophobe est créée en surface des grains pour les protéger, les mécanismes induits par les traitements dans la masse des matériaux semblent plus complexes. C’est ces types
193 de formulations qui ont été étudiés ici. Les mesures d’angles de contact à la surface de formulations choisies ont donc été réalisées pour mieux les appréhender.
Les figures V-24 (a), (b), (c) et (d) illustrent les variations d’angles de contact de gouttes d’eau de 15 µL observées pour plusieurs formulations extrudées de la terre R (Terre R, Terre R + HMP, Terre R+HMP+HDL(2%) et Terre R+HMP+Xan(0,5%))à l’instant t=0 s. Dans l’ensemble comme les matériaux étudiés sont des matériaux poreux, les gouttes d’eau pénètrent très rapidement, voire instantanément dans le matériau et l’angle de contact d’une goutte à leur surface est très faible et très rapidement nul comme le matériau est par nature très hydrophile. Cependant certains ajouts permettent d’augmenter cet angle de contact observé et rendent le matériau à base de terre crue moins hydrophile. En annexe 7, pour chaque formulation et chaque mode de mise en œuvre de chaque type de terre, un angle de contact instantané mesuré est présenté. Dans l’ensemble, deux ajouts semblent légèrement augmenter ces angles de contact instantanés observés : l’ajout d’huile de lin dans la masse des matériaux (HDL 1% et HDL 2%) et dans une moindre mesure l’ajout de caséine (Cas 1%).
(a) Terre R (b) Terre R + HMP
(c) Terre R+HMP+HDL(2%) (d) Terre R+HMP+Xan(0,5%)
Figure V-24: Exemples d'angles de contact observées instantanément pour plusieurs formulations de la terre R : (a) Terre R, (b)Terre R + HMP, (c) Terre R+HMP+HDL(2%) et (d) Terre R+HMP+Xan(0,5%))
Sur la figure V-24, il apparait très clairement que pour 3 des formulations de la terre R, cet angle de contact est presque instantanément nul, l’eau pénétrant rapidement dans le matériau (Terre R, Terre R+HMP et Terre R+HMP+Xan(0,5%)). Pour la formulation de la terre R avec 2% d’huile de lin (HDL 2%) cet angle de contact instantané parait beaucoup plus élevé (72° ici) illustrant une surface de matériau rendue moins hydrophile à l’aide de cet ajout aux propriétés hydrophobes. Dès lors la différence de mode de protection à l’eau entre l’huile de lin et la gomme xanthane semble claire. Par l’étude de l’annexe 7, un seul autre type d’ajout semble aussi rendre les surfaces des matériaux légèrement moins hydrophiles : la caséine. La propriété hydrophobe de certains enduits à la caséine est d’ailleurs parfois évoquée dans la littérature [119, 120], et cette observation semble le confirmer.
Aussi, les figures V-25 et V-26 illustrent les évolutions des angles de contacts obtenus pour différentes formulations de la terre S extrudée et de la terre K mise en œuvre par compaction. Tous les autres résultats de ces évolutions obtenus pour les formulations de la terre R extrudée, de la terre K extrudée et de la terre
194 S compactée sont disponibles en annexe 8. Il semble assez clair que dans tous les cas (figures V-25 et V-26 et annexe 8) les ajouts d’huile de lin dans la masse (HDL 1% et HDL 2%) des matériaux mis en œuvre permettent de limiter et retarder l’absorption de la goutte d’eau ainsi que d’augmenter son angle de contact en surface du matériau afin de globalement retarder sa disparition. Dans ces cas d’ajouts d’huile de lin dans la masse des matériaux à la mise en œuvre, les angles de contact des gouttes d’eau en surface restent régulièrement visibles lors de plus longues durées (de 30 à 100 secondes environ) Dans certains cas l’ajout de caséine dans la masse des matériaux semble aussi limiter légèrement cette absorption et l’angle de contact reste visible plus longtemps (jusqu’à une dizaine de secondes pour la terre S). Pour la plupart des autres ajouts bio-sourcés étudiés, et du HMP, la durée durant laquelle la goutte d’eau reste visible en surface des matériaux et qu’un angle de contact est mesurable n’excède pas une seconde.
Figure V-25: Évolution des angles de contacts mesurés à la surface d'échantillons de différentes formulations extrudées de la terre S en fonction du temps
Ces observations concernant les ajouts d’huile de lin dans la masse des matériaux ont pu être constatées dans tous les cas de figure, pour tous les types de mise en œuvre, pour tous les types de terres, avec ou sans ajout de HMP. Ainsi l’huile de lin semble être très efficace, créant probablement une fine couche plus hydrophobe à la surface des particules fines, notamment les argiles, composant la microstructure des échantillons de terre crue, retardant ainsi très fortement leur vitesse d’absorption d’eau capillaire. Les évolutions d’angles de contact observées à la surface des échantillons formulés avec de la caséine sur les figures V-25 et V-26 ainsi qu’en annexe 8 permettent de supposer que la caséine en poudre ajoutée sans traitement particulier avec seulement un dispersant pourrait jouer, à moindre échelle, un rôle similaire à celui de l’huile de lin permettant de retarder légèrement l’absorption d’eau. D’ailleurs, lors des essais d’absorption capillaire et d’érosion, cet ajout semblait avoir un impact protecteur significatif sur les trois terres K, R et S. Selon le mode de mise en œuvre par extrusion ou compaction, les différences entre les angles de contact mesurés ne semblent pas très importantes, les échantillons compactés semblant tout de même présenter un état de surface plus compact, limitant donc légèrement l’absorption des gouttes d’eau.
Dans le cas des formulations des terres avec de la gomme xanthane, les angles de contact à la surface des échantillons étudiés ne semblent pas plus élevés et la pénétration de la goutte d’eau dans les matériaux ne semble pas retardée. Cependant, lors de toutes les campagnes précédentes, les formulations des terres avec de la gomme xanthane (Xan 0,5% et Xan 1%) présentaient de très bonnes propriétés de durabilité à l’eau et de résistances mécaniques soumises à des variations d’humidité. La gomme xanthane ne semble ainsi pas présenter des propriétés hydrophobes et le mécanisme limitant l’absorption d’eau, l’érosion et la perte de
0 10 20 30 40 50 60 70 0.00 0.01 0.10 1.00 10.00 100.00 A ngl e de conta ct (° ) t(s) Terre S_Moy Terre S-hmp-alg(1%)_Moy Terre S-hmp-Cas(1%)_Moy Terre S-HMP-HDL(2%)_Moy Terre S-HMP-Xan(0,5%)_Moy Terre S-HMP-Xan(1%)_Moy Terre S-Tan(0,4%)_Moy Terre S-Tan(0,8%)_Moy
195 résistance mécanique n’est pas le même que pour l’huile de lin dans ce cas. En effet, ici le mécanisme améliorant la durabilité à l’eau des blocs de terre crue est probablement dû aux liaisons électrostatiques et hydrogène que la gomme xanthane crée entre les particules composant leur microstructure. En effet certaines études ont porté sur l’observation de sols stabilisés à la gomme xanthane à l’aide d’un MEB ont permis de mettre en valeur le fait que la gomme xanthane pourrait créer un autre réseau de liaisons (électrostatique et hydrogène) peu sensible à l’eau au sein des matériaux en plus des liaisons sensibles à l’eau créées entre les argiles [151, 152]. Les mesures d’angles de contact ne sont ainsi pas une méthode adaptée pour traduire l’effet protecteur de la gomme xanthane pour les matériaux à base de terre crue.
Finalement si deux types de traitements dans la masse (huile de lin et gomme xanthane) des matériaux à base de terre crue semblent être efficaces pour améliorer leur durabilité à l’eau en modifiant leur microstructure, il ne faudrait pas qu’ils la modifient trop radicalement jusqu’au point d’impacter le transfert de vapeur d’eau dans leurs pores qui est une des propriétés importantes à préserver de la terre crue utilisée en tant que matériau de construction. Ainsi il serait intéressant d’étudier les propriétés de perméabilité à la vapeur d’eau des terres stabilisées à l’aide de gomme xanthane ou d’huile de lin et de les comparer avec les propriétés de ces terres non stabilisées, avec ou sans HMP. Les résultats obtenus permettraient de vérifier si des blocs de terre crue formulée avec de l’huile de lin ou de la gomme xanthane gardent les mêmes capacités à transmettre de la vapeur d’eau, propriétés permettant de réguler naturellement les ambiances intérieures des bâtiments, y améliorant ainsi le confort.
Figure V-26: Évolution des angles de contacts mesurés à la surface d'échantillons de différentes formulations compactées de la terre K en fonction du temps 0 10 20 30 40 50 60 70 0.0 0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0 A ngl e de conta ct (° ) t(s) Terre K_Moy Terre K-hmp_Moy Terre K-hmp-Alg(1%)_Moy Terre K-hmp-cas(1%)_Moy Terre K-hmp-HDL(1%)_Moy Terre K-hmp-HDL(2%)_Moy Terre K-HDL(2%)_Moy Terre K-Xan(0.5%)_Moy Terre K-hmp-Xan(1%)_Moy Terre K-Xan(1%)_Moy Terre K-OSE_Moy Terre K-tan(0.8%)_Moy Terre K-Ac.Citr.pH2_Moy
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Perméabilité à la vapeur d’eau de formulations choisies
a) Méthode de mesure
S’il est maintenant établi que certaines stratégies de formulation ou de protection de surface des blocs de terre crue leur permettent de limiter leurs propriétés d’absorption d’eau capillaire, de limiter leur érosion à l’eau, d’améliorer ainsi leur durabilité et de maintenir des niveaux de résistances mécaniques satisfaisants, ces ajouts pourraient aussi avoir un impact non négligeable sur le transfert de vapeur d’eau au sein de ces blocs de terre crue. La perméabilité à la vapeur d’eau d’un matériau donné est sa capacité à laisser passer l’humidité lorsqu’il est soumis à un gradient de pression de vapeur en régime permanent. Le concept de perméabilité à la vapeur considère plusieurs types de transferts : un transfert de vapeur par diffusion, un transfert de vapeur par effusion et un transfert de liquide (lié à la condensation capillaire) [253–255]. Dans cette étude, la méthode de la coupelle, définie par la norme AFNOR NF EN ISO 12572 relative aux performances hygrothermiques des matériaux et produits pour le bâtiment[256], a été suivie afin de déterminer les propriétés de perméabilité à la vapeur d’eau de différentes formulations de terre crue dans des conditions isothermes(23°C) pour une gamme donnée d’humidité relative (0/50%HR), en adsorption. Comme les mesures doivent être réalisées pour plusieurs échantillons d’une formulation donnée pour que les résultats soient précis (5 échantillons pour une formulation donnée étudiée), et que ce type de campagne expérimentale est longue à réaliser, seulement quelques formulations identifiées au préalable ont été sélectionnées pour leurs potentiels à réduire fortement la sensibilité à l’eau des matériaux de construction à base de terre crue. D’autres formulations plus simples ont aussi été étudiées à titre comparatif. La terre S a été choisie pour sa résistance élevée facilement atteignable et pour sa capacité à être facilement mise en œuvre en forme de cylindre de 2 cm de hauteur et de 11 cm de diamètre. Ainsi, seulement quatre formulations de la terre S ont été testées : « Terre S sans ajout », « Terre S+HMP », « Terre S+HMP+Xan(0,5%) » et « Terre S+HMP+HDL(2%) ». L’expérience a été menée sur 5 éprouvettes de chaque formulation listée précédemment selon les recommandations de la norme internationale « Méthode de la coupelle » déjà décrite dans l’étude de Collet et al. concernant la mise en œuvre de bétons de chanvre [253].