Comme évoqué précédemment, dans la littérature un grand nombre d’ajouts bio-sourcés ou de bio-procédés sont utilisés pour améliorer les caractéristiques du matériau terre selon des stratégies très différentes : certains ajouts vont augmenter les caractéristiques mécaniques du matériau à l’état sec, certains vont le protéger de l’eau en limitant son absorption ou son érosion, d’autres encore vont influer sur son comportement rhéologique à la mise en œuvre et certains vont même pouvoir rendre ce matériau résistant à l’immersion. Les ajouts ou procédés sélectionnés lors de ces travaux de thèse l’ont été pour ces différentes raisons. Les premiers essais permettant de déterminer les bons dosages (les plus faibles possible) pour chacun des ajouts ou procédés ont alors été réalisés selon les stratégies suivantes.
Essais préliminaires
Une pré-étude rhéologique a été menée pour les ajouts identifiés comme potentiels dispersants. Cette étude rhéologique a été menée sur la kaolinite pure composant la fraction argileuse de la terre K. Cette argile seule ou formulée avec les potentiels dispersants, a été amenée à chaque fois à une teneur en eau équivalente à sa limite de liquidité (connue, de 65,5 %). Les états de consistance ont ainsi visuellement été comparés de la sorte : pour une formulation donnée, sa consistance a été estimée plus ou moins liquide que la référence (argile seule).
L’impact de certains ajouts sur la résistance à la compression de la terre K à l’état sec (notée Rc sèche) ou ponctuellement de la terre R a été évaluée et les masses volumiques sèches des matériaux ont été mesurées. Les essais de compression ont été réalisés suivant les recommandations généralement décrites dans différentes normes comme la norme NF EN 196-1 relative à la mesure des résistances mécaniques sur les mortiers de ciment, la norme XP P 13-901 relative aux briques de terre crue ou encore la norme NF EN ISO 17892-7 relative aux essais de compression uni-axiaux sur les sols [23, 193, 194]. Tous ces essais préliminaires ont été réalisés sur des éprouvettes d’élancement 1 après séchage à l’étuve à une température inférieure à 60°C jusqu’à stabilisation en masse. Pour ces essais préliminaires des éprouvettes moulées dans des moules à mortier de ciment 40*40*160 mm3 àbase de la terre K ont été préparées et quelques éprouvettes cylindriques de diamètre 35mm à base de la terre R ont été extrudées. L’impact des ajouts bio-sourcés sur les Rc sèches et les masses volumiques sèches mesurées des matériaux étudiés a ainsi été évalué, permettant d’estimer le dosage optimal pour un ajout donné.
Pour certains ajouts, la tenue à l’immersion des terres formulées a été évaluée pendant des durées de 5 minutes. Des demi-éprouvettes moulées (40*40*80 mm3) de formulations de la terre K ont été immergées pendant 5 minutes et leur tenue à l’eau a été notée : si l’éprouvette restait intacte après cette immersion le test était positif.
Pour certaines formulations du sol K, les Rc après immersion de 5 min ont aussi été évaluées suivant la même procédure que pour les Rc sèches. Cet indicateur a aussi permis d’estimer des dosages en ajouts nécessaires.
Pour les traitements de surface, les dosages ont été déterminés selon les recommandations des fournisseurs, ou par défaut ont été appliqués au pinceau en trois couches.
80 Potentiels dispersants
Les ajouts pouvant jouer un rôle de dispersant potentiel pour les fractions argileuses sont de différentes natures : tanins, acides organiques, bases minérales et sels inorganiques. Parmi ces ajouts testés, on liste les tanins de châtaigniers (tan), l’extrait de glands de chêne (OSE), l’acide citrique (Ac. Citr.), le bicarbonate de sodium (Na-HCO3), le carbonate de sodium (Na2CO3) et l’hexametaphosphate de sodium (HMP). Tous ces dispersants sélectionnés semblent fonctionner par répulsion électrostatique. Cependant, on peut les classer en trois groupes : les tanins, les acides/bases, et le dispersant de référence (HMP).
Pour chaque type de dispersants, différents aspects ont été étudiés. Parmi ces aspect, l’impact sur la rhéologie a été systématiquement étudié. Comme l’ajout de dispersant semble avoir un effet sur les propriétés mécaniques du matériau terre crue après mise en œuvre, mais que le nombre d’ajouts testés pouvait vite multiplier le nombre d’essais à réaliser, seulement deux des dispersants potentiels les plus prometteurs selon la littérature [25, 39, 46, 111, 114, 116, 137, 138] ont été sélectionnés à différents dosages pour étudier leur effet sur ces propriétés. Pour les influences des dispersants sur ces propriétés mécaniques après mise en œuvre c’est le dispersant de référence qui a été retenu (HMP) ainsi que les tanins de châtaigniers (tan). Les dosages retenus, récapitulés dans le tableau II-10, l’ont été au regard de leurs effets sur les différents critères précédemment listés. Pour les études de leurs impacts sur les comportements rhéologiques des matériaux terre les tanins (tan et OSE) ont été dosés en « excès », inspirés par différentes études [137, 138], tout en limitant leur ajout pour qu’il ne soit pas supérieur à 5% de la masse sèche de la terre, afin d’être sûr d’observer un impact visible sur ces caractéristiques. Pour ces études rhéologiques, les acides et bases ont été mis en solutions à différents pH selon leurs propriétés pour faire varier le pH du milieu de 2 à 12 environ. Pour le dosage en HMP les premiers dosages retenus étaient de 0,25% de la masse de la fraction fine étudiée selon les conclusions de l’étude de Perrot et al. (2016) [116]. Pour les études des propriétés mécaniques (Résistance à la compression Rc sèche) des mélanges terres/dispersant, le dosage a été établi afin de ne pas dépasser 1% en masse sèche de la terre pour les tanins de châtaigniers en poudre. Pour cet aspect, l’ajout de HMP considéré a été le même pour toutes les terres et fixé à 0,25% de la fraction argileuse d’un point de vue granulométrique.
Ajout Aspect étudié Dosage
HMP Études rhéologiques R 0,25% masse sèche fraction fine
c sèche 0,0425% masse sèche terre
Tan Études rhéologiques R 4% masse sèche fraction fine
c sèche 0,2%, 0,4% et 0,8% masse sèche terre
OSE Études rhéologiques 4% masse sèche fraction fine
Ac. Citr. Études rhéologiques Solutions pH2 et pH4
Na-HCO3 Études rhéologiques Solution pH8
Na2CO3 Études rhéologiques Solutions pH10 et pH11.9
Tableau II-10: Dosages sélectionnés pour les potentiels dispersants
Les essais préliminaires ont aussi porté sur l’impact de 2 ajouts sur les Rc sèches de terres sélectionnées (soit la terre K soit la terre R).
C’est d’ailleurs le principal paramètre qui a été considéré au départ des travaux de thèse pour établir les dosages étudiés : l’impact d’ajouts sélectionnés sur la Rc sèche.
81 Augmentation de la résistance à l’état sec
L’impact des différents dosages en ajout sur les résistances à l’état sec et sur les masses volumiques de terres données a donc été évalué. Le tableau II-11 liste les dosages qui ont été étudiés pour cet aspect.
Ajout Terre /procédé mis en œuvre Dosages étudiés
Référence K Terre K/moulée -
Référence R Terre R/extrusion -
HMP Terre K/moulée 0,0425% masse sèche terre
Tan Terre R/ extrusion 0,2%, 0,4% et 0,8% masse sèche terre
HDL Terre K/Moulée 0,25%, 0,5%, 1%, 2%, 4% masse sèche terre
Xan Terre K/Moulée 0,1%, 0,25%, 0,5%, 1%, 2%, 5% masse sèche terre
Col Terre K/Moulée 6,25 g/L eau de gâchage, instructions fournisseur
Foi/Pai Terre K/Moulée
Terre mis en œuvre après avoir été formulée avec ces eaux de
fermentations de foin ou de paille.
Cas Terre K/Moulée
0,2%, 0,6%, 1%, 1,2% masse sèche terre Terre R/extrusion Masse sèche terre 0,5%, 1%, 2%
Alg Terre K/Moulée
0,6% + étude Perrot et al. [111] 1%, 3% et 5% de la masse de la fraction argileuse, soit 0,2% 0,6 % et 1% de la masse de terre
sèche
Terre R/extrusion 1% masse sèche terre
Tableau II-11: Dosages pré-études Rc Sèche Tenue à l’immersion de 5 minutes
Cet essai de tenue à l’immersion n’a été réalisé que pour quelques ajouts testés déjà identifiés : la gomme de xanthane et l’huile de lin qui ont les potentiels de conférer à la terre une résistance à l’immersion élevée d’après l’étude bibliographique initiale. Cette tenue à l’immersion peut être considérée comme étant un marqueur d’une bonne durabilité à l’eau de la formulation étudiée.
Obtention d’une résistance après immersion de 5 minutes
Ces essais n’ont initialement été réalisés que pour les formulations Terre K + HDL. Autres dosages étudiés
Pour les ajouts et bio-procédés correspondant à un traitement de surface des éprouvettes, leur application s’est faite en 3 couches sur toutes les surfaces des éprouvettes pour l’huile de lin (HDL) et le vernis à base d’huiles végétales (Ver). En revanche, elle a été réalisée selon le procédé préconisé par Amonit© pour la biocalcification en surface (Biocal).
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