CARACTERISATION THERMOMECANIQUE DES BLOCS DE TERRE COMPRIMEE (BTC) AVEC AJOUT DE SCIURE DE BOIS

(1)

REPUBLIQUE DU BENIN

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI

ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI

DEPARTEMENT DE GENIE CIVIL Option : Bâtiment & Travaux Publics

POUR L’OBTENTION DU DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION

Présenté par:

Sèfiou J. AVAMASSE

Soutenu publiquement le 14 Février 2012 devant le jury composé de : Président : Pr ADJOVI C. Edmond, Enseignant à l’EPAC/ UAC

Membres : 1°) Dr TOUKOUROU Chakirou, Maître de mémoire 2°) Dr ALLOBA Ezéchiel, Enseignant à l’EPAC/ UAC

3°) Mr GBAGUIDI Septime, Collaborateur externe de l’EPAC

Thème : CARACTERISATION

THERMOMECANIQUE DES BLOCS DE TERRE COMPRIMEE (BTC) AVEC AJOUT DE SCIURE

DE BOIS

Année académique 2010-2011 Quatrième promotion

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DEDICACES

A mon épouse Akankè ma famille et toutes les sœurs et frères musulmans …

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ii

REMERCIEMENTS

Au Nom de Dieu, Le Clément, Le Miséricordieux

Au fil du temps et de la rédaction de ce mémoire, la liste des femmes et des hommes qui ont permis la réalisation de ce travail s’est allongée, et je suis presque sûr, au moment où je pense aux uns et aux autres, que de précieux noms vont m’échapper, sans pourtant que l’importance de leur présence ou de leur contribution soit minimisée, d’une façon ou d’une autre. Il en est d’autres à qui la discrétion ou quelque autre raison a fait choisir l’anonymat: nous les comprenons et notre cœur les remercie au-delà de ces pages avec l’affection qu’ils savent leur être offerte.

Nous aimerions d’abord remercier notre encadreur, Dr Akanho Chakirou TOUKOUROU, qui dès le départ, a cru à l’aboutissement de ce travail. Nous n’avons souffert de rien, documentations, matériels, nous lui devons presque tout.

Nous voudrions faire part de notre profonde gratitude à Monsieur Badirou KOUFEIDJI, Directeur du bureau d’études SETCA, qui nous a prodigué de précieux conseils tout au long de notre stage au sein de sa structure ; son expérience dans les BTP force l’admiration.

Nous tenons à exprimer toute notre gratitude au Docteur Clément AHOUANOU Coordonnateur du Master Energies Renouvelables et Systèmes Energétiques de l’EPAC (Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi), et Monsieur Yves Jeannot, HDR de l’Institut National Polytechnique Lorraine de Nancy et Ingénieur de recherches CNRS, pour leur soutien et le sérieux accordé à la réalisation des essais thermiques.

Nous voudrions remercier les ingénieurs de conception Ghislain FANOU et Abdel BOUSSARI, pour leur précieux apport.

Que le Docteur Adolphe TCHEOUALI, Chef de département Génie civil de l’EPAC trouve l’expression de nos chaleureux remerciements.

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iii

Nous remercions de tout cœur le Professeur Félicien AVLESSI, Directeur de l’EPAC, son adjoint, le Docteur Clément BONOU et tout le personnel du Laboratoire d’Essais et de Recherches en Génie Civil (LERGC), en particulier le Docteur Crépin ZEVOUNOU, pour leur disponibilité à nous former et à nous aider en tout temps au cours de notre formation et durant la réalisation de ce travail.

Une note particulière au Docteur Anicet YAMONCHE, chef du département de Génie civil de IUT LOKOSSA, et directeur du laboratoire GEE à Porto-Novo, et tout le personnel dudit laboratoire pour avoir accepté diriger une partie des essais techniques.

Toute notre gratitude à l’endroit de tout le corps professoral du département de Génie Civil de l’EPAC qui n'a ménagé aucun effort pour nous donner le savoir auquel nous nous accrochons aujourd'hui pour faire valoir notre formation d’une part et pour son apport incontestable et inestimable d’autre part.

Dr SAVY Mathias, Docteur es Sciences en Calcul de Structures, CES de l’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, spécialité : Ouvrages d’Art ; Professeur ADJOVI Edmond, Maître de conférences en Sciences de l’Ingénieur ;

Dr ALLOBA Ezéchiel, Docteur Ingénieur en Génie Civil, Spécialiste de routes ;

Dr BACHAROU Taofic, Docteur Ingénieur en Hydraulique ; Dr DIOGO Noël, Docteur architecte

Dr CODO François de Paule, Docteur Ingénieur en Génie Minier;

Dr DEGBEGNON Léopold, Docteur Ingénieur en Géodésie ; Dr GBAGUIDI Aïssè Gérard, Docteur Ingénieur en Génie Civil ;

Dr GBAGUIDI S. Victor, Docteur Ingénieur en Génie Civil ; Spécialiste en structure ;

Dr GIBIGAYE Mohamed, Docteur Ingénieur en Génie Civil spécialiste en structure ;

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iv

Dr HOUINOU Gossou Jean, Docteur Ingénieur en Génie Minier et Topographie ;

Dr TCHEHOUALI Adolphe, Docteur Ingénieur en Génie Civil, Spécialiste des Matériaux de Construction, Chef du Département de Génie Civil ;

Dr WANKPO Tonalémi Epiphane Sonon, Docteur Ingénieur en Hydraulique ;

Dr ZEVOUNOU Crépin, Docteur en Géologie;

Dr ZINSOU Kodjo Luc, Docteur Ingénieur en Mécanique des sols ; Dr HOUINOU Agathe, Docteur Ingénieur en Mécanique des sols ; Dr CHAFFA Gédéon, Docteur en Energétique ;

Monsieur SEWANOUDE Cosme, professeur de comptabilité ; Dr SIMICLAH Etienne, Docteur en droit ;

Monsieur LAADE Cyprien, en service à la documentation du Département de Génie Civil, Agent du LERGC.

A toutes celles et ceux qui nous ont entouré de leur soutien discret, nous voudrions faire part de notre profonde gratitude.

Il y a bien sûr notre maître Cheick Ibrahim BOHITEY, pour sa présence stimulante, et par lui, nous voudrions témoigner notre reconnaissance à tous ceux qui ne cessent de nous rappeler l’Unique.

Nous devons à notre sœur Hermence, notre oncle Benjamin, notre mère et notre père un accompagnement et un soutien permanent.

Nos ultimes remerciements sont à l’Unique, le Très Rapproché afin qu’Il accepte et accueille ce travail.

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v

SOMMAIRE

SOMMAIRE ... i

DEDICACES ... i

REMERCIEMENTS ... ii

Liste des sigles et abréviations ... vi

Liste des figures et courbes ... ix

Liste des tableaux ... xi

Résumé ………...xiii

Abstract ………...xiv

Introduction ... 1

PREMIERE PARTIE : Revue de littérature ... 3

Chapitre 1 : LES MATERIAUX COMPOSITES ... 4

Chapitre 2 : CONFORT THERMIQUE DANS LE BATIMENT ... 16

Chapitre 3 : LE MATERIAU TERRE ... 25

Chapitre 4 : LE CIMENT ... 34

Chapitre 5 : LE MATERIAU BOIS ... 45

Chapitre 6 : STABILISATION DES BRIQUES DE ERRE ET PRESSES DE PRODUCTION ... 56

Chapitre 7 : CARACTERISATION MECANIQUE DES BLOCS DE TERRE COMPRIMEE ... 61

Chapitre 8 : CARACTERISATION THERMIQUE DES BLOCS DE TERRE COMPRIMEE ... 65

DEUXIEME PARTIE : Matériels et méthodes ... 79

Chapitre 9 : CARACTERISATION MECANIQUE DES BLOCS DE TERRE COMPRIMEE AVEC AJOUT DE SCIURE DE BOIS ... 80

Chapitre 10 : CARACTERISATION THERMIQUE DES BLOCS DE TERRE COMPRIMEE AVEC AJOUT DE SCIURE DE BOIS ... 97

TROISIEME PARTIE : Résultats et discussion ... 104

Chapitre 11 : CARACTERISTIQUES MECANIQUES DES BLOCS DE TERRE COMPRIMEE AVEC AJOUT DE SCIURE DE BOIS ... 105

Chapitre 12 : CARACTERISTIQUES THERMIQUES DES BLOCS DE TERRE COMPRIMEE………...125

Conclusion et perspectives ... 132

Références bibliographiques ... 134

ANNEXES ... 144

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vi

Liste des sigles et abréviations

A

ABS : Acrylonitrile Butadiène Styrène

AFNOR : Association Française de normalisation ASTM: American Society for Testing and Materials

ATIBT : Association Technique Internationale des Bois Tropicaux B

BTC : Bloc de Terre Comprimée.

BTC 10 : Bloc de terre comprimée enrichie à 10% de ciment.

BTC 10 4% : Bloc de terre comprimée enrichie à 10% de ciment et incorporant 4% de sciure de bois.

BTC 10 2%A : Bloc de terre comprimée enrichie à 10% de ciment et incorporant 2% de sciure d’afzélia africana.

BTC 10 2%T : Bloc de terre comprimée enrichie à 10% de ciment et incorporant 2% de sciure de Tectona grandis .

C

CCB : Composite à matrice polymère CG : Verre cellulaire

CMC : Composite à matrice céramique CMM : Composite à matrice métallique CMP : Composite à matrice polymère

CT-RILEM : Commission technique de la réunion internationale des laboratoires d’essai et de recherche sur les matériaux

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vii

D

DGFRN : Direction Générale des Forêts et Ressources Naturelles G

GTR : Guide des Terrassements Routiers E

ENTPE : Ecole Nationale des Travaux Publics de l’Etat de Lyon EPB : Perlite Expansé

EPS : Polystyrène expansé L

LGM : Laboratoire de Géo Matériaux

LGEE : Laboratoire du Groupement d’Entreprise EMCR (Porto-novo)

M

MEB : Microscope Electrique à Balayage MIP : Porosimétrie par intrusion mercure MW : Laine de verre minérale

O

ONAB : Office Nationale du Bois

ORAN : Organisation Régionale Africaine de Normalisation

P

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viii

PF : Phénol

PIR : Poly iso cyanurate PUR : Polymère

S

SBEE: Société Béninoise d’Energie Electrique

SETCA : Société d’étude Technique de Control et d’Assistance

T

TEO : Teneur en Eau Optimale U

UV : Ultra violet X

XPS : Polystyrène extrudé

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ix

Liste des figures et courbes

Figure 1.1 : Aspect de la laine de verre ... 17

Figure 1.2 : Aspect du polystyrène expansé et du polystyrène extrudé ... 18

Figure 1. 3 : Aspect de la laine de roche commercialisée ... 18

Figure 1.4 : Aspect des panneaux à base de fibres de bois commercialisés ... 20

Figure 1.5 : Aspect naturel de la gousse de mil ... 20

Figure 1.6 : Mise en œuvre des cloisons en paille sur un chantier ... 21

Figure 1.7 : Aspect naturel de la sciure de bois ... 22

Figure 1.8 : Cinétiques d’hydratation des phases anhydres dans une pâte de ... 40

Figure 1.9 : Chaleur d’hydratation d’une pâte de ciment ... 41

Figure 1.10 : Représentation schématique de l’hydratation du ciment ... 41

Figure 1.11 : Evolution en fonction du temps d’hydratation, des modules élastiques G' et G'' d’une pâte de ciment ... 44

Figure 1.12 : Coupe transversale d’un tronc d’arbre ... 46

Figure 1.13 : Structure tridimensionnelle d’un feuillu : (a) vaisseau, (b) fibre,(c) parenchyme et (d) ponctuations ... 47

Figure 1.14 : Association de fibrilles de celluloses, d’hémicelluloses et de ... 48

Figure 1.15 : Structure de la cellulose ... 48

Figure 1.16 : Monomères constituant la lignine ... 49

Figure 1.17 : Structure de la paroi cellulaire ... 51

Figure 1.18: Absorption des molécules d’eau par le bois ... 52

Figure 1.19 : Presse CINVARAM ... 60

Figure 1.20 : Différentes procédures d’essais de compression sur BTC dans la littérature ... ……….64

Figure 1.21 : Coupe du dispositif des ‘’ boites‘’ ... 70

Figure 1.22 : Schéma de principe de la méthode de la plaque chaude gardée. ... 71

Figure 1.23 : Schéma du montage de la méthode du plan chaud ... 73

Figure 1.24 : Schématisation d’un plan chaud et notation ... 74

Figure 1.25 : Schéma du dispositif plan chaud asymétrique……… 78

Figure 1.26 : Schéma du dispositif plan chaudsymétrique………..76

Figure 1.27 : Vue d’une sonde de type fil chaud ... 77

Figure 1.29 : Schéma de principe de la méthode flash ... 78

Figure 2.1 : Situation géographique du site de prélèvement de la latérite ... 82

(11)

x

Figure 2.2 : Différentes étapes de détermination de l’équivalent de sable ... 85

Figure 2.3 : Différentes étapes de réalisation du béton de terre ... 90

Figure 2.4 : Schéma synoptique de production des BTC ... 90

Figure 2.5 Presse de l’étude ... 92

Figure 2.6 : Cure humide des blocs ... 92

Figure 2.7 : Essai d’absorption d’eau par capillarité des BTC ... 93

Figure 2.8 : Essai de flexion 3 points sur BTC ... 94

Figure 2.9 : Essai de résistance en compression sur BTC ... 95

Figure 2.10 : Brosse métallique plus surcharge de 3 Kg ... 96

Figure 2.11 Moule de fabrication des plaques des BTC ... 98

Figure 2.12 Dispositif expérimental d’une mesure plan chaud asymétrique. ... 100

Figure 2.13 : Vue globale d’un dispositif expérimental d’un plan chaud asymétrique ... 100

Figure 2.13 : Organigramme de principe de mesure de caractéristiques thermiques ... 103

Figure 3.1 : Courbe granulométrique par tamisage ... 108

Figure 3.2 : Courbe de la limite de liquidité ... 110

Figure 3.3 : Courbe Proctor ... 112

Figure 3.4 : Position du point P1 (WL ; IP) du puits 2 sur le diagramme de plasticité ... 113

Figure 3.5 : Influence de la teneur en ciment sur la résistance en flexion 3 points des BTC 115 Figure 3.6 : Influence de la teneur en ciment sur la résistance compression des BTC ... 116

Figure 3.7 : Influence de l'eau de gâchage sur la résistance en flexion 3 points ... 117

Figure 3.8: Influence de teneur en sciure sur la résistance en flexion 3 points ... 118

Figure 3.9: Influence de teneur en sciure sur la résistance en compression ... 119

Figure 3.10 : Résistance en flexion 3 points des BTC incorporant de la sciure ... 120

Figure 3.12: Résistance en compression des BTC incorporant de la sciure ... 121

Figure 3.13 : Valeurs estimées du temps d’acquisition et la tension ... 124

Figure 3.14 : Courbe de l’élévation de température et de la sensibilité ... 125

Figure 3.15 : Valeurs estimées des paramètres thermiques du BTC 10 ... 126

Figure 3.16 : Courbe modèle et expérimentale et de résidus de l’essai sur l’échantillon BTC 10………. ... 127

Figure 3.17 : Influence de la sciure sur la capacité calorifique ... 129

Figure 3.18 : Influence de la sciure sur la diffusivité thermique ... 129

Figure I.1 : Diagramme de plasticité ... 171

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xi

Liste des tableaux

Tableau 1.1: Propriétés de certains composites à matrice métallique renforcés par des fibres

continues et alignées ... 9

Tableau 1.2 : Résistance à la rupture et facteur critique d’intensité de contrainte d’une céramique d’alumine (Al2O3) renforcé par des trichites SiC en fonction de la fraction volumique du renfort ... 10

Tableau 1.3 : Compatibilité entre le bois et le ciment suivant les valeurs du coefficient d’Hachimi ... 12

Tableau 1.4 : Composition des latérites ... 31

Tableau 1.5 : Composition chimique du clinker de ciment portland ordinaire ... 36

Tableau 1.6: Composition minéralogique moyenne du clinker de ciment ... 36

Tableau 1.7 : Produits de l’hydratation des ciments Portland ... 39

Tableau 1.8 : Evolution du nombre des trois types d’intervenants dans notre secteur forestier ………53

Tableau 2.1 : Caractéristiques chimiques de l’essence Afzélia africana ... Erreur ! Signet non défini. Tableau 2.2 : Composition des mélanges ... 91

Tableau 2.3 : Composition en masse des mélanges ... 91

Tableau 3.1 : Analyse granulométrique par tamisage ... 107

Tableau 3.2 : Limites d’Atterberg ... 111

Tableau 3.3 : Résultats de l’essai Proctor modifié ... 111

Tableau 3.4 : Equivalent de sable ... 114

Tableau 3.5 : Valeurs des caractéristiques thermiques évaluées pour le BTC 10 2% T ………..128

Tableau A.1 : Résistance en flexion 3 points du BTC 6 ... 145

Tableau A.4 : Résistance en flexion 3 points du BTC 10 2% T ... 148

Tableau A.5 : Résistance en flexion 3 points du BTC 10 2% A ... 149

Tableau A.6 : Résistance en flexion 3 points du BTC 10 4% ... 150

Tableau B.1 : Résistance à la compression du BTC 6 ... 153

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xii

Tableau B.4 : Résistance à la compression du BTC 10 2% T ... 156

Tableau B.5 : Résistance à la compression du BTC 10 2% A ... 157

Tableau B.6 : Résistance à la compression du BTC 10 4% ... 158

Tableau C.1 : Résistance en flexion 3 points des BTC pour la détermination de la T.E.O ... 161

Tableau D.1 : Résistance à l’abrasion de BTC 10 2% T ... 162

Tableau D.2 : Résistance à l’abrasion de BTC 10 2% A ... 162

Tableau G.1 : Propriétés thermiques des matériaux ... 170

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xiii

Résumé

Ce travail porte sur la valorisation des matériaux locaux de construction au Bénin. Nous avons confectionné un matériau (bloc de terre comprimée incorporant de la sciure de bois) composé d’un mélange de sciure de bois, de latérite et de ciment.

Après une caractérisation des matières premières, il en ressort une compatibilité qui rend possible leur utilisation pour la confection des blocs de terre comprimée.

L’étude des résistances mécaniques jumelée aux dispositions normatives permettent de retenir une composition de BTC dosée à 10% de ciment et 2% de sciure de l’essence Tectona grandis comme plus résistante.

La méthode du plan chaud asymétrique a été utilisée pour l’estimation de certains paramètres thermiques suivants:

 la conductivité thermique ;

 la diffusivité

 l’effusivité

 la capacité calorifique

Cette méthode procède par une modélisation quadripolaire 1D ; ce qui permet de représenter avec précision la température au centre d’une sonde liée aux échantillons d’étude.

Les résultats obtenus ont montré que l’ajout de la sciure aux blocs de terre comprimée ordinaires a nettement amélioré les performances isolantes du matériau composite final.

Mots clés : bloc de terre comprimée, sciure, paramètres thermiques, résistances mécaniques,

(15)

xiv

Abstract

This work is about local construction materials valorization in Benin. We perfected a material (block of compressed ground which contained wood sawdust) composed of a mixture of wood sawdust, laterite and cement.

The characterization of raw materials brings out that they can be used to make blocks of compressed ground.

The mechanical resistances study combined with normative dispositions enable to deduct a composition of BTC measured at 10% of cement and 2% of Tectona grandis wood sawdust. This composition is the most resistant.

The assymetric hot plan method has been used for the estimation of some thermal parameters:

 heat conductivity;

 diffusivity

 effusivity

 heat loss capacity

This method uses a quadripolar modelling 1D ; it enables to represent with accuracy the temperature in the core of a bore tied to the study samples.

The results brought out that the addition of wood sawdust to block of compressed ground really improved the insulating properties of the material.

Key words: block of compressed ground, wood sawdust, thermal parameters, mechanical resistances.

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INTRODUCTION

1

Introduction

Afin de résoudre les problèmes liés à la sauvegarde de l’environnement, la maîtrise et la gestion des déchets demeurent un problème crucial. Les sciures de bois issues des scieries participent à une échelle non moins négligeable, à la dégradation de l’environnement. En effet, dans les pays en voie de développement, les unités de transformation du bois génèrent environ 30 à 50%

du volume de bois de transformation sous forme de déchets ou de produits connexes [1]. Dans les pratiques habituelles, les sous-produits rejetés sont utilisés comme combustible, favorisant une production substantiellement importante de dioxyde, principal gaz à effet de serre. Des initiatives tentant à recycler ces déchets et à les utiliser pour l’élaboration des matériaux de construction seraient d’un intérêt économique et environnemental.

La Conférence Internationale des Nations Unies - Habitat sur les établissements humains insistait sur la nécessité de développer et de promouvoir des matériaux et des techniques de construction adaptés aux conditions locales.

Par ailleurs, la conférence soulignait le fait que la terre, parmi l’ensemble des matériaux utilisés par l’homme au cours de l’histoire, demeurait celui le plus employé par les populations à bas revenu dans les pays en voie de développement.

La terre ne possède nullement les propriétés thermiques dont on a bien voulu la doter. Le matériau n’est pas très isolant, [2] . Les chiffres qu’ils indiquent sont patents : pour une masse volumique de 2 000 la conductivité thermique est 1,1 . Pour améliorer la résistance thermique de la terre crue, son pouvoir isolant peut être renforcé par l’ajout de fibres végétales : paille, chanvre, copeaux de bois, lin, roseau broyé…

C’est dans ce contexte que ce travail se propose d’explorer les possibilités d’utilisation des blocs de terre comprimée (BTC) avec ajout de sciure de bois.

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INTRODUCTION

2

Lesdites sciures sont issues des essences tropicales telles que Afzélia africana couramment appelé afzélia et le Tectona Grandis encore appelé teck.

Le présent rapport est organisé en trois principales étapes.

Une revue de littérature qui renseignera sur les matériaux composites, et les matériaux entrant dans la confection des BTC avec ajout de sciure de bois.

Dans la seconde partie, il s’agira de présenter les matériels et méthodes d’évaluation des propriétés thermiques et mécaniques des BTC avec ajout de sciure de bois.

Nous présenterons dans la troisième partie les résultats et discussions.

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3

PREMIERE PARTIE : Revue de

littérature

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4

Chapitre 1 : LES MATERIAUX COMPOSITES

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Revue de littérature CHAPITRE 1 : LES MATERIAUX COMPOSITES

5

CHAPITRE 1 : Les matériaux composites

1.1 Définition et généralités

De nombreuses technologies modernes font appel à des matériaux dotés de propriétés que ne peuvent offrir les matériaux traditionnels (métaux, céramiques et polymères). Les ingénieurs recherchent de plus en plus des matériaux de construction légers, robustes, rigides, résistants au choc, à l’abrasion et à la corrosion mais aussi capables d’apporter une bonne isolation thermique: une combinaison de propriétés assez exceptionnelle. Les matériaux résistants sont souvent relativement denses et une augmentation de la résistance et de la rigidité fait généralement diminuer la résilience [2].

Les matériaux composites sont vieux comme le monde. Il y a plusieurs millénaires, les artisans de l’Egypte ancienne augmentaient les propriétés mécaniques des briques par une adjonction de paille courte à l’argile fraîche.

Certains matériaux naturels comme le bois (fibre de cellulose dans une matrice de lignine) et l’os (mélange complexe de collagène et de phosphate de calcium) sont des matériaux composites.

Un grand nombre de matériaux de synthèse sont également des matériaux composites. Ainsi le béton armé, qui est le principal matériau de génie civil, est composé de sable, de gravier reliés par un ciment hydraulique et d’une armature métallique. Les composites organiques à base de fibres de carbone, qui allient la résistance mécanique des aciers à la légèreté des matériaux organiques, en constituent un autre exemple.

Il n’existe pas une définition simple d’un matériau composite. En effet, un grand nombre de matériaux modernes sont des alliages. D’une manière stricte, certains de ces alliages (polystyrène choc, ABS) peuvent être classifiés comme matériaux composites. De même, les polymères chargés par des substances minérales divisées (TiO2 –CaCO₃) constituent également les matériaux composites.

(21)

6

Un composite est un matériau qui combine les propriétés de ses composants. Les composites sont des matériaux multiphasés artificiels c’est-à- dire fabriqués dont les composants sont chimiquement différents et séparés par une interface distincte. Bien de composites ne comportent que deux phases, l’une appelée matrice est continue et enveloppe l’autre phase que constitue le matériau renfort, ou charge.

. Il faut différencier charges et renforts. Les charges, sous forme d'éléments fragmentaires, de poudre ou liquide, modifient une propriété de la matière à laquelle on l'ajoute (par exemple la tenue aux chocs, la résistance aux Ultras violets UV, le comportement au feu…). Les renforts, sous forme de fibres, contribuent uniquement à améliorer la résistance mécanique et la rigidité de la pièce dans laquelle ils sont incorporés.

1.2 Les différents types de composites 1.2.1 Composites à grosses particules

Certains polymères à charges ajoutées sont assimilables à des composites à grosses particules. Ces charges modifient ou améliorent les propriétés des polymères et, comme elles sont moins chères que ceux-ci, on les utilise souvent pour réduire le coût du produit fini.

La géométrie des particules peut varier, mais leurs dimensions doivent être similaires dans toutes les directions. Le renforcement est prononcé lorsque les particules sont petites et réparties uniformément dans la matrice. On fabrique les composites à grosses particules à partir de trois types de matériaux traditionnels (métaux, céramiques et polymères). Les cermets, par exemple, sont des composites céramique-métal [2]. Les cermets les plus courants sont les carbures cémentés.

(22)

7

12.1.1 Le béton armé

Pour palier la faible résistance du béton au ciment Portland, on y introduit au moment de la coulée, diverses armatures en acier (barres, tiges, fils ou treillis), ce qui donne du béton armé. Après durcissement du béton, ces matériaux de renforcement améliorent la résistance à la traction, à la compression et au cisaillement [2]. Le renforcement demeure important même quand les fissures apparaissent.

L’acier constitue un matériau de renforcement approprié parce que son coefficient de dilatation thermique est presque égal à celui du béton ; de plus le béton durci, auquel il adhère assez fortement, le protège relativement bien de la corrosion. Les aspérités surfaciques des armatures verrouillent mécaniquement et améliorent cette adhérence.

Le béton au ciment Portland est également renforcé lorsque lui sont ajoutées des fibres à haute résistance, notamment des fibres de verre, d’acier, de nylon ou de polyéthylène. Il faut soigneusement mettre en œuvre ce type de renfort, car certaines de ces fibres se dégradent rapidement lorsqu’elles entrent en contact avec le ciment.

Une autre technique de renforcement consiste à introduire des contraintes de compression permanentes dans un élément de structure en béton. On appelle béton précontraint le matériau résultant. Cette technique fait appel à l’une des caractéristiques des céramiques fragiles, à savoir plus grande résistance à la compression qu’à la traction. Pour rompre une pièce de béton précontraint, il faut lui appliquer une contrainte de traction supérieure à la contrainte de compression qui y a été introduite.

Pour pré contraindre une pièce, on place d’abord dans un coffrage des tiges d’acier à haute limite d’élasticité auxquelles on applique une force de traction élevée et constante. Une fois le béton coulé et durci, on relâche la traction : les tiges d’acier se contractent et transmettent au béton adhérent la contrainte qui leur a été imposée, et la structure se comprime.

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8

La précontrainte d’un élément de structure s’effectue aussi par post- tension, une technique qui consiste à appliquer les contraintes après le durcissement du béton. Des armatures disposées dans les conduits vides, en métal ou en caoutchouc, donnent la précontrainte. Après avoir coulé le béton autour de ces conduits et l’avoir laissé durcir suffisamment, on applique une traction aux armatures au moyen de vérins ancrés aux abouts de la structure, de façon à imposer une contrainte de compression à la pièce de béton. Finalement, on injecte dans les conduits un mortier de ciment destiné à protéger les armatures contre la corrosion. Les bétons destinés à la précontrainte doivent être d’excellente qualité et avoir de faibles taux de contraction et de fluage. Les bétons précontraints sont habituellement utilisés pour la construction de ponts routiers et ferroviaires.

12.1.2 Composites à matrice polymère

Les composites à matrice polymère (CMP) sont généralement constitués d’une matrice de résine et d’un renfort de fibres. Ces matériaux servent à fabriquer divers composites en très grandes quantités [2]. Leurs propriétés à la température ambiante ainsi que la simplicité et le faible coût de leur fabrication expliquent leurs nombreux usages.

12.1.3 Composites à matrice métallique

Dans les composites à matrice métallique (CMM), la matrice est un métal ductile. Ces composites supportent des températures plus élevées que le métal de leur matrice ; de plus, leur renfort améliore certaines de leurs propriétés, comme la rigidité ou la résistance spécifique, la résistance à l’abrasion ou au fluage, la conductibilité thermique et la stabilité dimensionnelle [2]. Les CMM présentent des avantages par rapport aux CMP : leur gamme de température d’utilisation est plus vaste, ils sont ininflammables, ils réagissent moins avec les solvants

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9

organiques, etc. Ils sont cependant moins concurrentiels car leur coût de production est plus élevé.

Les superalliages, de même que les alliages d’aluminium, de magnésium de titane ou de cuivre, peuvent servir à fabriquer des matrices. Les matériaux de renfort sont des particules, des fibres continues ou discontinues, des trichites, dont la concentration varie généralement de 10% vol à 60 % vol. Les fibres continues sont notamment faites de carbone, de carbure de silicium, de bore et d’alumine, ou de certains métaux réfractaires. Les fibres discontinues sont généralement des trichites de carbure de silicium, des fibres de carbone ou d’alumine coupées, ou encore des particules de carbure de silicium ou d’alumine.

Tableau 1.1: Propriétés de certains composites à matrice métallique renforcés par des fibres continues et alignées [3]

Fibre Matrice

Teneur en fibre (% vol)

Masse Volumique

(g / cm³)

Module d’élasticité en traction longitudinale

(GPa)

Résistance à la traction longitudinale

(MPa)

Carbone A1 6061 41 2,44 320

620

Bore A1 6061 48 - 207 1515

SiC A1 6061

50 2,93 230 180

Alumine Al 380.0 24 - 120 340

Carbone Mg

AZ31 38 1,83 300 510

Borsic Ti 45 3,68 220 1270

A haute température, de vives réactions chimiques peuvent se produire entre la matrice et le renfort de certains CMM. Un traitement ou une utilisation à haute température pourraient donc altérer les composites. On résout habituellement ce problème en enduisant les fibres de renfort d’une couche protectrice ou en modifiant la composition de l’alliage métallique de la matrice.

(25)

10

La fabrication de CMM comprend généralement deux étapes : l’incorporation du renfort à la matrice et une opération de formage. Les techniques d’incorporation sont nombreuses et parfois complexes. Les CMM à fibres discontinues se façonnent facilement à l’aide des procédés courants de formage des métaux (forgeage, extrusion, laminage, par exemple).

12.1.4 Composites à matrice céramique

Les composites à matrice céramique (CMC) constituent une nouvelle génération de matériaux plus tenaces. On les fabrique en incorporant aux céramiques un renfort fait généralement de particules, fibres ou trichites en céramique différente de celle de la matrice [2]. La ténacité de ces composites varie de à .

Essentiellement, l’augmentation de la ténacité résulte de l’opposition du renfort à la propagation des fissures.

Tableau 1.2 : Résistance à la rupture et facteur critique d’intensité de contrainte d’une céramique d’alumine (Al₂O3) renforcé par des trichites SiC en fonction de

la fraction volumique du renfort [4]

Teneur en trichites (% vol) Résistance à la rupture (Mpa)

Ténacité (

0 - 4,5

10 455±55 7,1

20 655±135 7,5-9

40 850±30 6,0

On fabrique généralement les CMC par pressage à chaud (uniaxe ou isostatique) et par frittage en phase liquide. Les alumines renforcées par des trichites de SiC se retrouvent dans le tranchant de certains outils d’usinage des

(26)

11

alliages métalliques très durs. Ces outils durent plus longtemps que leurs homologues en carbure cémenté.

12.1.5 Composites hybrides

Les composites hybrides c’est-à-dire renforcés par au moins deux types de fibres, sont relativement nouveaux. Dans l’ensemble, leurs propriétés sont plus avantageuses que celles des composites à un seul type de fibres [2]. Diverses combinaisons de fibres et de matrices sont possibles, mais les hybrides les plus courants consistent en une matrice de résine dans laquelle sont insérées des fibres de carbone et des fibres de verre. Les fibres de carbone sont un matériau de renfort de faible densité, tout en étant résistantes et relativement rigides. Les fibres de verre ne coûtent pas cher, mais sont moins rigides. Les hybrides verre- carbone sont plus résistants, plus tenaces, plus résilients et leur fabrication est moins onéreuse que celle des plastiques à fibres de carbone ou à fibres de verre.

Il existe plusieurs façons de combiner deux types de fibres ; les propriétés du produit fini dépendent du mode de combinaison choisi. On peut, par exemple ; aligner toutes les fibres et les répartir uniformément. On peut aussi les disposer par couches en faisant alterner les types de fibres. Presque tous les composites hybrides sont anisotropes.

12.2 Composites ciment bois (CCB)

Les composites ciment-bois sont des matériaux constitués de particules ou de fibres de bois liées entre elles par du ciment. Les connaissances concernant les composites ciment-bois restent encore limitées. Il existe notamment un problème de compatibilité entre le ciment et certaines essences de bois, qui ne peuvent donc pas être valorisées sous cette forme. Des problèmes de stabilité dimensionnelle et de vieillissement du composite exposé à des variations d’humidité importantes ont également été rapportés.

(27)

12

12.2.1 Méthode d’évaluation de la compatibilité des CCB

12.2.1.1 Méthodes calorimétriques

Les méthodes calorimétriques sont les techniques les plus utilisées pour évaluer la compatibilité d’un bois avec le ciment. Une première technique consiste à évaluer le flux de chaleur libéré au cours de l’hydratation du composite [5]. Des équations ont été proposées pour classer les bois par ordre de compatibilité. Pour exemple, [6] ont proposé l’équation (1.1) pour le calcul du coefficient d’Achimi :

(1.1)

et sont respectivement les aires sous les courbes temps-chaleur dans le composite et dans le ciment seul. L’échelle de comparaison suivante est proposée :

Tableau 1.3 : Compatibilité entre le bois et le ciment suivant les valeurs du coefficient de Hachimi [6]

Valeurs de Qualification du bois

compatible

modérément compatible

incompatible

Une deuxième technique, plus facile à mettre en œuvre, consiste à mesurer au cours de l’hydratation, l’évolution de la température des composites [6]. De nombreuses équations, établies à partir de la température maximale atteinte dans le composite et dans le ciment seul et à partir du temps mis pour atteindre ces températures, ont ainsi été proposées pour comparer les différents types de bois. Pour exemple, la vitesse d’hydratation (R) développée par Sandermann et Kohler est donnée par l’équation (1.2) [6] :

(28)

13

(1.2) dans laquelle Tmax désigne la température maximale atteinte lors de l’hydratation, t le temps mis pour atteindre la température T_max et T_min la

valeur minimale des températures atteintes durant les 5 premières heures de l’hydratation.

12.2.1.2 Méthodes mécaniques

L’évaluation et la comparaison des propriétés mécaniques des composites peuvent également permettre d’obtenir indirectement des informations sur la compatibilité entre bois et ciment. Les essais mécaniques couramment utilisés pour caractériser les composites ciment/bois sont l’essai de flexion trois points et l’essai de compression. Cependant, la résistance en compression est la seule caractéristique mécanique qui donne une image globale de la qualité des matériaux cimentaires [7]. En général, plus les bois sont compatibles avec le ciment et meilleures sont les performances mécaniques des composites.

A noter que d’autres techniques de caractérisation des ciments ont occasionnellement été utilisées pour étudier l’influence du bois sur la matrice ciment : la diffraction des rayons X, l’analyse thermogravimétrique, la microscopie électronique à balayage (MEB) et la porosimétrie par intrusion mercure (MIP).

12.2.2 Travaux antérieurs sur la compatibilité bois/ciment La plupart des travaux ont montré que le comportement du ciment en présence du bois varie largement avec l’essence [5] et le type de bois à l’intérieur de l’arbre, l’aubier étant généralement plus compatible que le cœur [8].

L’inhibition de l’hydratation du ciment par le bois a été communément attribuée aux substances extractibles du bois qui se solubilisent dans le milieu cimentaire [9]. Les extraits les plus inhibiteurs sont généralement les sucres, les

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14

acides gras et les polyphénols, ainsi que les substances issues de l’hydrolyse des hémicelluloses, engendrée par le milieu fortement alcalin [10]. Pereira et al ont également suggéré que la matière lignocellulosique pouvait inhiber l’hydratation en adsorbant les ions calcium ( ) présents dans la pâte de ciment [11].

Malgré ces quelques travaux, les connaissances dans ce domaine restent encore limitées et demeurent sujet à controverse.

Pour tenter de résoudre les problèmes de compatibilité entre le bois et le ciment, des solutions ont été proposées, mais ces systèmes s’accompagnent également d’inconvénients. La plus simple consiste à n’utiliser que les bois classés compatibles.

Une autre approche consiste à éliminer les substances responsables des problèmes d’inhibition en trempant par exemple le bois dans l’eau ou dans une solution d’hydroxyde de sodium [12]. Des accélérateurs de prise comme le chlorure de calcium (CaCl2) ou le sulfate d’aluminium (Al2(SO4)3) peuvent également être incorporés à la pâte de ciment pour accroître sa vitesse de durcissement.

Une autre solution très prometteuse consiste à accélérer le durcissement de la matrice de ciment par injection de dioxyde de carbone (CO2) [13].

L’avantage majeur de cette méthode est le durcissement très rapide du composite (environ 5 min par rapport à 8 h pour les composites conventionnels).

Le CO2 injecté réagit dans ce cas rapidement avec la portlandite Ca(OH)2 ou le silicate tricalcique C3S, ce qui conduit à la formation de la calcite CaCO3 qui accélère le durcissement de la matrice.

12.2.3 Variations dimensionnelles

Dans le matériau durci, la matrice ciment et le bois sont tous deux poreux et hygroscopiques. L’eau fait partie intégrante du matériau et peut se retrouver sous plusieurs formes :

 Eau libre présente dans les pores capillaires du ciment hydraté et dans les

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15

cavités cellulaires du bois (lumens) ;

 Eau adsorbée, fixée sur les sites hydrophiles du matériau. Dans le

ciment, cette eau est confinée dans le gel C-S-H alors que dans le bois, elle est essentiellement adsorbée au niveau des sites hydroxyles de la matière lignocellulosique.

 Eau de constitution du ciment et du bois. Les teneurs en eau libre et en eau adsorbée varient en fonction de l’humidité de l’environnement, ce qui entraîne des phénomènes de retrait/gonflement de l’ordre de 3 à 5 mm/m [14].

L’ampleur de ces variations dépend de la structure des composites bois/ciment.

Elles restent toutefois très inférieures aux variations subies par le bois seul ou en association avec une résine (panneaux de particules, contre-plaqué …) mais ne répondent pas toujours à certaines exigences.

La plupart des études envisagées pour réduire l’instabilité dimensionnelle des composites bois/ciment se sont attachées à traiter les particules de bois.

Des procédés brevetés, tels que les procédés K-X, AGRESLITH-C, SILWOOD ou DURISOL, sont actuellement utilisés dans certaines industries.

Ces procédés emploient des solutions minérales (silicate de sodium, acide phosphorique, chlorure de calcium) pour minéraliser le bois. La cristallisation de ces sels dans le bois limite en effet la libération des extractibles et améliore à la fois la stabilité dimensionnelle des particules de bois et l’adhésion entre le bois et la matrice de ciment.

Certains auteurs ont également montré que l’incorporation de sable pouvait réduire le nombre de microfissures engendrées lors du retrait, tout en améliorant les performances mécaniques des composites [14]. En fait, l’incorporation de granulats possédant un module d’élasticité supérieur à celui de la pâte de ciment, limite la propagation des microfissures et améliore la stabilité dimensionnelle [7].

(31)

16

Chapitre 2 : CONFORT THERMIQUE DANS

LE BATIMENT

(32)

Revue de littérature CHAPITRE 2 : CONFORT THERMIQUE DANS LE BATIMENT

17

CHAPITRE 2 : Confort thermique dans le bâtiment

2.1 Les isolants thermiques

Les isolants thermiques diffèrent les uns des autres par de nombreux paramètres. Nous présenterons ci-après un aperçu des principales caractéristiques par type d’isolant [15].

 La laine de verre minérale(MW)

C’est un produit commercialisé sous forme de rouleaux avec liant sans formaldéhyde qui a une conductivité thermique de 0,040 avec une masse volumique de l’ordre de 20 . Il est composé essentiellement de silice, de verre recyclé, de liant et du papier pare-vapeur Kraft dont est revêtue une face. Il est destiné à l’isolation thermique et acoustique des combles perdus ou aménagés. La photo de la figure 1.1 en donne un aspect. La laine de verre minérale se présente sous différentes formes (matelas ou panneaux). Les produits sont fabriqués par un mélange de matières premières en fusion (pour la laine de roche il s’agit essentiellement de diabase et de calcaire ; pour la laine de verre, il s’agit de sable et de débris de verre) jusqu’à l’obtention de fibres de consistance laineuse.

Figure 1.1 : Aspect de la laine de verre (source)

 Le polystyrène expansé (EPS)

Il existe sous forme de panneaux à usinage latéral rainuré, bouveté ou plat selon la couleur et sous différentes épaisseurs. Sa conductivité thermique est de l’ordre de 0,036 avec une résistance à la compression de 250 KPa,

(33)

18

tandis que la masse volumique varie entre 15 et 25 suivant le processus. Destiné à isoler les murs soit par l'intérieur, soit par l'extérieur, il est insensible à la pluie, à la neige et au gel. Les photos de la figure 1.2 donnent un aspect de son conditionnement extrudé ou expansé.

Figure 1.2 : Aspect du polystyrène expansé et du polystyrène extrudé

 Laine de roche

Elle existe en panneau nu semi-rigide de laize adaptée aux entraxes de 40 cm des constructions en ossature bois. Elle présente une excellente tenue mécanique et un bord flexible permettant un calage facile entre les montants d'ossature. Sa conductivité thermique vaut 0,035 alors que sa densité est de l’ordre de 55 . Les photos de la figure 3 en donnent un aspect visuel.

Figure 1. 3 : Aspect de la laine de roche commercialisée

 Polyuréthane (PUR) et polyisocyanurate (PIR)

Les produits se présentent sous forme de panneaux à bords droits pourvus éventuellement de rainures et de languettes. Les panneaux sont constitués d’une

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âme de mousse rigide en PUR/PIR et sont dotés d’un parement sur les deux faces. Les parements conditionnent en partie les propriétés isolantes. La mousse rigide de PIR/PUR résulte d’une réaction chimique exothermique de polyisocyanurates et de polyol sous l’effet d’agents expansifs. La conductivité thermique varie de 0,023 à 0,03 et sa densité est d’environ 40 .

Le polystyrène extrudé se présente sous forme de panneaux à bords droits, à rainure et languettes ou à buttée. Les propriétés spécifiques d’isolation thermique sont adaptées en cours de fabrication. Le produit est obtenu par mélange de granulats de polystyrène et d’additifs (agents expansifs notamment) jusqu’à l’obtention d’une pâte que l’on introduit dans une extrudeuse pour produire l’épaisseur désirée. Le produit doit ses propriétés isolantes spécifiques au type d’agent expansif utilisé ainsi qu’à la vitesse de montée en température et à la vitesse d’intrusion. L’adjonction de l’agent expansif engendre une migration air/agent expansif qui se stabilise avec le temps.

 Fibre de bois

Isolant d'origine végétale (92 % de fibres de bois recyclées issues de forêt gérées durablement), régulateur d'humidité, disposant d’une excellente inertie thermique, elle contribue à préserver la qualité de l'air intérieur. Produit de récupération de fibres de bois ou de déchets de scierie, elle a une bonne efficacité thermique et acoustique. Elle a une conductivité thermique variant de 0,036 à 0,050 et sa masse volumique varie de 55 à 210 .

Il existe aussi un autre isolant dérivé du bois appelé laine de bois dont la conductivité oscille entre 0,052 et 0,060 avec une masse volumique d’environ 150 La photo de la figure 1.4 donne un aspect visuel de la fibre de bois.

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Figure 1.4 : Aspect des panneaux à base de fibres de bois commercialisés

 La gousse de mil

Elle est de faible densité. Les photos de la figure 1.5 donnent un aperçu de l’aspect de la gousse de mil dans la nature. A l’approche de l’hivernage, elle est souvent brûlée car certaines inclusions renferment des graines qui repoussent dès les premières pluies. La gousse de mil se présente sous forme d’inclusions comme définies dans la théorie de Maxwell. Cela permet d’envisager d’une façon relativement simple la modélisation des matériaux composites dont elle est constitutive en partie.

Figure 1.5 : Aspect naturel de la gousse de mil

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21

 La paille

La paille est un composé naturel utilisée dans le domaine de la construction entre deux ossatures comme le montre la photo de la figure 1.6. Elle est ensuite recouverte d’un enduit pour la protéger de la pluie. C’est un produit assez léger, car sa masse volumique oscille entre 80 et 100 . Mises à part quelques techniques, la paille ne joue aucun rôle structurel mais uniquement d’isolation. Plusieurs essais ont montré qu’elle s'avère être un très bon isolant, à la fois économique et naturel, permettant d'obtenir une résistance thermique globale Rth de 6 , soit l'équivalent de 20 cm de laine de verre. La seule difficulté qui s’opposerait à son acceptabilité serait son inflammabilité.

Figure 1.6 : Mise en œuvre des cloisons en paille sur un chantier

 Balles de riz

Les balles de riz non broyées sont des enveloppes de grains de riz à l’état brut. L’observation au microscope électronique à balayage des cendres de balles de riz non broyées a montré la nature poreuse de cet élément [16] [17]. Leur faible densité leur confère sans doute une faible conductivité thermique. C’est pour cette raison que ce matériau entre désormais dans la confection du béton dans le cadre de sa revalorisation.

Après une longue période de désintéressement, la revalorisation de ce résidu agricole suscite un regain d’intérêt. Des études sont en train d’être

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22

menées en vue d’utiliser les cendres issues de l’incinération des balles de riz dans le secteur agricole comme engrais.

De nos jours, certaines sociétés productrices d’électricité ont tendance à convertir leur centrale fuel en charbon et à s’intéresser à ces formes de combustibles.

 La sciure de bois

La sciure de bois est un résidu issu de la transformation du bois. La photo de la figure 1.7 donne un aperçu de son aspect à l’état naturel. La densité du bois est généralement inférieure à 1 (car le bois flotte) en raison des vides dans sa structure. Cette densité varie fortement selon un certain nombre de paramètres : l'essence, le degré d'humidité, la situation géographique, le climat et la pédologie. On exprime cette densité normalement pour un taux d'humidité égal à 15 % (la moyenne est entre l'état anhydre et l'état de saturation). La densité à 15

% se situe généralement entre 0,5 et 0,7, mais peut varier considérablement, de 0,1 pour le balsa, 0,4 pour les bois légers comme le sapin et de 0,8 à 1 pour les bois durs (if, teck, olivier). Selon Meukam, la conductivité thermique de la sciure de bois se situe entre 0,06 et 0,07 tandis que sa masse volumique oscille entre 1000 à 1200 [18]. Ceci montre que la conductivité thermique du bois et de ses dérivés est relativement faible.

Figure 1.7 : Aspect naturel de la sciure de bois

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23

 Le tronc de palmier et de cocotier

Une étude portant sur l’utilisation des matériaux locaux faite au Nigeria par Kalaolé a montré que le tronc de palmier ou de cocotier peut être utilisé comme isolant dans le bâtiment [19]. En effet, la composition des fibres de palmier est très différente des autres bois de construction. Pour cette raison, il offre des propriétés thermiques différentes de la plupart des essences de bois.

2.2 Les techniques d’isolation thermique du bâtiment

2.2.1 Isolation intégrée

 Le bloc de coffrage isolant

C'est un système de mur composé d'éléments en polystyrène expansé ou d'éléments mixtes béton/polystyrène expansé destinés à être empilés à sec et formant coffrage pour la mise en œuvre d'un voile armé ou non.

 Le petit élément à isolation intégrée

Ce système est constitué de murs en petits éléments permettant la réalisation de murs maçonnés qui assurent simultanément des fonctions mécaniques et isolantes.

 Le système à isolation intégrée

Dans ce cas, on fait appel à des éléments coffrant de la hauteur d'un étage, pré conditionnés lors de la fabrication en usine. L'ossature est en béton.

 Éléments lourds en béton

Ce système se compose d'éléments lourds en béton de grandes dimensions avec une âme en polystyrène expansé.

 Le panneau sandwich

C'est un système constitué d'une peau extérieure décorative, d'un isolant (par exemple le polystyrène expansé) et d'une peau intérieure décorative ou non. Il s'agit d'éléments industrialisés de grande hauteur qui se mettent facilement en œuvre et qui apportent une bonne isolation.

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2.2.2 Les autres solutions

D'autres matériaux entrent dans la composition d'éléments particulièrement isolants. Ce sont par exemple le granulat de verre, le chanvre (plante à fibres) et la terre cuite qui entrent dans la confection de briques spécifiques.

Avec le granulat de verre et le chanvre, qui est un bon isolant thermique et phonique difficilement inflammable, on confectionne un béton isolant. Les briques alvéolées en quinconce offrent un bon pouvoir isolant (les briques "G"

de l'entreprise Bouyer-Leroux). Le granulat de verre cellulaire Verexpan fabriqué à partir des sélections de verre de recyclage, de composition entièrement minérale permet par une série de traitements thermiques à haute température, d'obtenir une structure cellulaire homogène et fermée, légère et résistante.

(40)

25

Chapitre 3 : LE MATERIAU TERRE

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Revue de bibliographie CHAPITRE 3 : LE MATERIAU TERRE

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CHAPITRE 3 : Le matériau terre

3.1 Généralités

La terre est formée à partir d’une roche mère par des processus très lents de dégradation et des mécanismes très complexes de migration de particules. Il en résulte une infinité de terres avec une variation de caractéristiques illimitée.

La connaissance de ces propriétés est importante mais surtout celle des quatre propriétés fondamentales : la granularité, la plasticité, la compressibilité et la cohésion.

La terre utilisée dans le cadre de cette étude, connaîtra donc une caractérisation pédologique et géotechnique.

3.2 Caractéristiques pédologiques

3.2.1 Définition

Le sol est la fraction de terre solide de la sphère terrestre. A la surface du sol, la terre est un matériau d’épaisseur variable, qui supporte des êtres vivants et leurs ouvrages où poussent les végétaux. Elle résulte de la transformation de la roche mère sous-jacente sous l’influence de divers processus physiques, chimiques et biologiques liés aux conditions bioclimatiques et à la vie animale et végétale.

La formation et l’évolution d’un sol s’opèrent selon trois processus plus ou moins simultanés.

 Altération de la roche mère

Sur une roche mère dénudée par l’érosion, les facteurs climatiques (soleil, pluie, froid et vent) agissent. La roche mère qui peut être dure (granite, schiste, grès…), tendre (craie, marne, argile…), ou meuble (sables, éboulis, lœss…) est fissurée, réduite en éléments plus fins ; elle est désagrégée. Ensuite, les facteurs climatiques opèrent une altération chimique. Le résultat de ce processus est un

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27

mélange d’éléments : des minéraux plus ou moins désagrégés ou encore altérés : blocs de pierre, graviers, sable et limon pulvérulent ; une sorte de pâte ou

“complexe d’altération“ résultant de l’altération chimique des matériaux : pâte d’argile colorée par des oxydes de fer, sel plus ou moins soluble de Ca, Mg, K, Na, etc.

 Poursuite de l’altération par des matières organiques

Le sol désagrégé, altéré, constitué de minéraux et d’éléments plus ou moins pâteux est alors colonisé par une flore et une faune qui l’enrichissent en substances chimiques et organiques dont l’humus. L’humus a des propriétés différentes selon la nature du climat, de la roche mère et de la végétation ; il continue avec les agents climatiques, à altérer les minéraux du sol. Le nouveau sol non évolué, a un profil homogène et précise ses caractéristiques physiques, chimiques et biologiques.

 Migration verticale des éléments solubles

Sous climat pluvieux, les éléments solubles migrent vers le bas : c’est le lessivage. Sous climat sec à forte évaporation, les éléments solubles migrent vers la surface et l’enrichissent. Cette migration des éléments accélérée ou freinée par le climat, par la perméabilité du sol et par le type d’humus formé, va créer dans le sol des couches plus ou moins distinctes et définir les horizons, qui constituent le profil pédologique d’un sol.

On rencontre deux grands types de sols : les sols jeunes ou “peu évolués“, peu profonds et peu différenciés de la roche mère, souvent constitués d’un seul horizon et les sols “évolués“, profonds et caractérisés par une succession d’horizons lessivés et enrichis.

Mais la genèse d’un sol reste principalement tributaire de la nature de la roche mère, du climat de la végétation et de la topographie.

3.2.2 Nature

Le matériau terre est constitué de plusieurs éléments :

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 les constituants gazeux : l’air principalement ;

 les constituants liquides : l’eau principalement ;

 les constituants solides : la matière minérale et la matière organique.

3.2.3 Structure

Les constituants de la terre sont plus ou moins disposés, entamés ou liaisonnés. Le mode d’assemblage des constituants solides, à un moment donné définit la structure d’une terre dont vont dépendre la circulation de l’eau et de l’air et les autres propriétés physiques. On distingue trois principaux types de structures :

 Structure particulaire : de type graveleuse ; très faible liaison par l’argile entre les éléments inertes

 Structure fragmentaire : de type grumeleuse ; liaison par l’argile en paquets graveleux qui sont liés entre eux.

 Structure continue : de type poudingue ; les éléments inertes sont pris dans une masse d’argile de limon.

3.2.4 Texture

C’est la composition granulaire d’une terre. La texture influe sur les propriétés car chaque fraction de grains a des caractéristiques propres qui peuvent définir celles de la terre. 10% d’argile suffisent à donner une propriété de cohésion et de plasticité à la terre. 40 à 50% de fines argileuses donnent une terre qui a les propriétés d’une argile. On distingue cinq grands types de textures.

Terre organique : la tourbe par exemple

Terre graveleuse : prédominance des graviers et cailloux ; apparence d’un béton

Terre silteuse : prédominance de sable ; apparence d’un mortier