Développement de Bio-Géo-matériaux, innovations et durabilité, valorisation, recyclage et réemploi
Pendant très longtemps les études au sein du laboratoire SRO se sont focalisées sur les matériaux sols et roches naturels rencontrés dans le domaine des risques naturels ou remaniés rencontrés dans le domaine des terrassements routiers, analysés in situ et en laboratoire. Les recherches privilégiant l’amélioration des propriétés mécaniques de ces géomatériaux par ajout de produits tels que des ciments/liants hydrauliques en association ou non avec de la chaux, évoluent désormais vers la recherche d’alternatives. Si l’usage des ciments bas-carbone est en plein essor, le laboratoire SRO a développé son expertise sur l’utilisation de ciment au laitier (spécial fondation) pour renforcer des sols en place (sans excavation). Le réemploi des terres excavées selon leur nature plus ou moins argileuse a donné lieu au développement de nouveaux matériaux mettant en jeu les processus de géopolymérisation après activation par calcination des terres, ou plus simplement le développement du matériau terre crue (notamment des briques de terre compressée bio-cimentée ou des murs en pisés). Ces matériaux que l’on cherche à améliorer trouvent des débouchés dans des ouvrages particuliers comme les digues de protection contre les inondations, les remblais renforcés ou le bâti.
Les besoins de recherche sur les géomatériaux se focalisent également sur la connaissance de leur comportement dans le long terme, ce que l’on appelle « Durabilité ». Regroupé dans un axe spécifique, la thématique prévoit de traiter les aspects liés à la modification des performances dans le temps des géomatériaux, avec ou sans contrainte, afin de définir au mieux leur usage au sein des ouvrages géotechniques ou des bâtis, dans des parties d’ouvrages spécifiques ou identifiables par rapport à leurs usages comme par exemple.
L’analyse de la durabilité suppose de bien connaître l’environnement dans lequel seront placés ces matériaux, pour évaluer au mieux l’évolution des performances attendues. Un lien évident se tisse entre les essais réalisés en laboratoire, pouvant reproduire ces environnements, et les retours d’expériences permettant de capitaliser et reproduire au plus juste les types de sollicitations attendues. Le diagnostic des ouvrages anciens et l’instrumentation des ouvrages neufs ou existants sont des composantes complémentaires à notre activité de laboratoire.
Le laboratoire SRO a donc progressivement développé une compétence basée sur le vieillissement des géomatériaux en laboratoire, compétence que nous cherchons à enrichir avec de la modélisation et le développement d’outils de prédiction des comportements des géomatériaux.
L’axe durabilité et géomatériaux répond à plusieurs enjeux stratégiques :
- développer des matériaux de construction bas carbone à base de sol comme matière première (voire de roches, granulats et déchets de déconstruction) mais également de matériaux biosourcés associés au sol, avec un objectif de renforcement à l’aide de technique respectueuse de l’environnement et de durabilité.
- Répondre aux besoins actuels d’un dimensionnement toujours plus optimisé des ouvrages géotechniques utilisant des matériaux naturels, avec ou sans produits ajoutés,
- Répondre aux besoins futurs de dimensionnement des et des structures en terre (y compris les bâtiments) prenant en compte des sollicitations environnementales changeantes du fait notamment du changement climatique mais également des demandes de plus en plus fortes de respect de l’environnement et de vie en milieu urbain plus respectueux pour les hommes.
PROJETS
Projet National Terre - Démonstrateur ThermBatiterre en terre crue : caractérisation du comportement hygrothermique et durabilité du matériau terre crue
Porteur(s) : Myriam Duc (GERS-SRO) et Yan Ulanowski (COSYS-IMSE /Sence City), Julien Wayetens (COSYS-IMSE)
Partenaires : CERTES - UPEC, Chaire ConstrucTerr’ – Laboratoire SIAME (Université de Pau et Pays de l’Adour), IRDL (Université Bretagne Sud)
Financement : Fond propre Univ. Eiffel (AIR Thermbatiterre), Projet National Terre, ANR Resbiobat, ANR (Equipex Sence city)
Le secteur du bâtiment contribue à lui seul à hauteur de 19% des émissions de gaz à effet de serre quand on inclut la production de l’énergie liée à l'usage des bâtiments (Chauffage, Refroidissement). De nombreux pays ont commencés à prendre des mesures pour réduire les émissions liées au secteur du bâtiment en agissant sur les modes de construction et les matériaux utilisés. Les premières mesures ont été prises lors du Grenelle de l'environnement débouchant sur la loi grenelle II. Les accords initiés par la France lors de la COP21 fin 2015 à Paris viennent renforcer ces engagements sur le climat et initie une transition vers une société “low carbon”. Ces efforts, ont finalement abouti à une nouvelle réglementation, soit la RE2020, pour les bâtiments neufs qui est entrée en vigueur le 1er janvier 2022. Cette réglementation suit le label E+/C- et vise une réduction des consommations énergétiques mais également un indicateur carbone pour favoriser l’utilisation de matériau plus sobre comme la terre crue. Cette dernière en tant que matériau local et à faible énergie grise peut jouer un rôle essentiel si toutefois le secteur développe une meilleure maitrise du matériau, notamment du point de vue hygrothermique.
Le démonstrateur Thermbatirerre sous la forme d’une maisonnette à l’échelle 1:1 (sur une surface de 12 m2) a été construit au printemps 2021 dans l’Equipex Sense-City à Marne-la-Vallée (https://sense-city.ifsttar.fr/presentation/mini-ville-2/). Placé sur une plateforme instrumentée de multiples capteurs et dotée d’une chambre climatique de 400 m2 pouvant bouger d’une zone d’expérimentation à l’autre, le démonstrateur doit aider à collecter des données utilisées pour valider les approches numériques du comportement hygrothermique du bâtiment (notamment dans le groupe confort du PN terre). Les données seront utilisées comme base de référence (publication de data in brief) et de comparaison avec de la simulation numérique thermique dynamique pour de bâtiment terre crue.
Réalisé dans les règles de l’art, la maisonnette se présente sous la forme d’une structure porteuse constituée de briques de terre crue compactée ou BTC (non traitée par des additifs) avec des ouvertures et une toiture à deux pans isolés. Un benchmark interlaboratoires dans le cadre du Projet National Terre a permis de fournir les caractéristiques du matériau à l’échelle de la brique (xxx). Les différents capteurs (température, humidité, flux thermique, ensoleillement…) disposés à différentes profondeurs des 4 parois, et à plusieurs endroits, à l’intérieur et à l’extérieur du démonstrateur permettent de fournir depuis décembre 2023 une vision globale des processus thermo-hydriques.
Ce démonstrateur couplant l’échelle du bâtiment (non habité) et la possibilité d’imposer des scénarios climatiques via la chambre environnementale peut accueillir une ou plusieurs expérimentations en parallèle ou successives non seulement sur l’aspect thermique mais également sur la perception, l’acoustique, la qualité de l’air intérieur, et notamment la durabilité des matériaux liés aux constructions terre crue (avec une zone test des enduits sur l’une des parois), amenant un brassage de différents domaines et interlocuteurs autour d’un même objet. Le démonstrateur accueille en effet différents projets.
En parallèle, une étude en laboratoire a permis de caractériser1 les propriétés physiques, minéralogioques, thermophysiques (conductivité, diffusivité et capacité thermique) et hydriques (perméabilité à la vapeur d’eau, isotherme de sorption désorption, tampon hydrique…) des briques de terres utilisés pour la construction du démonstrateur. Ces investigations sont réalisées en fonction de la variation de la température et de l’humidité relative au sein du matériau.
Comportement des Pieux en Bois
Porteur : Philippe Reiffsteck
Partenaires : Scierie Grouazel, Lermab/ENSTIB, Batiplus, Canonica Cartignies architectes
Le projet, ayant pour ambition de redonner ses lettres de noblesse à cette technique, devait créer les conditions nécessaires à l’émergence d'une expertise nationale sur le dimensionnement et la durabilité des pieux bois, au cours ou à la suite du projet et trouvait parfaitement sa place dans la « croissance verte » prônée par le MEDDE par le faible coût énergétique de la technique étudiée.
La démarche choisie pour arriver à cet objectif a été de mettre en œuvre des approches pluridisciplinaires : approche mécanique et approche physico-chimique des sols et du bois en interaction avec l’eau mais également étude de l’aspect socio-économique et étude du risque, générant ainsi des acquis de connaissances scientifiques au profit d’une aide à la décision et au dimensionnement. En savoir plus ...