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DPARTEMENT GNIE CIVIL
Mmoire prsent en vue de lobtention du diplme dIngnieur Option
Gnie Civil et du Master 2 Recherche Ingnierie mcanique
et civile
Fvrier Juin 2015
: PolytechClermont Ferrand - Dpartement Gnie Civil
Rue des Meuniers BP 206 - F 63174 Aubire Cedex (France)
: Secrtariat : +33 (0)4 73 40 76 87 / 76 90 Scolarit : +33 (0)4
73 40 75 05
: +33 (0)4 73 40 75 10 - Ml :
[email protected]
Dveloppement
dun matriau bio-sourc
pour la construction :
le bton de tournesol
Benjamin NIEZ
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Mmoire de Master
prsent par
Benjamin NIEZ
DEVELOPPEMENT DUN MATERIAU BIO-SOURCE POUR LE
SECTEUR DE LA CONSTRUCTION : LE BETON DE TOURNESOL
Laboratoire de rattachement :
Institut Pascal UMR 6602
Universit Blaise Pascal CNRS IFMA
Axe MMS Mcanique, Matriaux, Structures
BP 265 63175 Aubire cedex
Equipe ou Organisme daccueil (si diffrent) :
Polytech Clermont-Ferrand
Composition du Jury
Amziane Sofiane, Professeur des universits, Institut Pascal
Baudouin Galle, Professeur agrg, Polytech Clermont-Ferrand
Bonsens Julien, cotuteur entreprise, communaut de communes de
Loches
Paineau Franck, tuteur entreprise, Chambre dagriculture dIndre
et Loire
Toussaint Evelyne, Professeur des universits, Institut
Pascal
Mmoire soutenu le 2 juillet 2015
UFR Sciences et Technologies
Master mention Gnie Mcanique et Civil,
Automatique, Robotique
Spcialit recherche
Mcanique, Matriaux, Structures, Fiabilit
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1
Remerciements
Je te tiens tout dabord remercier Monsieur Sofiane Amziane,
professeur duniversit et
responsable de mon encadrement scientifique, pour ses conseils,
laide et la confiance quil ma
accord pour raliser cette tude.
Je remercie galement mon tuteur entreprise Monsieur Franck
Paineau, conseiller Animateur du
GDA Loches-Montrsor et Monsieur Julien Bonsens, chef de projet
Ecoconstruction, pour leur
disponibilit et leur participation llaboration de cette
tude.
Je remercie la direction de Polytech et le laboratoire du Cerema
pour mavoir accueilli dans leur
laboratoire.
Jadresse mes remerciements aux doctorants de Polytech
Clermont-Ferrand, en particulier Csar
Niyigena, Bernard Odounga et Mathilde Vernay pour laide et les
conseils quils mont apports
au cours de mon projet.
Jadresse galement mes remerciements au personnel du hall Gnie
Civil : Monsieur Dannyl
Chanal, Monsieur Gal Godi et Monsieur Philippe Fargeix pour leur
disponibilit et laide quils
mont fourni tout au long de mon stage PRD.
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2
Dveloppement dun matriau bio-sourc pour le secteur de la
construction :
le bton de tournesol.
Benjamin NIEZ
Polytech Clermont-Ferrand - Mmoire prsent en vue de lobtention
du diplme dingnieur et du Master 2
Recherche - Ingnierie mcanique et civile - Juin 2015
Rsum
La rduction des impacts environnementaux du secteur du btiment,
en particulier en termes de
dpenses nergtiques, a rendu capital le choix des matriaux de
construction. Des tudes sur les granulats
vgtaux et les liants de substitution au ciment dmontrent que les
btons de vgtaux constituent une
alternative intressante au bton traditionnel alliant des
performances hygrothermiques satisfaisantes de
faibles impacts environnementaux.
Lobjectif de ce projet est de dterminer les critres techniques
permettant de valoriser les agrgats
de la tige de tournesol. Dans le cadre de cette tude, ces
coproduits sont fournis par le groupement de
dveloppement agricole de Loches-Montrsor afin damliorer la
rentabilit de la culture du tournesol,
culture dont la production annuelle franaise slve 700 000 ha
depuis 2010. Il sagit doffrir une fonction
technique ce rsidu de culture non valoris jusqualors, tout en
promouvant une conomie de proximit
sur la rgion de Loches.
La premire partie de ltude consiste caractriser trois types de
granulats de tournesol : corces
fines, corces grossires et morceaux de moelle issus du broyage
de sa tige. La caractrisation dtermine
tout dabord les proprits gomtriques des agrgats par tamisage
mcanique et analyse dimage ou de
vido. Les caractristiques thermophysiques des agrgats secs sont
ensuite tudies : absorption deau,
conductivit thermique, masse volumique .
Dans un second temps, une tude est mene sur un liant constitu de
chaux arienne et de sable
pouzzolanique diffrents taux. Celle-ci a permis de dterminer le
liant pouzzolanique optimal pour
llaboration de btons de chanvre ISOCANNA. Une comparaison est
faite avec des btons de tournesol
mise en uvre partir de Batichanvre, liant valid par les rgles
professionnelles sur le chanvre. En effet,
une caractrisation des proprits thermomcaniques est mene sur ces
deux types de btons raliss suivant
les formulations mur (rapport massique liant sur granulats gal
2) et toit (rapport massique de 1).
Les rsultats obtenus montrent des caractristiques physiques,
thermiques et mcaniques similaires
entre le tournesol et le chanvre. De plus, le liant
pouzzolanique naturel prsente un comportement
thermomcanique trs intressant.
Mots-clefs
Tournesol - valorisation - matriaux composites - pouzzolane -
caractrisation - mcanique - thermique
Le GDA de Loches-Montrsor
1 bis mail de la mairie - 37600 FERRIERE SUR BEAULIEU
Travaux dirigs par Monsieur Sofiane Amziane et Monsieur Franck
Paineau
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3
Development of a bio-based building material: sunflower
concrete.
Benjamin NIEZ
Polytech Clermont-Ferrand Submission to the Masters degree in
civil engineering - June 2015
Abstract
The decrease of environmental impacts of the building sector,
especially in regard to energy expenditures,
makes the materials choice crucial. Studies about plant
aggregates and alternative binder prove that bio-
based concrete, such as sunflower concrete, establishes a new
solution to combine satisfactory thermal and
hygroscopic properties with weak environmental impacts.
The aim of our project is to determine technical criteria
allowing to enhance the aggregates of sunflower
stem. In the framework of this study, these co-products are
supplied by the agricultural association of
Loches-Montrsor in order to improve the profitability of
sunflower farming: it should be noted that French
production of sunflower has come to 700 000 ha per year since
2010. A second goal is to create a technical
function for this agricultural residue not enhanced up to now,
while promoting a local economy in Loches
surrounding area.
Study first part consists in the characterisation of three kinds
of sunflower aggregates: thin barks, rough
barks and pieces of marrow from sunflower stems grinding. This
characterisation began by determining the
geometrical properties thanks to mechanical sieving, images
analysis or video analysis. Finally, the thermal
and physical characteristics of dry aggregates are studied:
water absorption, density, thermal
conductivity.
In a second phase, a study is led on a binder composed of air
lime and sand of pozzolana in variable rates.
This enables to find the optimum pozzolana binder for hemp
concretes production. A comparison is made
with sunflower concrete implemented with Batichanvre binder
which was approved by professional rules
on hemp. These concretes are submitted to thermal and mechanical
assays. Two mixtures are tested: wall
mixture with the quantity of binder twice as high than the
quantity of aggregates and roof mixture where
these quantities are equal.
The assay results prove that sunflower concretes has similar
thermal, physical and mechanical properties
to hemp concretes. Moreover, pozzolana binder has interesting
thermomechanical properties as a natural
binder.
Key-words
Sunflower - enhancement - composite materials - characterisation
- mechanical and thermal behavior
Le GDA de Loches-Montrsor
1 bis mail de la mairie - 37600 FERRIERE SUR BEAULIEU
Directed by Sofiane Amziane and Franck Paineau
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4
Table des matires
Introduction gnrale
.....................................................................................................................
11
Premire partie
:.............................................................................................................................
12
Etude bibliographique
...................................................................................................................
12
I/ Enjeux des matriaux de construction base vgtale
..............................................................
13
I-1/ Impacts lis llaboration des granulats minraux
........................................................... 13
I-2/ Problmes lis aux impacts nfastes de lindustrie cimentire
........................................... 14
I-3/ Exigences nergtiques et environnementales du secteur de la
construction ..................... 15
I-4/ Dveloppement dun matriau base vgtale : le tournesol
............................................. 16
II/ Caractrisation des granulats base de tournesol
.....................................................................
18
II-1/ Structure et caractrisation chimique de la tige de
tournesol ............................................ 19
II-1-1/ Structure de la tige de tournesol
.................................................................................
19
II-1-2/ Caractrisation chimique de la tige de tournesol
....................................................... 20
II-2/ Granulats de tige de tournesol
...........................................................................................
22
II-2-1/ Caractrisation granulomtrique des granulats de tournesol
..................................... 22
II-2-2/ Caractristiques physiques des granulats de tournesol
.............................................. 26
III/ Liants et proprits du bton de tournesol
...............................................................................
28
III-1/ Les liants utiliss
..............................................................................................................
28
III-1-1/ Les liants ariens
.......................................................................................................
28
III-1-2/ Les liants hydrauliques
.............................................................................................
29
III-1-3/ Les liants pouzzolaniques
.........................................................................................
30
III-1-4/ Les liants hydrauliques et
pouzzolaniques................................................................
33
III-2/ Proprits du bton de tournesol
......................................................................................
35
III-2-1/ Schage de
lagro-bton............................................................................................
36
III-2-2/ Proprits mcaniques du bton de tournesol
........................................................... 38
III-2-3/ Proprits thermiques du bton de tournesol
............................................................ 42
III-2-4/ Paramtres principaux influenant les proprits du bton
vgtal .......................... 45
III-2-4-1/ Humidit relative
...................................................................................................
45
III-2-4-2/ Compactage
...........................................................................................................
47
III-2-4-3/ Le choix de liants et leur quantit
.........................................................................
47
IV/ Problmatique de linterface liant minral/fibres vgtales
.................................................... 48
IV-1/ Interaction entre les particules vgtales et la matrice
minrale ...................................... 48
-
5
IV-1-1/ Comptition deau
....................................................................................................
48
IV-1-2/ Problmatique du milieu alcalin de la matrice minrale
.......................................... 49
IV-2/ Solutions apporter pour diminuer cette interaction
....................................................... 50
Deuxime partie
:...........................................................................................................................
52
Etude exprimentale
......................................................................................................................
52
I/ Caractrisation du granulat de tournesol lochois
.......................................................................
53
I-1/ Masse volumique et teneur en eau
......................................................................................
53
I-2/ Granulomtrie des agrgats de tournesol
............................................................................
55
I-2-1/ Tamisage mcanique
...................................................................................................
55
I-2-2/ Analyse dimage
..........................................................................................................
60
I-2-3/ Analyse vido
..............................................................................................................
69
I-3/ Proprits thermiques
..........................................................................................................
79
I-3-1/ Prsentation des grandeurs thermophysiques et de la mthode
exprimentale ........... 79
I-3-1-1/ La conductivit thermique
.......................................................................................
79
I-3-1-2/ Leffusivit thermique
..............................................................................................
80
I-3-1-3/ La diffusivit thermique
...........................................................................................
80
I-3-2/ Rsultats obtenus
.........................................................................................................
81
I-4/ Absorption en eau des constituants de la tige de tournesol
et porosits ............................. 82
I-4-1/ Absorption en eau des constituants de la tige de
tournesol ......................................... 82
I-4-2/ Porosits des constituants de la tige de tournesol lochois
et masse volumique relle 85
I-5/ Analyse visuelle : coloration des agrgats
..........................................................................
88
I-6/ Livraison de nouveaux granulats plus fins
..........................................................................
89
II/ Les liants utiliss au cours de cette tude
.................................................................................
93
II-1/ Caractristiques gnrales et masse volumique
.................................................................
93
II-1-1/ Le liant Batichanvre de Saint Astier
..........................................................................
93
II-1-2/ Le liant base de chaux arienne et de pouzzolane filler
ou en sable 0-3 ................. 93
II-2/ Test de consistance et ralisation des mortiers
..................................................................
96
II-2-1/ Liant 80PF : 80% pouzzolane filler et 20% chaux arienne
...................................... 97
II-2-2/ Liant 70SP : 70% sable pouzzolanique et 30% chaux
arienne................................. 98
II-2-3/ Liant 80SP : 80% sable pouzzolanique et 20% chaux
arienne............................... 102
II-2-4/ Liant CG : sable pouzzolanique et chaux grasse
...................................................... 105
II-2-5/ Le liant Batichanvre de Saint-Astier
........................................................................
107
II-3/ Tests sur les ptes ralises
..............................................................................................
108
II-3-1/ Essai thermique sur les
ptes....................................................................................
108
-
6
II-3-2/ Essai mcanique sur les ptes
..................................................................................
110
II-3-3/ Tests raliss sur les ptes 60 jours
.......................................................................
114
II-4/ Le liant SP70
....................................................................................................................
116
II-4-1/ Caractristiques du liant SP70 et suivi du schage des
ptes................................... 117
II-4-2/ Proprits thermomcaniques des ptes de liant SP70
............................................ 118
III/ Caractrisation de lagro-bton : le bton de tournesol
......................................................... 121
III-1/ Formulation du bton de tournesol
.................................................................................
121
III-2/ Cintique de perte de masse
...........................................................................................
125
III-3/ Absorption deau par capillarit
.....................................................................................
127
III-4/ Proprits thermiques
.....................................................................................................
129
III-4-1/ Mesures thermiques sur les diffrentes formulations
............................................. 129
III-4-2/ Impact de lhumidit relative dans les btons de vgtaux
.................................... 131
III-5/ Proprits mcaniques
....................................................................................................
132
III-5-1/ Mode opratoire
......................................................................................................
132
III-5-2/ Formulation toit
......................................................................................................
133
III-5-3/ Formulation mur
.....................................................................................................
136
III-5-4/ Critres des rgles professionnelles et conclusions
................................................ 137
Conclusion
...................................................................................................................................
139
Bibliographie
...............................................................................................................................
140
Annexes
.......................................................................................................................................
144
Annexe 1 : Caractrisation des granulats de chanvre ISOCANNA
......................................... 145
Annexe 2 : Caractrisation des granulats de chnevotte CF et CP
.......................................... 146
-
7
Table des illustrations
Figure 1 : Evolution des exigences nergtiques des btiments.
[DEV] ....................................... 15
Figure 2 : Impact environnemental des diffrents lments d'un
btiment. [MAG10] ................. 16
Figure 3 : Production annuelle de tournesol en France. [CET11]
................................................. 17
Figure 4 : Structure du plant de tournesol et masses sches des
constituants du plant de tournesol.
[MAG10]
.......................................................................................................................................
19
Figure 5 : Coupe transversale de la tige de tournesol (a) [SCI]
et faces intrieures de la tige de
tournesol observes au MEB (b)
[NOZ12]....................................................................................
20
Figure 6 : Spectre infrarouge obtenu pour diffrents types de
particules. [CHA12]..................... 21
Figure 7 : Distributions granulomtriques en masse. [CHA12]
.................................................... 23
Figure 8 : Courbe granulomtrique des valeurs moyennes obtenues.
[CHA12] ........................... 24
Figure 9 : Courbes granulomtriques obtenues par analyse d'image
sur le tournesol. [CHA12] .. 25
Figure 10 : Evolution du taux de chaux fixe (=% de chaux
introduite-%chaux libre-%chaux
correspondant la calcite) (a) et de la rsistance en compression
au cours du temps (b) en fonction
du taux de chaux introduite dans les mlanges chaux-pouzzolanes.
[NOZ12] ............................. 32
Figure 11 : Courbes de schage des prouvettes en formulation mur.
[CHA12] .......................... 36
Figure 12 : Courbes de schage des prouvettes en formulation
toit. [CHA12] ........................... 37
Figure 13 : Direction de compression des prouvettes cubiques.
[CHA12] ................................. 38
Figure 14 : Courbes contrainte-dformation en formulation mur.
[CHA12] ................................ 39
Figure 15 : Influence de la teneur en granulat sur la rsistance
des prouvettes. [CHA12].......... 41
Figure 16 : Essais thermiques. [CHA12]
.......................................................................................
42
Figure 17 : Conductivits thermiques en formulation mur des
prouvettes 15x15x15 cm. [CHA12]
.......................................................................................................................................................
43
Figure 18 : Effusivits thermiques en formulation mur. [CHA12]
............................................... 44
Figure 19 : Proprits thermiques en formulation mur aprs passage
l'tuve. [CHA12] ........... 46
Figure 20 : Proprits mcaniques suivant le liant utilis. [CHA12]
............................................ 47
Figure 21 : Interface entre la particule vgtale et la matrice
minrale. [AMZ14] ....................... 49
Figure 22 : Zone de transition autour de la particule de
chnevotte. [AMZ14] ............................ 50
Figure 23 : Distribution granulomtrique en masse de l'chantillon
TF. ...................................... 56
Figure 24 : Courbe granulomtrique de l'chantillon TF.
.............................................................
57
Figure 25 : Distribution granulomtrique en masse de l'chantillon
TG. ...................................... 58
Figure 26 : Courbe granulomtrique de l'chantillon TG.
.............................................................
59
Figure 27 : Diamtre quivalent.
[AMZ14]...................................................................................
61
Figure 28 : Distribution granulomtrique en fraction de surface.
................................................. 62
Figure 29 : Distribution relative de l'lancement des particules
de l'chantillon TF. ................... 63
Figure 30 : Distribution relative de l'lancement des particules
de l'chantillon TG. ................... 64
Figure 31 : Distribution relative de l'lancement des particules
de l'chantillon M. ..................... 65
Figure 32 : Graphique comparatif des distributions relatives de
l'lancement des particules des
trois chantillons.
...........................................................................................................................
65
Figure 33 : Courbes granulomtriques de lchantillon TF obtenues
par analyse d'image. .......... 66
Figure 34 : Courbes granulomtriques de l'chantillon TG obtenues
par analyse d'image. .......... 67
Figure 35 : Courbes granulomtriques de l'chantillon M obtenues
par analyse d'image............. 68
Figure 36 : Principe de l'analyse vido.
.........................................................................................
71
Figure 37 : Courbes granulomtriques de l'chantillon TF par
analyse vido. ............................. 72
file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824214file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824215file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824216file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824217file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824217file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824218file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824218file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824219file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824220file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824221file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824222file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824223file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824223file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824223file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824224file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824225file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824226file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824227file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824228file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824229file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824230file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824230file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824231file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824232file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824233file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824234file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824235file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824236file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824237file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824238file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824239file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824240file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824241file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824242file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824243file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824244file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824245file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824245file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824246file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824247file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824248file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824249file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824250
-
8
Figure 38 : Courbes granulomtriques de l'chantillon TG par
analyse vido. ............................. 73
Figure 39 : Courbes granulomtriques de l'chantillon M par
analyse vido. .............................. 74
Figure 40 : Echantillon TF, comparatif des mthodes d'analyse
granulomtrique. ...................... 76
Figure 41 : Echantillon TG, comparatif des mthodes d'analyse
granulomtrique. ...................... 76
Figure 42 : Echantillon M, comparatif des mthodes d'analyse
granulomtrique. ....................... 77
Figure 43 : Courbes d'absorption en eau des chantillons tudis
court terme. ......................... 83
Figure 44 : Comparatif des courbes d'absorption en eau des
chantillons tudis. ....................... 84
Figure 45 : Taches rvlant la prsence du phoma ou du phomopsis
gauche sur site [CET10] et
droite sur les chantillons prlevs.
............................................................................................
88
Figure 46 : Comparaison des distributions granulomtriques par
classes de sphricit pour
l'chantillon TG et celui du 03/04.
................................................................................................
90
Figure 47 : Courbes granulomtriques des particules broyes de
tournesol du 03/04. ................. 92
Figure 48 : Distribution granulomtrique en masse du sable
pouzzolanique. ............................... 95
Figure 49 : Courbe granulomtrique du sable pouzzolanique.
...................................................... 95
Figure 50 : Mlange chaux arienne et pouzzolane filler.
.............................................................
97
Figure 51 : Essai de prise avec la formulation pouzzolane filler
et chaux arienne...................... 98
Figure 52 : Pte normale de la formulation 70% sable
pouzzolanique et 30% chaux arienne. ... 98
Figure 53 : Suivi de la perte de masse pour le liant 70SP.
.......................................................... 101
Figure 54 : Essai de consistance ( gauche) et pte normale (
droite) pour la formulation 20%
chaux arienne et 80% sable pouzzolanique.
..............................................................................
102
Figure 55 : Suivi de la perte de masse pour le liant 80SP.
.......................................................... 104
Figure 56 : Mlange de 80% de sable pouzzolanique et de 20% de
chaux grasse. ..................... 105
Figure 57 : Liant CG, 70% sable pouzzolanique et 30% chaux
grasse. ...................................... 106
Figure 58 : Principe de la mesure des grandeurs thermiques par
les sondes fil chaud ou plan chaud
sur des prouvettes cubiques.
......................................................................................................
108
Figure 59 : Dtermination de l'effusivit thermique avec la sonde
plan chaud. .......................... 109
Figure 60 : Essai de flexion en trois points sur les ptes de
liants. ............................................. 111
Figure 61 : Courbes force-dplacement en flexion 28 jours.
.................................................... 111
Figure 62 : Essai de compression sur les ptes de liant 70SP et
80SP. ....................................... 112
Figure 63 : Courbes contrainte-dformation des liants 70SP et
80SP 28 jours. ....................... 113
Figure 64 : Courbes de force-dplacement en flexion trois points
des ptes de liants 70SP et 80SP.
.....................................................................................................................................................
114
Figure 65 : Courbes contraintes-dformations des ptes de liants
70SP et 80SP........................ 115
Figure 66 : Suivi de la perte de masse relative la masse d'eau
initiale dans les ptes de liant SP70.
.....................................................................................................................................................
117
Figure 67 : Suivi de la perte de masse des prouvettes 11x22cm de
btons de vgtaux. .......... 126
Figure 68 : Principe du test d'absorption d'eau par capillarit.
.................................................... 127
Figure 69 : Absorption d'eau par capillarit des btons de vgtaux.
......................................... 128
Figure 70 : Principe des mesures thermiques sur les btons de
vgtaux. .................................. 130
Figure 71 : Mesures thermiques des btons de tournesol aprs
passage l'tuve et impact de
lhumidit
relative........................................................................................................................
131
Figure 72 : Principe de l'essai de compression sur les btons de
vgtaux. ................................ 132
Figure 73 : Courbes contrainte-dformation des btons de chanvre
en formulation toit. ........... 134
Figure 74 : Courbes contrainte-dformation des btons de tournesol
en formulation toit. ......... 135
Figure 75 : Courbes contrainte-dformation des btons de tournesol
en formulation mur. ........ 136
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24281file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824282file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824283file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824284file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824284file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824285file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824286file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824287file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824288
-
9
Tableaux
Tableau 1 : Apports nutritifs du plant de tournesol. [MAG10]
..................................................... 19
Tableau 2 : Composition chimique des constituants du tournesol.
[NOZ11] ............................... 21
Tableau 3 : Paramtres de la distribution granulomtrique. [CHA12]
.......................................... 24
Tableau 4 : Paramtres issus des courbes granulomtriques par
analyse d'image. [CHA12] ....... 25
Tableau 5 : Rcapitulatif des caractristiques physiques obtenues
sur le tournesol d'Agrofibre en
2012. [CHA12]
..............................................................................................................................
26
Tableau 6 : Proprits thermophysiques-tude comparative de deux
granulats. [CHA12]........... 26
Tableau 7 : Porosit des constituants. [CHA12]
...........................................................................
27
Tableau 8 : Classes de rsistance en mortier normalis. [CAL]
.................................................... 29
Tableau 9 : Composition massique des formulations mur et toit
l'tat frais. [CER05] .............. 35
Tableau 10 : Masses volumiques sches en formulation mur. [CHA12]
...................................... 37
Tableau 11 : Masses volumiques en formulation toit. [CHA12]
................................................... 37
Tableau 12 : Caractristiques mcaniques en formulation mur.
[CHA12] ................................... 39
Tableau 13 : Comparatif avec donnes bton de chanvre en
formulation mur. [CHA12] ............ 40
Tableau 14 : Caractristiques mcaniques en formulation toit.
[CHA12] .................................... 40
Tableau 15 : Proprits thermiques en formulation toit. [CHA12]
............................................... 45
Tableau 16 : Masse volumique humide en vrac.
...........................................................................
53
Tableau 17 Masses volumiques sches en vrac.
............................................................................
54
Tableau 18 : Paramtres de l'tendue granulomtrique de
l'chantillon TF par tamisage mcanique.
.......................................................................................................................................................
57
Tableau 19 : Paramtres de l'tendue granulomtrique de
l'chantillon TG par tamisage mcanique.
.......................................................................................................................................................
59
Tableau 20 : Paramtres de l'tendue granulomtrique de
l'chantillon TF par analyse dimage. 67
Tableau 21 : Paramtres de l'tendue granulomtrique de
l'chantillon TG par analyse dimage.
.......................................................................................................................................................
68
Tableau 22 : Paramtres de l'tendue granulomtrique de
l'chantillon M par analyse dimage. . 69
Tableau 23 : Paramtres de l'tendue granulomtrique de
l'chantillon TF obtenus par analyse
vido.
.............................................................................................................................................
72
Tableau 24 : Paramtres de l'tendue granulomtrique de
l'chantillon TG obtenus par analyse
vido.
.............................................................................................................................................
73
Tableau 25 : Paramtres de l'tendue granulomtrie de l'chantillon
M obtenus par analyse vido.
.......................................................................................................................................................
74
Tableau 26 : Comparaison entre les mthodes d'analyse
granulomtrique. .................................. 78
Tableau 27 : Proprits thermiques des particules de tournesol.
................................................... 81
Tableau 28 : Porosit l'intrieur de la particule vgtale pour les
trois chantillons tests. ....... 86
Tableau 29 : Masse volumique relle de la particule vgtale sche
pour les trois chantillons
tests.
.............................................................................................................................................
86
Tableau 30 : Tableau rcapitulatif des masses volumiques et
porosits des chantillons TF, TG et
M.
...................................................................................................................................................
87
Tableau 31 : Rcapitulatif de la caractrisation des granulats
livrs le 03/04/15.......................... 91
Tableau 32 : Comparatif du tournesol broy du 03/04 avec le
chanvre ISOCANNA. ................. 91
file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824289file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824290file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824291file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824292file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824293file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824293file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824294file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824295file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824296file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824297file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824298file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824299file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824300file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824301file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824302file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824303
-
10
Tableau 33 : Masse volumique en vrac des constituants de ce
liant. ............................................ 94
Tableau 34 : Paramtres de l'tendue granulomtrique du sable
pouzzolanique. ......................... 96
Tableau 35 : Formulation des 5 prouvettes utilisables pour les
tests du liant 70SP. ................... 99
Tableau 36 : Formulation des prouvettes trop sches du liant
70SP. .......................................... 99
Tableau 37 : Masses et masses volumiques des prouvettes de la
formulation 70% sable
pouzzolanique et 30% chaux
arienne.........................................................................................
100
Tableau 38 : Formulation des prouvettes du liant 80SP.
........................................................... 102
Tableau 39 : Masses et masses volumiques des prouvettes de la
formulation 80% de sable
pouzzolanique et 20% de chaux arienne.
...................................................................................
103
Tableau 40 : Test de consistance du Batichanvre.
.......................................................................
107
Tableau 41 : Caractristiques thermiques des prouvettes 4x4x16cm
des liants 70SP et 80SP en
dbut de schage.
.........................................................................................................................
108
Tableau 42 : Proprits thermiques des liants 80SP et 70SP aprs 28
jours de schage............. 110
Tableau 43 : Rsistance en flexion des liants 70SP et 80SP.
...................................................... 112
Tableau 44 : Rsistance en compression et module d'lasticit 28
jours des liants 70SP et 80SP.
.....................................................................................................................................................
113
Tableau 45 : Proprits thermomcaniques des ptes de liants 70SP et
80SP. ........................... 114
Tableau 46 : Tableau comparatif des caractristiques du liant
70SP 28 et 60 jours................. 115
Tableau 47 : Tableau comparatif des caractristiques du liant
80SP 28 et 60 jours................. 116
Tableau 48 : Proprits thermiques des ptes de liant SP70 aprs
stabilisation des proprits
thermiques.
..................................................................................................................................
118
Tableau 49 : Proprits mcaniques du liant SP70 28 jours.
.................................................... 119
Tableau 50 : Caractristiques des liants de l'tude.
.....................................................................
120
Tableau 51 : Composition massique des formulations mur et toit
l'tat frais. [CER05] .......... 121
Tableau 52 : Formulation mur pour le bton de tournesol.
......................................................... 123
Tableau 53 : Formulation toit pour le bton de tournesol.
.......................................................... 123
Tableau 54 : Formulation mur pour le bton de chanvre.
........................................................... 123
Tableau 55 : Formulation toit pour le bton de
chanvre..............................................................
124
Tableau 56 : Formulation des btons de chanvre raliss par la
socit CALCI-CHAUX......... 124
Tableau 57 : Masses et masses volumiques l'tat frais des
prouvettes 11x22 cm. ................. 125
Tableau 58 : Masses volumiques sches des prouvettes de btons.
.......................................... 127
Tableau 59 : Indice d'absorption d'eau par capillarit et la
remonte capillaire 48 heures. ..... 129
Tableau 60 : Proprits thermiques des diffrentes formulations de
btons. .............................. 130
Tableau 61 : Caractristiques mcaniques des formulations toit.
............................................... 135
Tableau 62 : Caractristiques mcaniques des btons de tournesol en
formulation mur. ........... 136
Tableau 63 : Mise en commun des caractristiques mcaniques des
btons de tournesol avec les
critres des rgles
professionnelles..............................................................................................
137
file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824339
-
11
Introduction gnrale
Le collectif des agriculteurs du GDA (groupement de dveloppement
agricole) de Loches-
Montrsor a constat que la diversification de lassolement par la
mise en place de cultures de
printemps tel que le tournesol tait devenue indispensable dun
point de vue agronomique pour les
exploitations de la Touraine. Cependant, de par la grande
variabilit des rendements des cultures
de printemps et les faibles marges quelles procurent, cette
diversification viendrait dgrader les
performances conomiques des exploitations. De ce fait, le GDA a
lanc en 2013 un projet, intitul
Opration Soleil, visant valoriser les pailles de tournesol en
agro-matriau afin de rduire lcart
conomique avec les cultures dautomne et ainsi allier performance
conomique performance
cologique.
Lobjectif de cette tude sera donc dapporter les critres
techniques dmontrant la validit des
granulats de la tige de tournesol lochois aux rgles
professionnelles sur la construction en chanvre.
Dans un premier temps, une tude bibliographique sera tablie
faisant tat des connaissances
actuelles concernant lutilisation des granulats vgtaux et en
particulier des granulats de tournesol
dans des matriaux composites matrice minrale.
Dans un second temps, une caractrisation exprimentale a t ralise
en trois parties sur les
matriaux ncessaires notre tude. La premire partie consistera en
lanalyse des caractristiques
gomtriques, hydriques et thermophysiques des granulats de
tournesol : moelle et corce. Celle-
ci sera suivie dune tude des liants minraux utiliss, savoir la
dtermination de leurs proprits
thermiques et mcaniques. La dernire partie de cette
caractrisation concernera ltude du bton
de tournesol partir de laquelle seront dtermins les proprits
thermiques, la rsistance en
compression et le comportement hydrique de ces composites.
-
12
Premire partie :
Etude bibliographique
-
13
I/ Enjeux des matriaux de construction base vgtale
Les granulats minraux constituent le produit naturel le plus
consomm dans le monde aprs leau.
De par les fortes demandes, son extraction est donc de plus en
plus difficile et engendre de
nombreuses nuisances pour le voisinage des carrires.
Dautre part, le secteur de la construction exige des ralisations
faibles impacts
environnementaux cest--dire avec des matriaux consommant le
moins dnergie possible au
cours de leur vie.
Cest pourquoi lutilisation de btons de vgtaux sintensifie dans
ce secteur afin de construire de
manire durable et cologique tout en respectant les contraintes
de lpoque. Il est noter que ces
matriaux ont galement de bonnes caractristiques thermiques,
acoustiques et hygromtriques
limitant ainsi le nombre de matriaux utiliss pour un
btiment.
I-1/ Impacts lis llaboration des granulats minraux
Traditionnellement, un mtre cube de bton se compose de 350 kg de
ciment, 750 1000 kg de
granulats et 200 litres deau. Ainsi, les granulats minraux
reprsentent plus de 60% du volume du
bton.
Dans le secteur du btiment, les granulats sont :
- alluvionnaires,
- extraits partir de roches massives,
- artificiels labors partir des laitiers de haut fourneau.
Malgr les engagements pris lors des Grenelles afin de minimiser
les impacts environnementaux
de lactivit extractive, elle pollue encore lenvironnement
avoisinant.
En France, la production de granulats minraux en 2013 slevait
365 millions de tonnes soit une
augmentation de 1,2% par rapport 2012. [UNICEM]. De par les
contraintes tablies par les
rglementations environnementales, un risque de pnurie se prsente
considrant lvolution
actuelle des besoins en granulats. A court et moyen terme, la
complexit et les cots de laccs
aux ressources auront donc des consquences conomiques pour les
entreprises exploitantes.
[MIN12]
-
14
Au niveau territorial et environnemental, lactivit extractive
prsente galement des impacts :
nuisances sonores pour le voisinage, cration de vibrations dues
aux explosions, cration de
poussires, destruction dhabitats naturels et dhabitats despces
sauvages ainsi quune
modification de la qualit de leau prsente proximit des carrires.
[UNPG]
I-2/ Problmes lis aux impacts nfastes de lindustrie
cimentire
Lindustrie cimentire impacte fortement lenvironnement par la
cration de poussires quelle
engendre et aussi cause des fortes missions en CO2 lies la
cration du ciment.
Le ciment Portland est issu de calcaire CaCO3 et dargile
constitue de silice SiO2 et doxyde
daluminium Al2O3.
On obtient tout dabord le clinker aprs une monte temprature de
la matire 1500C avec des
flammes atteignant 2000C. Le clinker est un composant essentiel
pour la fabrication du ciment
par mlange avec des additifs (gypse, calcaire). [LAF]
Llaboration de ce clinker est ralise partir de la raction de
dcarbonatation suivante :
CaCO3(s) -> CaO(s) + CO2(g)
Ainsi, plus un ciment est riche en clinker plus il produira des
gaz effet de serre.
Le clinker est responsable de la majeure partie de lempreinte
carbone du bton. Il est noter
quune tonne de ciment gnre 900 kg de CO2 et une tonne de clinker
en gnre 835 kg [ENC]
(valeurs prises sans tenir compte des missions dues au transport
du ciment et sa mise en
place). De plus, 60% de ces missions sont lies la raction de
dcarbonatation du calcaire, le
reste provenant des combustibles utiliss pour la cuisson des
matires premires.
Des mesures sont prises pour rduire ces missions de CO2 savoir
la rduction du taux de clinker
dans le ciment : passage de CEM I (95% de clinker) CEM III
(moins de 5% de clinker).
Lindustrie cimentire a galement remplac les combustibles
fossiles par le gaz naturel qui reste
cependant polluant.
Enfin, une solution utilise actuellement est de rduire la
quantit de clinker en utilisant des
ciments composs cest--dire en ajoutant au ciment des additifs de
nature pouzzolanique. Ces
liants seront abords dans la partie III.
-
15
I-3/ Exigences nergtiques et environnementales du secteur de la
construction
En France, le secteur du btiment consomme la moiti de lnergie
consomme par toutes les
activits et produit le quart des gaz effets de serre mis
annuellement. Ainsi, ce secteur constitue
un enjeu de premier ordre dans la dmarche de dveloppement
durable.
Depuis plusieurs annes, les pouvoirs publics ont dfini des
labels en vue de matriser lnergie
utilise au cours de la vie dun btiment : HPE (Haute Performance
Energtique), BBC (btiment
basse consommation) pour les btiments dont la consommation
conventionnelle dnergie
primaire est infrieure 50kWh/m/an (figure 1).
La RT2012 impose la construction de btiments BBC ce qui explique
que les impacts
environnementaux proviennent en majorit des matriaux mis en uvre
et non de lutilisation du
btiment qui est dornavant rglemente : chauffage, . Une autre
notion se dveloppe, celle de
btiment nergie positive BEPOS mais aucun dcret nexiste
actuellement pour ce label.
Toutefois lassociation Effinergie a cr le label effinergie+ qui
atteste dune rduction de 20%
des consommations conventionnelles dnergies primaires soit une
consommation moyenne de 40
kWh/m/an.
Figure 1 : Evolution des exigences nergtiques des btiments.
[DEV]
-
16
Ainsi, plus la consommation moyenne des btiments diminuera, plus
la part des matriaux utiliss
dans la consommation nergtique globale sera importante do lintrt
de trouver des matriaux
de bonnes caractristiques avec de faibles impacts
environnementaux (figure 2).
Les matriaux bio-sourcs (laine, lige, fibres de bois, de chanvre
ou de tournesol ) sont trs
intressants de ce point de vue car ils permettront dallier de
bonnes caractristiques mcaniques
avec de trs bonnes caractristiques thermiques et hygromtriques
tout en limitant leurs impacts
sur lenvironnement.
I-4/ Dveloppement dun matriau base vgtale : le tournesol
Comme nous lavons vu prcdemment, il est ncessaire de choisir,
parmi les matriaux du secteur
de la construction, des matriaux faibles impacts
environnementaux. Dans cette sous-partie, nous
aborderons un des vgtaux pouvant tre utilis comme granulats de
btons de vgtaux savoir
le tournesol.
Le tournesol, de son nom scientifique Helianthuus annuus, est
une plante cultive pour son huile
en France depuis 1960. Rcemment, le tournesol est galement
utilis pour la fabrication de bio-
carburant. Cest une plante olagineuse annuelle dune taille
allant de 1,2 2 mtres en moyenne.
Figure 2 : Impact environnemental des diffrents lments d'un
btiment. [MAG10]
-
17
En France, le CETIOM value la production de tournesol un peu
plus de 700 000 ha (figure 3)
depuis 2010 tandis que la production de chanvre est hauteur de
10 000 ha en France. Dans le
monde, la production de tournesol est en constante augmentation
et atteint, en 2010, 24 millions
dhectares avec 2/3 de la surface de tournesol mondiale rparti
entre la Russie (6,5 Mha), lUkraine
(4,8Mha) et lUnion Europenne des 27 (3,5 Mha). [CET11]
Mise part quelques dbouchs en cosmtique ou plus rcemment pour le
biocarburant, lintrt
principal du tournesol est la production dhuile : 400 000 ha en
France y sont consacrs. La France
est le premier producteur mondial de tournesol olique
(croissance constante depuis 2010, voir
figure 3). [CET11]
La tige tant inutilise lors de la rcolte des graines de
tournesol, il apparat intressant de valoriser
celle-ci par la fabrication de granulats en vue de llaboration
de btons de vgtaux, considrant
les caractristiques intressantes de ces composants, tant au
point de vue thermique
quhygromtrique.
Le bton base de granulats de tournesol permettra, comme pour le
bton de chanvre, de rduire
en premier lieu les impacts environnementaux : les fibres
vgtales sont des matires premires
biodgradables, renouvelables et neutres vis--vis des missions de
CO2. Dautre part, la culture
de tournesol ncessite moins dintrants de type produits
phytosanitaires par rapport aux cultures
dautomne de type colza. En les utilisant nous observerons une
diminution des impacts cologiques
par rapport au bton conventionnel.
Figure 3 : Production annuelle de tournesol en France.
[CET11]
-
18
Cependant, contrairement aux btons minraux, ces btons de vgtaux,
ici base de tournesol,
ne constitueront pas des murs porteurs, leur rsistance tant trop
faible.
Etant donn leurs bonnes caractristiques thermiques, ils seront
utiliss en remplissage de murs,
en isolation par voie sche .
Il est noter que ces btons de vgtaux sont peu utiliss en
constructions neuves cause du
manque de matrise technique les concernant (peu de retour
dexprience) : il existe uniquement
des rgles professionnelles pour la construction en chanvre qui
peuvent tre appliques au bton
de tournesol vu la ressemblance de leurs caractristiques
physiques.
II/ Caractrisation des granulats base de tournesol
Les btons de vgtaux sont constitus de fibres vgtales qui jouent
le rle de renfort du bton et
dune matrice de nature minrale (ciment, chaux ) qui apporte la
cohsion du matriau
composite et le transfert des efforts aux fibres.
Les fibres vgtales se regroupent en deux catgories :
- les fibres libriennes sont les fibres issues de la tige du
vgtal : chanvre, lin, tournesol ;
- les fibres issues des feuilles ou du tronc de la plante :
yucca, sisal .
Dans cette partie, nous dcrirons les proprits des agrgats
vgtaux, plus prcisment les
agrgats de la tige de tournesol partir des donnes rcoltes sur
les tournesols de la socit
Agrofibre. Ces proprits seront mises en parallle avec celles des
agrgats de chanvre, matriau
sujet des recherches plus importantes pour le secteur de la
construction.
-
19
II-1/ Structure et caractrisation chimique de la tige de
tournesol
II-1-1/ Structure de la tige de tournesol
Le tournesol est dfini en quatre sous-ensembles : les racines,
la tige, les feuilles et la capitule qui
contient les graines utilises pour la fabrication de lhuile.
Ltude ralise par Magniont montre une rpartition de la masse sche
du tournesol entre ces
diffrents sous-ensembles (figure 4). Il apparat que la tige de
tournesol reprsente 25% de la masse
sche totale du tournesol. [MAG10]
Au cours de la rcolte, la tige de tournesol est coupe en-dessous
du capitule. Le capitule est
ensuite battu pour rcolter uniquement les graines stockes dans
celui-ci. Une fois les graines
rcoltes, le capitule et la tige sont enfouis pour leur apport
humique et minral vitant
lappauvrissement du sol.
Les travaux de Van Denbossche ont montr que la moelle de la tige
de tournesol est source
dapports minraux, protiques et humiques pour le sol ; cependant
ceux-ci sont faibles par rapport
aux apports engendrs par le capitule (tableau 1). Ainsi, le
prlvement de la tige de tournesol pour
son utilisation en co-matriau de construction pourra tre compens
facilement. [MAG10]
Figure 4 : Structure du plant de tournesol et masses sches des
constituants du plant de tournesol. [MAG10]
Tableau 1 : Apports nutritifs du plant de tournesol. [MAG10]
-
20
Au niveau de la tige du tournesol, la partie lignocellulosique
peut tre considre comme similaire
celle du chanvre. [NOZ11] Par observation au microscope
lectronique balayage, on remarque
la structure de la tige de tournesol suivante (figure 5) :
- Epiderme
- Xylme : partie boise de la tige avec des fibres de forme
paralllpipdique de
longueur de 10 30 mm. [NOZ11]
- Moelle cellulosique : partie centrale de la tige.
Le tournesol est un dicotyldone : il possde des mristmes
secondaires (cambium) qui sont
lorigine du xylme secondaire (bois) et du phlome secondaire. Ces
tissus secondaires vont
spaissir avec lge de la plante.
Magniont dmontre que pour une porosit inter-granulaire de 43%,
on obtient une conductivit
thermique denviron 0,051 W/(m.K) pour un mlange granulaire de
moelle de tournesol, valeur
proche de celle du chanvre (=0,0545 W/(m.K) pour la chnevotte
non tasse). Ce rsultat, d
sa forte porosit intra-particulaire, rend la moelle de tournesol
trs intressante du point de vue de
ces proprits thermiques. [MAG10]
II-1-2/ Caractrisation chimique de la tige de tournesol
On observe galement des similitudes entre la composition
chimique du tournesol et du chanvre.
En effet, on constate que la partie boise de la tige de
tournesol contient de la cellulose hauteur
de 40% de sa masse correspondant la proportion de cellulose
prsente dans la partie boise du
chanvre. La moelle de tournesol contient de la cellulose hauteur
de 47,4% de sa masse.
Figure 5 : Coupe transversale de la tige de tournesol (a) [SCI]
et faces intrieures de la tige de tournesol
observes au MEB (b) [NOZ12]
-
21
La quantit de lignines est plus importante dans la partie boise
du tournesol que dans la moelle
de celui-ci (respectivement 13,4%-16.2% et 3,5%) (tableau 2). Ce
taux massique de lignine reste
infrieur celui de la partie boise du chanvre value 18,3%. Il est
noter que cette quantit
dpend fortement de lge et de lvolution de la plante. [CHA12]
Enfin, le taux de pectine entre la partie boise du tournesol et
sa moelle est identique (6%),
proportion respecte galement dans la chnevotte. Cependant, il
est faible compar au 20%
contenu dans les fibres corticales de chanvre. Il est noter que
ces valeurs dpendent des
conditions de culture de ces vgtaux et des espces choisies.
[JIM93, KHR96]
Nozahic et al. [NOZ11] a regroup les compositions chimiques des
diffrents constituants du
tournesol releves par diffrents auteurs (tableau 2).
Au cours de son PRD, M. Chabannes a dtermin la composition
chimique des particules de
tournesol par spectroscopie infrarouge cest--dire dans le
domaine 400-4000 cm-1.
Il a obtenu par cette mthode le graphique suivant que nous
allons expliquer.
Figure 6 : Spectre infrarouge obtenu pour diffrents types de
particules. [CHA12]
Tableau 2 : Composition chimique des constituants du tournesol.
[NOZ11]
-
22
M. Chabannes a ainsi pu mettre en vidence les proportions
prsentes dans le tableau 2 tabli par
Nozahic. Les diffrentes valeurs dabsorbance permettent de
distinguer la prsence de cellulose,
pectines et lignines.
Entre les nombres dondes 3100 et 3500 cm-1, on observe la
prsence de celluloses et
dhmicelluloses en plus grande quantit dans la moelle que dans la
partie boise comme cela est
indiqu dans le tableau 2 : environ 40% pour la partie boise
contre 47,4% pour la moelle de
tournesol.
On remarque la prsence de deux pics 2850 cm-1 et 2925 cm-1
correspondant la prsence de
graisses plus importantes sur les particules boises que dans la
moelle.
Enfin, le pic 1720 cm-1 met en vidence des pectines lgrement
plus nombreuses dans la moelle
que dans la partie boise intrieure : Nozahic considre les
proportions de 5,9% dans la tige et 6%
dans la moelle. [CHA12]
La structure de la tige de tournesol tant dfinie, il reste
dterminer les caractristiques
principales des granulats de tournesol afin de savoir sil est
intressant de les considrer pour la
fabrication de btons de vgtaux.
II-2/ Granulats de tige de tournesol
II-2-1/ Caractrisation granulomtrique des granulats de
tournesol
Ltude granulomtrique des agrgats de la tige de tournesol
dAgrofibre ralise par
M.Chabannes a t effectue par deux mthodes sappliquant sur les
granulats secs :
- Tamisage mcanique
- Analyse dimage
Dans une premire approche visuelle, on peut mettre en vidence
une granulomtrie assez varie.
On trouve des formes quasi sphriques pour les particules de
moelle cellulosique et des fibres fines
et lances pour la partie boise. Ces diffrences gomtriques nous
amnent faire des mesures
de diamtre quivalent pour caractriser les granulats.
-
23
Tout dabord, le tamisage mcanique peut sexprimer en plusieurs
reprsentations. La premire
consiste exprimer les rsultats sous forme dhistogrammes :
distributions granulomtriques en
masse. On regroupe les particules en classe de dimensions sur
les abscisses et on exprime leurs
proportions en ordonnes (figure 7).
La frquence du pourcentage de refus est calcule en fonction de
classes de dimensions lies aux
tamis utiliss.
On remarque que 55 4% de la population se trouvent dans la
classe [0,5-2,5mm], tandis que le
taux de poussire (particules passant travers le tamis douverture
0,1 mm) est compris entre 1 et
2,5%.
On obtient ensuite la courbe granulomtrique pour dterminer
ltendue de la granulomtrie
(figure 8). Les valeurs intressantes sont la mdiane d50, ainsi
que les quartiles d25 et d75 pour
exprimer la variabilit dimensionnelle.
Figure 7 : Distributions granulomtriques en masse. [CHA12]
-
24
M.Chabannes obtient par cette mthode les caractristiques
suivantes (tableau 3) :
Ainsi, 80% des particules ont un diamtre quivalent compris entre
1 mm et 4,5 mm. [CHA12]
Cependant, cette mthode doit tre nuance de par la gomtrie lance
des fibres vgtales et une
masse volumique faible. En effet, les particules les plus
longues passent travers les mailles du
tamis par leur plus petite dimension et ne donnent donc aucune
information sur leur plus grande
dimension. Enfin, le matriau est htrogne vu la diffrence de
masse volumique entre le bois et
la moelle. [CHA12]
Figure 8 : Courbe granulomtrique des valeurs moyennes obtenues.
[CHA12]
Tableau 3 : Paramtres de la distribution granulomtrique.
[CHA12]
-
25
Lanalyse dimage permet une apprciation plus judicieuse de la
forme des particules. En effet,
elle permet dexprimer la fraction de surface des particules au
lieu dexprimer la masse des
particules par classe de taille comme le fait le tamisage
mcanique. Le procd de cette mthode
sera abord au cours de ltude exprimentale.
Lanalyse dimage donne une meilleure prcision des courbes
granulomtriques. Elle permet la
reprsentation de la courbe pour le diamtre quivalent mais
galement celles pour les axes mineur
et majeur.
M.Chabannes a donc obtenu les courbes suivantes (figure 9) :
On observe clairement sur la figure 9 ci-dessus que la courbe
granulomtrique obtenue par
tamisage mcanique est superpose la courbe de laxe mineur obtenue
par analyse dimage. Ceci
confirme lhypothse mise prcdemment savoir que les particules
passaient travers le tamis
par leur plus petite dimension.
On obtient ainsi par analyse dimages les paramtres statistiques
suivants (tableau 4) :
DA correspond au diamtre quivalent-surface issue de lanalyse
dimage.
Figure 9 : Courbes granulomtriques obtenues par analyse d'image
sur le tournesol. [CHA12]
Tableau 4 : Paramtres issus des courbes granulomtriques par
analyse d'image. [CHA12]
-
26
On observe que 90% des particules ont un diamtre quivalent
compris entre 2,5 mm et 6 mm et
50% de celles-ci ont un diamtre quivalent entre 3 et 5 mm.
[CHA12]
II-2-2/ Caractristiques physiques des granulats de tournesol
Pour une meilleure comparaison des travaux qui seront effectus
dans la seconde partie, nous
allons nous attacher aux valeurs prises sur les agrgats de
tournesol de la socit Agrofibre.
Ltude ralise en 2012 sur ces tournesols a donn les rsultats
suivants (tableau 5) :
On remarque des donnes intressantes pour la ralisation de bton :
caractre isolant des granulats
de tournesol. Il apparat que les granulats de tournesol ont des
caractristiques thermiques proches
de celles du chanvre. Ltude des granulats de tournesol et de
chanvre de la socit Agrofibre
montre les rsultats suivants (tableau 6) :
Capacit thermique massique c (J.K-1
.kg-1
)
Teneur en eau saturation Wsat (%)
Caractristiques des granulats de tournesol
Tournesol
provenant de la
socit
AGROFIBRE
Donnes
extraites du
PRD de
Morgan
Chabannes Surface spcifique S spcifique (cm/g) 242
550%
303,21
109,6 4,1
92,5 2,3
Masse volumique apparente en vrac (kg/m3)
Masse volumique relle sche R0P (kg/m3)
Masse volumique sche en vrac A0G (kg/m3)
Diffusivit thermique (m.s-1)
51,7 1,53
Teneur en eau du granulat W (%)
Porosit nP (%)
Proprits thermiques
89,44
8,50E-07
Taux d'absorption 24 heures
Proprits physiquess
530%
18,44 0,42%
194
Conductivit thermique (W/m.K)
Effusivit thermique (J.m-2
.K-1
.s-1/2
)
0,050 0,02
Tableau 5 : Rcapitulatif des caractristiques physiques obtenues
sur le tournesol d'Agrofibre en 2012. [CHA12]
Tableau 6 : Proprits thermophysiques-tude comparative de deux
granulats. [CHA12]
-
27
On note une conductivit thermique plus faible pour les granulats
de tournesol que pour ceux du
chanvre qui sexplique par la prpondrance du vide dans la
microstructure de la moelle
cellulosique.
Le tableau 5 (page prcdente) montre une porosit atteignant les
90% du volume totale de la tige
avec des porosits par constituant de (tableau 7) :
Enfin, les granulats de tournesol possdent une effusivit
thermique assez faible compare celle
du bois value entre 120 et 660 J.m-2.K-1.s-1/2. Cette
caractristique donnera un effet de paroi
chaude trs intressante aux murs constitus de ces granulats. En
effet, leffusivit thermique tant
la capacit des matriaux absorber plus ou moins rapidement un
apport de chaleur, plus elle sera
faible, plus le matriau se rchauffera rapidement en surface en
absorbant peu de chaleur. [ECO]
Ainsi, il apparat clairement que les agrgats de la tige de
tournesol seraient de bons candidats pour
llaboration de btons de vgtaux, particulirement en termes de
performances thermiques.
Tableau 7 : Porosit des constituants. [CHA12]
-
28
III/ Liants et proprits du bton de tournesol
Des rgles professionnelles ont t tablies pour la fabrication du
bton de chanvre donnant les
liants utiliser principalement pour ce bton. La similarit entre
les agrgats de chanvre et de
tournesol nous amne suivre ces rgles pour llaboration des btons
de tournesol, vu le manque
de donnes techniques sur ce dernier.
Par analogie au chanvre, le tournesol sera le squelette du bton
vgtal ; cependant le bton sera
moins rsistant quen utilisant des granulats minraux.
Le liant doit augmenter cette rigidit et la cohsion entre les
granulats de tournesol. Plus le liant
choisi aura une rsistance importante plus on augmentera la
rsistance mcanique du bton vgtal.
Les rgles professionnelles exigent que le liant respecte quatre
critres :
- permettre un enrobage parfait des diffrents constituants,
- participer la bonne mise en uvre du bton par son comportement
ltat frais,
- assurer les caractristiques mcaniques essentielles en termes
de rsistance,
- assurer ladhsion entre les particules vgtales.
III-1/ Les liants utiliss
Cette sous-partie expose les diffrents types de liants pouvant
tre utiliss en gnral pour
llaboration de btons de vgtaux donc fortiori de btons de
tournesol. Dans la partie
exprimentale, nous nutiliserons pas la totalit de ces liants, on
sintressera au liant Batichanvre
de Saint-Astier, liant valid par Construire en chanvre ainsi qu
un liant pouzzolanique,
associant de la chaux arienne du sable pouzzolanique, que nous
dcrirons dans la seconde partie
de ce rapport.
III-1-1/ Les liants ariens
La chaux arienne provient de la calcination de roches calcaires
pures. On distingue deux types de
chaux arienne :
- la chaux arienne calcique (CL90, 80 ou 70) cre partir de
calcaires contenant 5%
de carbonate de magnsium (MgCO3),
- la chaux arienne dolomitique (DL85 ou 80) cre partir de
calcaires contenant entre
40 et 44% de MgCO3. [GRA15]
-
29
Aprs cuisson du calcaire pur, on obtient de la chaux vive (CaO)
que lon vient hydrater pour
former la chaux teinte Ca(OH)2 :
CaO + H2O -> Ca(OH)2 (3.1)
Ensuite, on assiste la prise arienne par carbonatation de la
chaux teinte :
Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O (3.2)
On retourne ainsi par absorption de dioxyde de carbone du
calcaire (carbonate de calcium)
do un bilan carbone considr comme nul. [CES]
III-1-2/ Les liants hydrauliques
Un autre type de chaux existe : les chaux hydrauliques formes
partir de calcaires argileux. Elles
sont classes suivant leur rsistance la compression 28 jours
(voir tableau 8) :
- la chaux hydraulique naturelle (NHL) : elle est issue des
calcaires siliceux. Elle effectue
sa prise au contact de leau et de lair. Elle convient pour les
maonneries, les enduits
et les dcors.
- la chaux hydraulique (HL) : elle correspond de la chaux
hydraulique naturelle avec
plus de 20% dadditifs. [ECO]
On retrouve deux tapes pour la prise hydraulique :
- formation de C-S-H [CaO-SiO2-H2O] partir de lhydratation du
silicate bicalcique
C2S [2CaO-SiO2] qui est la phase hydraulique majeure de la chaux
hydraulique :
C2S + H2O -> C-S-H + Ca(OH)2 (3.3)
- carbonatation de la chaux teinte pour obtenir la chaux
hydraulique :
Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O (3.4)
Tableau 8 : Classes de rsistance en mortier normalis. [CAL]
-
30
La prsence des C-S-H confrent au liant un caractre hydraulique
engendrant un durcissement de
la pte.
Dans les liants hydrauliques, on retrouve galement le ciment de
Portland (dfini dans la norme
EN 197-1) class en cinq catgories de CEM I CEM V suivant sa
teneur en clinker.
Actuellement, la chaux est prfre au ciment pour la confection de
btons de vgtaux. En effet,
la fabrication de la chaux est plus propre que celle du ciment.
La temprature de cuisson de la
chaux est comprise entre 900 et 1250 C tandis que celle du
clinker, composant majeur du ciment,
est denviron 1450C. Enfin, au niveau de leur bilan carbone, une
tonne de chaux produite
engendre 0,4 tonne de CO2 alors que la production dune tonne de
ciment entraine 0,93 tonne de
CO2. La chaux va absorber du CO2 lors de sa carbonatation
diminuant ainsi son empreinte carbone.
III-1-3/ Les liants pouzzolaniques
Nous nous attacherons ici dtailler les caractristiques de ce
type de liant sachant quil
correspond au liant que nous utiliserons dans la partie
exprimentale de ce projet pour laboration
de nos btons de tournesol.
III-1-3-1/ Les pouzzolanes
La pouzzolane naturelle est une roche siliceuse lgre produite
par des projections volcaniques
basaltiques. Elle est dfinie comme un matriau se composant de
silice SiO2 (46,1% pour notre
tude exprimentale), dalumine et doxyde ferrique. La silice ne
possde aucune valeur liante par
elle-mme mais, en tant que poudre et en prsence dhumidit, elle
va ragir chimiquement avec
lhydroxyde de calcium Ca(OH)2 solubilis des tempratures
ordinaires afin de former des
composs aux proprits liantes : cest la raction pouzzolanique.
[NOZ12]
SiO2 (pouzzolane) +Ca(OH)2 + H2O -> C-S-H (3.5)
Tout matriau engendrant une raction pouzzolanique aprs mlange
avec de la chaux et de leau
pourra tre dsign par le terme gnrique pouzzolane provenant de la
ville italienne Pouzzoles
en Italie, au pied du Vsuve. Le sable volcanique de cette rgion
fut utilis par les romains pour
laborer des btons rsistants leau par exemple dans la
construction du colise de Rome ou du
-
31
pont du Gard dont ltat de conservation dmontre la durabilit de
ce type de matriaux. Les
romains ntaient cependant pas les seuls utiliser des matriaux
pouzzolaniques, les habitants de
Bali utilisent depuis plus de 2000 ans un mlange de chaux
corallienne et de cendres du volcan
sacr lAgung. [NOZ12]
Avec lactivit industrielle humaine, on assiste la cration dun
nombre important de matriaux
pouzzolaniques artificiels tels que les laitiers daciries ou les
cendres volantes. Cependant en
considrant notre dmarche de crer un matriau bio-sourc et la
rgion dans laquelle ce projet est
ralis, nous nous intresserons tout particulirement aux matriaux
naturels dorigine volcanique
prsents en grande quantit dans le massif central. [NOZ12]
III-1-3-2/ La raction pouzzolanique
Les cimentiers connaissent la raction pouzzolanique comme une
raction secondaire de la prise
cimentaire. Elle seffectue, dans ce cas, entre la portlandite,
nouvellement forme pendant la prise
hydraulique, et les aluminosilicates prsents dans le ciment. Les
pouzzolanes industrielles telles
que les laitiers de haut fourneau et les cendres volantes sont
dsormais inclues dans de nombreuses
formulations de ciment (Ciments de type III). [NOZ12]
Les matriaux pouzzolaniques doivent leurs proprits liantes leur
teneur importante en
matriaux acides amliorant les problmes de compatibilit entre les
fibres vgtales et le liant
minral (soit la chaux dans notre tude). La raction de base est
dcrite par lquation (3.5) page
31. [NOZ12]
Lactivit pouzzolanique peut tre dcrite en suivant le modle de Le
Chatelier comme une
attaque alcaline superficielle de minraux silico-alumineux par
une solution sature en chaux
suivie dune recombinaison des ions rsultants avec la chaux
prsente dans la solution. Les
pouzzolanes sont constitues majoritairement de feldspaths qui
appartiennent la classe
minralogique des tectosilicates. Leur structure cristalline
rsulte dun arrangement de ttradres
Si4+(O2-)4 et Al3+(O2-)4 dont les atomes doxygne assurent les
liaisons. [NOZ12]
Les tapes de la raction pouzzolanique peuvent tre dcrites de
manire simplifie comme suit :
- Attaque : Les ttradres Si4+(O2-)4 et Al3+(O2-)4 qui composent
les verres amorphes du
matriau pouzzolanique sont spars et librent des ions [SiO(OH)3]-
et [Al (OH)4]
-.
-
32
- Diffusion : Sous leffet de lagitation thermique, il y a
diffusion de ces ions jusqu la
formation de foyers de cristallisation.
- Cristallisation des hydrates : Les ions silicates et
aluminates ragissent avec la chaux
libre pour former des hydrates solides : C-S-H gnrateurs de
rsistance. [NOZ12]
III-1-3-3/ Quantit de chaux arienne dans le liant
La quantit de chaux teinte (ou grasse) quil faut mlanger une
pouzzolane dite pure doit tre
denviron 18% daprs Vicat. Plusieurs tudes sont venues complter
cette affirmation. Une
premire tude a t ralise en mlangeant diffrentes pouzzolanes du
Massif Central dune
teneur en eau constante de 8% avec de la chaux dont la
proportion varie de 10 34%. Il est apparu
que lemploi dun excdent de chaux dans les mlanges
chaux-pouzzolane-eau ne conduisait pas
forcment une meilleure fixation de la chaux par les pouzzolanes
(voir figure 10). Il semblerait
que les mlanges de cette tude aient un taux massique optimal de
chaux situ entre 20 et 25%, les
diffrentes pouzzolanes ayant nanmoins des comportements
diffrents. Il est intressant de noter
que ltude sest effectue granulomtrie constante et pour des
sables de calibre 0/3mm. Les
conclusions furent que lutilisation dune granulomtrie plus fine
et dun matriau phase vitreuse
plus importante amliore la fixation dune quantit importante de
chaux. [NOZ12]
Au cours de leur tude, Fournier et Geoffray ont fait varier la
quantit de chaux dans le mlange
chaux arienne-pouzzolane naturelle de 2 40