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T TH HÈ ÈS SE E En vue de l'obtention du D DO OC CT TO OR RA AT T D DE E L L’ ’U UN NI IV VE ER RS SI IT TÉ É D DE E T TO OU UL LO OU US SE E Délivré par l'Université Toulouse III - Paul Sabatier Discipline ou spécialité : Génie Civil JURY Laurent ARNAUD (Rapporteur) Marie-Ange ARSENE (Rapporteur) Denis DAMIDOT (Président du jury) Pascale DE CARO (Co-encadrante) Gilles ESCADEILLAS (Directeur de thèse) César A. JUAREZ ALVARADO (Invité) Claire OMS-MULTON (Directrice de thèse) Ecole doctorale : Mécanique, Energétique, Génie civil et Procédés Unité de recherche : Labratoire de Matériaux et Durabilité des Constructions Directeur(s) de Thèse : Gilles Escadeillas et Claire Oms-Multon Présentée et soutenue par Camille MAGNIONT Le 8 juin 2010 Titre : Contribution à la formulation et à la caractérisation d'un écomatériau de construction à base d'agroressources Remerciements - 3 - Remerciements Ce travail de thèse a été réalisé entre 2006 et 2010 au sein du Laboratoire de Matériaux et Durabilité des Constructions (LMDC) de Toulouse. Je tiens à remercier mes directeurs de thèse Claire Oms-Multon et Gilles Escadeillas, qui m’ont tout d’abord permis de réaliser, au sein du LMDC, une thèse sur une thématique qui me tenait particulièrement à cœur, celle des matériaux de construction à faible impact environnemental. Je les remercie pour leurs conseils avisés, leur enthousiasme et leurs encouragements tout au long de ma thèse ainsi que pour la liberté et l’autonomie qu’ils m’ont accordées dans la gestion de mes travaux de recherche. Je tiens également à les remercier pour leur relecture, leurs nombreuses remarques et corrections concernant mon (trop) long manuscrit… Deux collaborations ont notamment permis l’aboutissement de ce projet. La première, avec le Laboratoire de Chimie Agroindustrielle (LCA) de Toulouse, a été rendue possible grâce à l’investissement de Pascale de Caro. Je tiens à la remercier très sincèrement pour sa disponibilité, sa gentillesse, sa patience et ses compétences scientifiques qui m’ont permis d’explorer la voie des interactions adjuvants organiques/liant minéral. Je remercie également les différents personnels du LCA, et notamment Antoine Rouilly, qui m’ont permis d’accéder à des techniques expérimentales spécifiques. La deuxième collaboration a été mise en place depuis 3 ans avec César Juárez de l’Institut de Génie Civil de Monterrey au Mexique. Je le remercie chaleureusement de l’accueil qu’il m’a réservé au sein de son laboratoire ainsi que de m’avoir fait bénéficier de son expertise concernant le renforcement d’une matrice cimentaire par des fibres végétales. Enfin, je lui suis reconnaissante d’avoir accepté de participer à mon jury de thèse et je serai très heureuse de poursuivre cette fructueuse collaboration scientifique. Merci également aux professeurs, doctorants et étudiants qui m’ont aidée lors de mon séjour à Monterrey. Je tiens par ailleurs à remercier Jean-Pol Fortuné pour l’intérêt qu’il a porté à mes travaux de recherche, le temps qu’il a consacré à la lecture de mon manuscrit et ses précieuses remarques, en particulier concernant les analyses par diffraction de rayons X. Je remercie également Luc Floissac, qui m’a fait partager son savoir et ses compétences concernant les techniques d’écoconstruction et grâce auquel j’ai pu travailler sur l’utilisation de la moelle de tournesol comme granulat léger. Enfin, j’ai eu grand plaisir à collaborer avec Eric Gazagnes dirigeant de la société Agrofibre, grâce à laquelle ce projet de recherche a abouti à une application à l’échelle industrielle. Je souhaite exprimer mes remerciements à Marie-Ange Arsène et Laurent Arnaud pour avoir accepté d’être rapporteurs de ce mémoire de thèse ainsi que pour leurs remarques et critiques constructives. Je remercie également Denis Damidot qui a accepté de présider mon jury de thèse. Remerciements - 4 - Je tiens à remercier particulièrement Alexandra Bertron, qui, depuis plus de 4 ans maintenant, grâce à un coaching rigoureux et sans faille, m’a fait faire un master en « microbio », courir un marathon (bientôt 2…), mettre les accents (presque) au bon endroit sur les mots en anglais, passer des auditions en mode gagnante, croire toujours dans les moments de « moins bien » que c’était normal et que tout irait mieux le lendemain. Merci pour tout, cela aurait été beaucoup plus difficile sans toi… Je tiens également à remercier les « jeunes » collègues et amis (Jérôme, Jean-Rémi, Laurie, Marie et Fabrice) qui, chacun dans leur style, en recherche ou pour les enseignements à l’IUT, m’ont écoutée, encouragée, conseillée, bousculée, maternée, interrogée… Merci beaucoup pour le temps et l’attention que vous m’avez consacrés. Cette thèse n’aurait pas été possible sans l’apport des personnels techniques du laboratoire, parmi lesquels je remercie particulièrement Simone Julien et Guillaume Lambaré pour leur disponibilité, leurs compétences et leur sympathie. Je tiens également à remercier les membres de la division transfert pour leur aide et notamment Laurent Larregain, avec lequel il est toujours agréable de travailler. Je remercie chaleureusement tous les collègues du département de Génie Civil de l’IUT qui m’ont immédiatement intégrée à l’équipe pédagogique et avec lesquels j’ai eu beaucoup de plaisir à travailler (et à festoyer) pendant mes années de monitorat et d’ATER, et qui ont finalement décidé de me garder ! Merci aux anciens et actuels doctorants avec lesquels j’ai partagé ces années LMDC : Rackel, Pauline, Youcef, Paco, Antoine, Thomas : l’équipe mots croisés du midi ; Marie, Fabrice, PYM, Sam, Steeve et Rachida, avec lesquels j’ai eu le privilège de partager mon bureau. Merci pour tous ces moments de convivialité, ces franches rigolades, le décorticage des tiges de tournesol, ces margaritas, ces potins, ces discussions enflammées sur les méthodes de séchage les plus adaptées à l’ATG, Yohan Gourcuff, comment tracer un histogramme à échelle logarithmique sur excel, la réforme des Universités ou encore le bleu est il toujours à la mode cet été. Pour ceux qui quittent Toulouse, je vous souhaite beaucoup de réussite et j’espère vous revoir bientôt pour établir des collaborations de recherche fructueuses évidemment, mais surtout pour passer à nouveau de bons moments ensemble. A mes amis, Sophie, Merryl, Véro, Perrine, Hugues, Jérôme, merci d’être venus me soutenir le jour J, merci à tous les autres (Maeva, Bérengère, Clémentine, Marie, Steph, O2, Gaël, Arnaud, Ben etc.) pour leurs encouragements. J’espère vous avoir convaincus à l’issue de cette soutenance que j’ai une réelle activité professionnelle depuis 4 ans et qu’elle ne consiste pas uniquement à l’étude des « effets de la m… de cochon sur le béton »... Enfin, je tiens à remercier ma famille, mes grands-parents, mon frère Baptiste et en particulier mes parents qui m’ont toujours encouragée et soutenue inconditionnellement dans mon parcours universitaire, comme dans la vie. Je finirai par un grand merci à Pierre qui me supporte au quotidien… et c’est pas rien… Table des matières - 5 - Table des matières Table des matières - 6 - Table des matières - 7 - NOTATIONS....................................................................................................................................... 15 INTRODUCTION............................................................................................................................... 19 CHAPITRE 1 : ETAT DE L’ART..................................................................................................... 25 1. LE GENIE CIVIL FACE AUX ENJEUX DU DEVELOPPEMENT DURABLE .................... 28 1.1. CONTEXTE ENVIRONNEMENTAL ..................................................................................... 28 1.1.1. Problématique environnementale et engagements internationaux........................ 28 1.1.2. Impacts du secteur du bâtiment et engagements aux niveaux européen et français ................................................................................................................................ 28 1.1.3. L’enjeu de la réhabilitation thermique dans l’existant.......................................... 29 1.1.4. Le poids des matériaux de construction sur les impacts environnementaux du bâtiment.................................................................................................................. 30 1.2. PROBLEMATIQUE ENVIRONNEMENTALE ET INDUSTRIE CIMENTIERE ............................... 32 1.2.1. Etat des lieux sur les impacts environnementaux de la filière cimentière ............. 32 1.2.2. Perspectives de réduction des impacts de la filière cimentière ............................. 33 1.3. ECO-CONCEPTION ET ECOMATERIAUX ............................................................................ 36 1.3.1. Les principes de l’écoconception........................................................................... 36 1.3.2. Qu’est ce qu’un écomatériau ? .............................................................................. 37 1.4. CONCLUSION .................................................................................................................. 39 2. LES COMPOSITES RENFORCES PAR DES FIBRES VEGETALES ................................... 40 2.1. INTRODUCTION............................................................................................................... 40 2.2. LES CARACTERISTIQUES DES FIBRES UTILISEES COMME RENFORT DE COMPOSITE........... 40 2.2.1. Généralités sur les fibres végétales........................................................................ 40 2.2.2. Les fibres transformées .......................................................................................... 43 2.2.3. Les fibres brutes ..................................................................................................... 44 2.3. LES PROPRIETES DES COMPOSITES RENFORCES PAR DES FIBRES VEGETALES................... 45 2.3.1. Généralités sur les propriétés des composites de fibres végétales ........................ 45 2.3.2. Propriétés des composites renforcés par des fibres végétales transformées : la substitution de l’amiante dans le fibrociment ........................................................ 46 2.3.3. Propriétés des composites renforcés par des fibres végétales brutes.................... 48 2.4. DURABILITE DES COMPOSITES DE FIBRES VEGETALES..................................................... 53 2.4.1. Evolution des propriétés des composites de fibres végétales à long terme ........... 53 2.4.2. Identification des mécanismes de dégradation des composites de fibres végétales ................................................................................................................................ 55 2.4.3. Méthodes d’amélioration de la durabilité des composites renforcés par des fibres végétales................................................................................................................. 59 2.5. CONCLUSION .................................................................................................................. 62 Table des matières - 8 - 3. LE BETON DE CHANVRE........................................................................................................... 63 3.1. LA CONSTRUCTION EN CHANVRE EN FRANCE ................................................................. 63 3.1.1. Généralités ............................................................................................................. 63 3.1.2. Cadre normatif....................................................................................................... 64 3.1.3. Les différents types de produits existants............................................................... 65 3.2. LES PROPRIETES DU BETON DE CHANVRE........................................................................ 67 3.2.1. Formulations des mélanges étudiés ....................................................................... 67 3.2.2. Les propriétés physiques........................................................................................ 70 3.2.3. Les performances mécaniques ............................................................................... 72 3.2.4. Le comportement thermique à l’état sec ................................................................ 79 3.2.5. Les propriétés hygrothermiques............................................................................. 82 3.3. CONCLUSION .................................................................................................................. 86 4. SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE. INTRODUCTION AU TRAVAIL REALISE ............... uploads/Geographie/ contribution-a-la-formulation-et-a-la-caracterisation-d-x27-un-ecomateriau.pdf