Cette thèse a pour objectif de valoriser par une caractérisation multi-échelle, les bétons à base de chanvre, de lin et de colza, dont les cultures sont plutôt bien développées au niveau régional et national. De par leur composition, ces matériaux, à base de granulats végétaux associés à une matrice minérale, possèdent une forte sensibilité à l’humidité tout en conservant des performances thermiques intéressantes.Leurs propriétés sont en effet fortement liées à une porosité importante, qui leur confère une grande capacité à adsorber et restituer la vapeur d’eau contenue dans l’ambiance environnante ; cette spécificité vient s’interconnecter avec les échanges de chaleur d’une paroi ou d’un bâtiment. Il est donc indispensable de faire une analyse couplée des phénomènes de transferts thermiques et hygriques, non seulement pour déterminer les besoins en chauffage ou renouvellement d’air d’un local, mais aussi pour appréhender le confort des occupants et la durabilité de la construction.En s’appuyant sur de nombreux essais expérimentaux, les principales caractéristiques des matériaux mis en œuvre sont tout d’abord précisées. Est ensuite analysé plus particulièrement le comportement d’une paroi à l’échelle réelle, placée dans des conditions stationnaires ou variables d’humidité et/ou de température. Les propriétés des matériaux implémentées dans un modèle de simulation numérique (SPARK) permettent par ailleurs, et après validation expérimentale, une approche prédictive du comportement hygrothermique d’une paroi ou de l’enveloppe d’un bâtiment. A travers un modèle simplifié pour un local monozone, l’influence de l’inertie hygrique des matériaux sur le taux d’humidité relative de l’ambiance intérieure est mise en évidence / This thesis aims to enhance the use of bio-based materials such as concretes composed with hemp, flax or straw rapes, whose cultures are quite well developed at regional and national level. Due to their composition, these materials, plant-based aggregates associated with an inorganic matrix, have a high moisture sensitivity while retaining advantageous thermal performance.Their properties are indeed strongly associated with a high porosity, which gives them a great capacity to adsorb and release the water vapor contained in the surrounding atmosphere; this specificity comes interconnect with heat exchange of a wall or building. It is therefore essential to analyze the phenomena of coupled thermal and hygric transfers not only to determine the need for heating or for air exchanges, but also to apprehend occupant comfort and durability of construction.Built on many experimental trials, the main characteristics of the used materials are first specified. Then is specifically analyzed the behavior of a scaled wall, placed under stationary or variable conditions of humidity and / or temperature. Moreover, the properties of the materials provide, after implementation in a simulation model (SPARK) and experimental validation, a predictive approach of the hygrothermal behavior of a wall or a building envelope. Through a simplified model for a single zone room, is highlighted the influence of the hygric inertia of the materials on the relative humidity of the indoor atmosphere

Dans le cadre du développement durable, les nouvelles réglementations en matière d'isolation thermique dans le secteur du bâtiment, conduisent les chercheurs à la recherche de nouveaux matériaux pour constituer des systèmes économes en énergie tout en assurant le confort de l'habitat. Cette recherche s'est très vite dirigée vers l'utilisation de matériaux issus de la matière végétale. Parmi les nouveaux matériaux à base végétale, le chanvre est le plus utilisé dans la construction. Les recherches effectuées jusqu'à ce jour ont permis de déterminer les propriétés physiques de ce matériau. Ces valeurs ne reflètent que partiellement le confort ressenti dans les locaux dont les parois sont en béton de chanvre. L'objectif de cette thèse est d'étudier le comportement hygrothermique du béton de chanvre au niveau d'une paroi et à l'échelle d'un local. La première partie de cette thèse est consacrée à l'étude bibliographique liée aux intérêts d'utilisation du béton de chanvre puis sa performance est comparée aux autres matériaux du génie civil. Après avoir présenté le modèle des transferts hygrothermiques dans le bâtiment ainsi que l'environnement de simulation SimSPARK, adapté à la résolution des systèmes d'équations non linéaires, les simulations ont été effectuées à l'échelle d'une paroi simple, d'une paroi multicouche et du bâtiment afin de valider les modèles par rapport à des résultats trouvés dans la littérature. La deuxième partie est consacrée à l'étude du comportement hygrothermique d'une paroi et d'un local en béton de chanvre sous des conditions climatiques statique et dynamique. Les résultats obtenus pour les conditions hivernales réelles ont montré que la combinaison de la ventilation hygroréglable avec la capacité de sorption des parois en béton de chanvre permet de réduire de 12% les besoins énergétiques par rapport à une ventilation classique. Enfin, la dernière partie est consacrée à l'étude préliminaire d'un nouveau matériau 100% végétal à base d'une matrice d'amidon de blé et de chènevotte. Sa performance hygrothermique dans le bâtiment est mise en évidence pour les conditions climatiques de Nancy.

Le béton de chanvre est obtenu par le mélange d'un granulat végétal, constitué de bois de chanvre, et d'un liant. Il confère au mur de bonnes propriétés d'isolation thermique et acoustique, ainsi qu'une régulation de l'humidité. Cependant, des problèmes de non-prise, qui semblent fortement liés aux transferts d'eau dans le béton au cours des premières heures, peuvent parfois se produire. La RMN permet de quantifier l'eau dans le chanvre et dans le liant et donc de décrire et comprendre les transferts au cours de la prise. Nous montrons d'abord que, dans le liant constitué d'un mélange de chaux hydraté et de ciment, la chaux accélère la prise du ciment. Cette prise est d'autant plus inhibée que la quantité de chanvre au contact du ciment est importante. Nous montrons également que l'absorption d'eau par le granulat de chanvre s'étale sur trois jours, et qu'elle se produit en deux phases successives correspondant à l'imprégnation de deux zones du chanvre. L'étude des transferts dans le béton pendant la prise révèle une absorption d'eau rapide par le chanvre initialement, puis un transfert vers le liant. L'étude d'un béton de chanvre "modèle" nous permet d'associer ce transfert au retrait chimique du ciment au cours de la prise / Hemp concrete results from the mix of a vegetal aggregate (hemp shives) and a binder. It provides thermal and acoustic insulation to the wall, as well as a good moisture regulation. However, problems sometimes occur during setting, that seem strongly linked to transfers of water in the concrete in the first hours. NMR allows to quantify water in hemp and in the binder and thus to describe and understand the transfers during setting. We first show that, in the binder consisting of a mixture of hydrated lime and cement, lime accelerates cement hydration. This hydration is inhibited as the amount of hemp in contact with the cement increases. We also show that the absorption of water by hemp shives is takes place during three days, and it occurs in two successive phases corresponding to two areas of hemp that imbibe. The study of transfers in the concrete during the setting shows a rapid water absorption by the hemp initially, followed by a transfer to the binder. The study of a "model" hemp concrete allows us to associate this transfer to the chemical shrinkage of cement during hydration

Les bâtiments affectent fortement l’environnement à travers les consommations d’énergies et de ressources naturelles. Afin de limiter ces impacts, l’intégration de matériaux bio-sourcés dans la construction, tels que béton de chanvre, apparaît comme une solution pertinente. Les composites à base de chanvre présentent en outre un comportement hygrothermique spécifique conduisant à limiter les besoins énergétiques du bâtiment tout en assurant un bon niveau de confort ressenti. Ce type de matériau non porteur est utilisé en remplissage pourdifférentes applications (Mur, Dalle, Toit) et en enduit isolant. Cette thèse vient en appui du projet ANR « BetonChanvre » visant à optimiser la formulation de tels mélanges en liaison avec les process de fabrication des partenaires industriels et à caractériser les matériaux élaborés. Différents types de chanvre (fibré ou non, traité hydrofuge) et différents liants (chaux, sulfate de calcium) sont utilisés. Les formulations proposées dérivent de formulations de référence produites par les partenaires industriels. Les caractéristiques physiques des différents composites étudiés (masse volumique apparente, masse volumique réelle, porosités ouverte et totale) sont mesurées. Les propriétés hydriques sont quantifiées en régime permanent via la mesure des isothermes de sorption (adsorption/désorption) et de la perméabilité à la vapeur. Les isothermes de sorption sontmesurées selon la méthode discontinue par paliers successifs d’humidité relative croissante puis décroissante. La perméabilité à la vapeur est mesurée selon la méthode de la coupelle. Différents couples d’hygrométrie sont testés pour évaluer l’évolution de la perméabilité en fonction de la teneur en eau. La diffusivité hydrique est calculée à partir de la modélisation des isothermes de sorption et de la perméabilité à la vapeur. Enfinla caractérisation des performances mécaniques repose sur l’identification de la résistance à la compression, des modules de déformation (apparent et élastique) et de la contrainte résiduelle pour une déformation à 15%. L’impact du phénomène de vieillissement/carbonatation sur les caractéristiques hydriques et mécaniques est évalué sur des échantillons carbonatés en incubateur CO2. L’interprétation des résultats permet d’identifier différents principes de formulation en lien avec les performances hydriques et mécaniques finales ciblées pour le composite. Il en ressort que c’est l’association du liant avec le chanvre qui permet d’assurer des performances optimales. Toutefois, les optimum vis à vis des réponses hydrique et mécanique ne sont pas concordants. / Buildings strongly affect environment through energy and raw consumption. In order to reduce these impacts, the use of biobased building materials, like hempconcrete appears as a relevant solution. Hemp based composites lead to specific hygrothermal behavior limiting energy needs of buildings and insuring a good felt comfort level. These non load bearing materials are used as filling material for various applications (Wall, Floor, Roof) and as insulating rendering. This phD Thesis supports the ANR project « BetonChanvre » and concerns the optimization of the formulation in link with manufacturing process of the industrial partners and the characterization ofthese materials. Several kinds of hemp shiv (with and without fibers, with water repellant treatment) and of binders (lime, calcium sulfate) are used. The proposed formulation derives from reference formulations given by industrial partners. The physical characteristics of the studied materials (apparent density, bulk density, total and open porosity) are measured. The hydric properties are quantified under steady-state through sorption isotherms (adsorption/desorption) and water vapor permeability. The sorption curves are measured following the discontinuous method at successive stages of increasing, and then decreasing, relative humidity. The water vapour permeability is measured with the cup method. Several sets of relative humidities are considered in order to study the variation of permeability versus humidity. The hydric diffusivity is calculated from the fitting of the sorption curve and of the water vapor permeability. Finally, the characterization of mechanical performances is given from the compression strength, from the strain modulus (apparent and elastic) and from the residualstrength for 15% of strain. The impact of ageing and carbonation on hydric and mechanical characteristics isestimated on specimens carbonated with CO2 incubator. The data treatment allows identifying several formulations rules for such kind of bio-based composite, in link with the expected hydric and mechanical performances. Results highlight that only the mix of shiv with mineral binder allows to reach the optimalperformances. Despite, the formulations for mechanical or hydric optimum don’t met.N°

L'utilisation de matériaux isolants à base de granulats végétaux est en plein essor notamment pour la réhabilitation du bâti ancien, améliorant ainsi le confort des habitants. Ces matériaux possèdent des propriétés thermiques, hydriques et acoustiques appréciables. Cependant, leur développement est encore limité par le manque d'information sur l'évolution de leurs performances à long terme. Ainsi, l’objectif de cette étude est d’évaluer l’évolution des propriétés fonctionnelles du béton de chanvre, en identifiant les mécanismes de vieillissement lorsque le matériau est exposé à différents types d'environnements. Pour cela, deux bétons de chanvre formulés avec une même chènevotte et deux liants de nature chimique différente sont retenus. L’approche utilisée dans cette étude est pluridisciplinaire (chimique, physico-chimique, microbiologique, microstructurale, acoustique, thermique et mécanique) et multi échelle. L'étude des propriétés chimiques et microstructurales permet de comprendre les variations des propriétés fonctionnelles. Dans un premier temps, la caractérisation initiale des deux formulations a permis de mettre en évidence l’absence d’influence de la nature du liant sur les propriétés fonctionnelles des isolants, ce qui peut être en partie expliqué par des microstructures similaires. Une faible résistance mécanique des matériaux, liée à l'inhibition de la prise des liants en raison de leurs interactions avec les molécules extraites de la chènevotte, a également été mise en évidence. Dans un second temps, les bétons de chanvre ainsi que la chènevotte brute sont soumis à un vieillissement accéléré en imposant des cycles d’humidification/séchage pendant deux ans. Les modifications des performances des matériaux à différentes échéances sont comparées à celles d'échantillons de référence placés à 50% d’humidité relative et une température constante contrôlée. Dans les conditions de référence, aucune variation de propriétés n'est observée. Pour le vieillissement accéléré, les variations de propriétés mises en évidence sont induites par différents paramètres. Dans le cas de la chènevotte brute, l’action des microorganismes et l’adsorption d’eau entrainent une perte de masse et l'ouverture des porosités à l'origine des variations des propriétés acoustiques et hydriques. Pour le béton de chanvre, aucun développement fongique n’est observé en surface du matériau. En revanche, l’action de microorganismes est bien visible à l’intérieur des granulats végétaux, et des mécanismes supplémentaires sont identifiés : les réactions d'hydratation et de carbonatation au sein du liant ainsi que la minéralisation de la chènevotte entrainent des variations de propriétés thermiques, acoustiques et hydriques en modifiant la microstructure des bétons de chanvre. En conclusion, l’absence de variations des propriétés des bétons de chanvre dans les conditions de référence laisse penser que dans un bâtiment réel, leurs propriétés peuvent être stables dans le temps, les pathologies observées étant alors liées à une mise en œuvre défaillante. Pour aller plus loin, les résultats obtenus lors de ce travail devront être validés par une étude in situ qui permettrait d’estimer la durée de vie de ces matériaux / The use of insulating materials based on plant aggregates is growing quickly, especially for the rehabilitation of old buildings, thus improving the comfort of residents. These materials have significant thermal, hydric and acoustic properties. However, their development is still limited by the lack of information on the evolution of their long-term performances. Thus, the objective of this study is to evaluate the evolution of the functional properties of hemp concretes, by identifying the aging mechanisms when the material is exposed to different types of environments. For this aim, two hemp concretes formulated with one type of hemp and two binders with different chemical nature are retained. The approach of this study is multidisciplinary (chemical, physico-chemical, microbiological, microstructural, acoustic, thermal and mechanical) and multi-scale. The study of chemical and microstructural properties allows the understanding of the variations of functional properties. Firstly, the initial characterization of the both hemp concretes made it possible to demonstrate the absence of impact of the nature of the binder on the functional properties of the insulators, which can be partly explained by their similar microstructure. A weak mechanical resistance of the materials was also highlighted, related to the inhibition of the setting of the binders because of their interactions with the molecules extracted from the shiv. Secondly, hemp concretes and bulk shiv hemp are subjected to an accelerated aging by imposing cycles of humidification / drying during two years. The modifications of the material performances at different time scales are compared to reference samples stored at 50% of relative humidity and a constant controlled temperature. Under reference conditions, no variation in properties is observed. For accelerated aging, the variations of properties highlighted are induced by several parameters. In the case of bulk shiv, the action of microorganisms and the adsorption of water lead to a loss of mass and to the opening of porosities, leading to variations in acoustic properties. For hemp concretes, no fungal development is observed on the surface of the material. On the other hand, the action of microorganisms is clearly visible inside the plant aggregates, and additional mechanisms are identified: the hydration and carbonation reactions within the binder as well as the mineralization of the vegetal particles cause variations in thermal, acoustic and hydric properties by modifying the microstructure of hemp concretes.In conclusion, the absence of variations in the properties of hemp concretes in the reference conditions suggests that in a real building, their properties can be stable over time, the observed pathologies then being due to a faulty implementation. To go further, the results obtained during this work have to be validated by an in-situ study to be able to estimate the lifetime of these materials

Le béton de chanvre constitue une solution constructive conforme aux objectifs en matière de développement durable.Sa morphologie structurelle, induite par l’association de fibres végétales poreuses à une matrice minérale grenue, se traduit par une forte porosité et une densité limitée. Le béton de chanvre présente ainsi des propriétés hygrothermiques très intéressantes : sa faible conductivité thermique lui confère de bonnes capacités d’isolation et sa forte perméabilité au transport d’eau favorise le transfert d’humidité.En outre, il est caractérisé par un comportement thermohydrique hystérétique gouverné en humidité et en température qui conditionne l’évolution de ses propriétés. L’objectif de ce travail est d’évaluer sa réponse hygrothermique auxsollicitations climatiques, enjeu majeur pour le développement de cette solution technologique face aux problématiques énergétiques et de confort dans le bâtiment. La difficulté d’évaluation de cette réponse réside dans la complexitédes phénomènes couplés des transferts de masse et de chaleur auxquels est soumise la paroi. Le transfert d’humidité au sein de parois poreuses est régi par le transport diffusif d’eau sous forme liquide et vapeur. Le transfert de chaleur dans les milieux poreux humides est dû à plusieurs mécanismes simultanés comme la conduction thermique ou le phénomène d’évaporation-condensation. Par ailleurs, dans le cadre de la physique du bâtiment, les surfaces externes sont notamment soumises au rayonnement solaire, à la pluie ou aux phénomènes de convection mixte, naturelle et forcée, dus à la température d’air ambiant et au vent ou aux systèmes de ventilation.Dans un premier temps, un modèle numérique de transferts hygrothermiques HAM (Heat, Air and Moisture) prenant en compte ces phénomènes a été développé. Afin d’alimenter ce modèle numérique, l’étude est par ailleurs focaliséesur la modélisation des propriétés thermiques et hydriques du matériau en s’appuyant sur les résultats de différents essais de caractérisation. Elle permet également d’appréhender l’effet d’une variation de la masse volumique du béton de chanvre sur ses propriétés. Les résultats du modèle sont alors confrontés aux mesures expérimentales réalisées sur une paroi en béton de chanvre placée dans une enceinte biclimatique dont les régulations suivent un programme choisi. Une analyse de sensibilité aux paramètres montre que le transfert thermo-hydrique est très influencé par le paramètreteneur en eau. La modélisation de l’effet hystérétique thermo dépendant qui conditionne la capacité de stockage hydrique et influe sur le transport de masse et de chaleur s’avère nécessaire pour bien appréhender le comportement du matériau. La prise en compte du phénomène d’hystérésis sur l’évolution de la teneur en eau produit ainsi des résultats de simulation pertinents en accord avec les réponses expérimentales obtenues sous sollicitations hydriques et thermiquescycliques.En outre, le travail est étendu à l’étude numérique de l’influence de la nature et de l’épaisseur d’une couche d’enduit apposée sur les surfaces externes de la paroi en béton de chanvre. Finalement, la notion de confort hygrothermique est discutée en configuration réelle d’utilisation sous sollicitations climatiques typiques annuelles. / The use of hemp concrete, an environmentally friendly material, participates in a process of sustainable development in the residential sector. The association of porous vegetable fibers and a grainy mineral matrix gives a strong porosity and a limited density. Therefore hemp concrete has very interesting hygrothermal properties: a low thermal conductivity which offers good insulation capacities and a high moisture permeability which favors moisture transport. Besidesit is characterized by a hysteretic hygrothermal behavior governed by humidity and temperature which determines the evolution of its properties. This work deals with the evaluation of the hemp concrete hygrothermal response to climatic stresses. This objective is a main issue for the development of that kind of material faced with energetics problemsand the notion of comfort feeling in buildings. The evaluation of the hygrothermal behavior of a hemp concrete wallis linked to coupled heat and mass transfer. Mass transfer is governed by moisture transport in liquid and vapor forms. Heat transfer is mainly carried out by conduction and phase change in pores. Moreover in building physics, external surfaces of porous walls are submitted to solar radiation, rain or phenomenon of natural and forced convectiondue to ambient temperature and wind or ventilation systems. Firstly a numerical HAM transfer model (HAM: Heat, Air and Moisture) able to take into account these phenomena is built. In order to feed this model, the modeling of hemp concrete hygrothermal properties is lead based on experimental characterization campaigns. The study points out also the influence of the hemp concrete hygrothermal properties depending on a variation of the density. The results of the model are thus compared to the experimental measures collected on a hemp concrete wall in a biclimatic room ofwhich regulation follows a chosen program. A sensitivity analysis to the parameters of the model enables to show that the hygrothermal transfer is very influenced by the moisture content parameter. The thermal dependence of the hysteretic effect determines the hydric capacity of moisture storage and the heat and moisture transportthrough the material. The consideration of this phenomenon is necessary to well understand and reproduce the hygrothermal behavior of the hemp concrete. The modeling of the hysteresis gives simulated results in good agreement with the experimental ones obtained under hydric and thermal cyclic stresses. Moreover the work is extended to the numerical study of the influence of the nature and the thickness of a coating layer on the external surfaces of a hemp concrete wall. Finally a discussion about the notion of hygrothermal comfort is carried out on a wall in real configuration ofoperation under typical annual climatic conditions

Les bâtiments affectent fortement l'environnement à travers les consommations d'énergies et de ressources naturelles. Afin de limiter ces impacts, l'intégration de matériaux bio-sourcés dans la construction, tels que béton de chanvre, apparaît comme une solution pertinente. Les composites à base de chanvre présentent en outre un comportement hygrothermique spécifique conduisant à limiter les besoins énergétiques du bâtiment tout en assurant un bon niveau de confort ressenti. Ce type de matériau non porteur est utilisé en remplissage pourdifférentes applications (Mur, Dalle, Toit) et en enduit isolant. Cette thèse vient en appui du projet ANR " BetonChanvre " visant à optimiser la formulation de tels mélanges en liaison avec les process de fabrication des partenaires industriels et à caractériser les matériaux élaborés. Différents types de chanvre (fibré ou non, traité hydrofuge) et différents liants (chaux, sulfate de calcium) sont utilisés. Les formulations proposées dérivent de formulations de référence produites par les partenaires industriels. Les caractéristiques physiques des différents composites étudiés (masse volumique apparente, masse volumique réelle, porosités ouverte et totale) sont mesurées. Les propriétés hydriques sont quantifiées en régime permanent via la mesure des isothermes de sorption (adsorption/désorption) et de la perméabilité à la vapeur. Les isothermes de sorption sontmesurées selon la méthode discontinue par paliers successifs d'humidité relative croissante puis décroissante. La perméabilité à la vapeur est mesurée selon la méthode de la coupelle. Différents couples d'hygrométrie sont testés pour évaluer l'évolution de la perméabilité en fonction de la teneur en eau. La diffusivité hydrique est calculée à partir de la modélisation des isothermes de sorption et de la perméabilité à la vapeur. Enfinla caractérisation des performances mécaniques repose sur l'identification de la résistance à la compression, des modules de déformation (apparent et élastique) et de la contrainte résiduelle pour une déformation à 15%. L'impact du phénomène de vieillissement/carbonatation sur les caractéristiques hydriques et mécaniques est évalué sur des échantillons carbonatés en incubateur CO2. L'interprétation des résultats permet d'identifier différents principes de formulation en lien avec les performances hydriques et mécaniques finales ciblées pour le composite. Il en ressort que c'est l'association du liant avec le chanvre qui permet d'assurer des performances optimales. Toutefois, les optimum vis à vis des réponses hydrique et mécanique ne sont pas concordants.

Le béton de chanvre constitue une solution constructive conforme aux objectifs en matière de développement durable.Sa morphologie structurelle, induite par l'association de fibres végétales poreuses à une matrice minérale grenue, se traduit par une forte porosité et une densité limitée. Le béton de chanvre présente ainsi des propriétés hygrothermiques très intéressantes : sa faible conductivité thermique lui confère de bonnes capacités d'isolation et sa forte perméabilité au transport d'eau favorise le transfert d'humidité.En outre, il est caractérisé par un comportement thermohydrique hystérétique gouverné en humidité et en température qui conditionne l'évolution de ses propriétés. L'objectif de ce travail est d'évaluer sa réponse hygrothermique auxsollicitations climatiques, enjeu majeur pour le développement de cette solution technologique face aux problématiques énergétiques et de confort dans le bâtiment. La difficulté d'évaluation de cette réponse réside dans la complexitédes phénomènes couplés des transferts de masse et de chaleur auxquels est soumise la paroi. Le transfert d'humidité au sein de parois poreuses est régi par le transport diffusif d'eau sous forme liquide et vapeur. Le transfert de chaleur dans les milieux poreux humides est dû à plusieurs mécanismes simultanés comme la conduction thermique ou le phénomène d'évaporation-condensation. Par ailleurs, dans le cadre de la physique du bâtiment, les surfaces externes sont notamment soumises au rayonnement solaire, à la pluie ou aux phénomènes de convection mixte, naturelle et forcée, dus à la température d'air ambiant et au vent ou aux systèmes de ventilation.Dans un premier temps, un modèle numérique de transferts hygrothermiques HAM (Heat, Air and Moisture) prenant en compte ces phénomènes a été développé. Afin d'alimenter ce modèle numérique, l'étude est par ailleurs focaliséesur la modélisation des propriétés thermiques et hydriques du matériau en s'appuyant sur les résultats de différents essais de caractérisation. Elle permet également d'appréhender l'effet d'une variation de la masse volumique du béton de chanvre sur ses propriétés. Les résultats du modèle sont alors confrontés aux mesures expérimentales réalisées sur une paroi en béton de chanvre placée dans une enceinte biclimatique dont les régulations suivent un programme choisi. Une analyse de sensibilité aux paramètres montre que le transfert thermo-hydrique est très influencé par le paramètreteneur en eau. La modélisation de l'effet hystérétique thermo dépendant qui conditionne la capacité de stockage hydrique et influe sur le transport de masse et de chaleur s'avère nécessaire pour bien appréhender le comportement du matériau. La prise en compte du phénomène d'hystérésis sur l'évolution de la teneur en eau produit ainsi des résultats de simulation pertinents en accord avec les réponses expérimentales obtenues sous sollicitations hydriques et thermiquescycliques.En outre, le travail est étendu à l'étude numérique de l'influence de la nature et de l'épaisseur d'une couche d'enduit apposée sur les surfaces externes de la paroi en béton de chanvre. Finalement, la notion de confort hygrothermique est discutée en configuration réelle d'utilisation sous sollicitations climatiques typiques annuelles.

La prise en compte de l'impact environnemental des constructions conduit à s'interroger sur des matériaux alternatifs de construction. Dans ce contexte, le béton de chanvre (mélange chaux/chanvre) présente de nombreux atouts. Malgré la forte demande actuelle, son utilisation et sa mise en oeuvre sont souvent artisanales et sa résistance mécanique demeure relativement faible. Dans le présent travail, l'utilisation du béton de chanvre est envisagée pour réaliser des éléments de construction préfabriqués ayant un rôle structurel ou porteur (briques ou blocs alvéolaires), tout en conservant de bonnes qualités d'isolation thermique. Cette étude s'articule autour de l'optimisation de la formulation et du procédé de mise en oeuvre par compactage à l'état frais qui améliore significativement la résistance mécanique du matériau produit. Il augmente notamment sa capacité de déformation avant rupture, tout en réduisant le dosage en liant. La structure poreuse devient anisotrope du fait de l'orientation préférentielle des particules et le volume d'air occlus, à l'origine d'une faible conductivité thermique, se trouve réduit. Les mesures montrent effectivement une légère augmentation de la conductivité thermique, qui est toutefois nettement inférieure au gain de résistance mécanique du matériau obtenu par le procédé de compactage appliqué. Ce dernier constitue donc une voie de développement pour l'utilisation de tels matériaux. Les résultats présentés, à travers un mode de mise en oeuvre donné, permettent d'approfondir les connaissances sur le béton de chanvre, qui possède encore probablement un grand potentiel d'amélioration en vue de son utilisation pour la construction.

Le béton de chanvre est aujourd'hui le matériau de construction agro-ressource le plus développé en Europe. Il se compose de chanvre et de liant minéral (chaux) mélangé à l'eau. Généralement, il est utilisé pour ses propriétés d'isolation thermique dans le bâtiment. La plupart des blocs de béton de chanvre qui ont été étudiés, présentent un comportement fragile et une très faible résistance mécanique. Les formulations sont généralement riches en liant et légèrement compactées. Jusqu'à présent, le béton de chanvre n'est pas considéré comme un matériau porteur. Il est principalement utilisé comme remplissage isolant, combiné avec des composants de structure en bois, béton ou maçonnerie. Une étude a testé d'autres formulations, avec des teneurs plus élevées en granulats grâce à un procédé de compactage, afin d'améliorer à la fois la rigidité et la résistance des mélanges durcis. Dans ces formulations, l’ajout des granulats de chanvre, plus légers et plus poreux que la chaux, abaisse de manière significative la conductivité thermique. Le présent travail est une étude expérimentale du comportement à la compression et au cisaillement du béton de chanvre, afin d’utiliser ce matériau bio-sourcé dans le contreventement des bâtiments à ossature bois, tout en maintenant de bonnes qualités d'isolation thermique dans le bâtiment. Deux formulations compactées, M1 et M4 ont été expérimentées, ainsi que des éprouvettes obtenues à partir de blocs de commerce Chanvribloc®. Deux séries d’essais ont été réalisées. La première est portée sur la compression uni-axiale dans chaque direction pour caractériser l'anisotropie mécanique du matériau. Cette anisotropie a été engendrée par le procédé de compactage. La deuxième série d’essais permet de caractériser le comportement de cisaillement des formulations étudiées. Dans cette étude, un dispositif spécial d’essai de cisaillement a été développé. Il permet de caractériser au cisaillement des éprouvettes sous différentes contraintes normales appliquées. Les champs de déformations des éprouvettes cisaillées ont été suivis par stéréo- corrélation d’images durant les essais. Les résultats expérimentaux de compression ont montré que ce matériau est anisotrope, même lorsqu'il est industriellement mis en place par vibrations. Le matériau a plus spécifiquement un comportement isotrope transverse. Le comportement dans le sens longitudinal est caractérisé par une ductilité très élevée, tandis que le comportement transversal est très fragile, avec un comportement très variable et instable. Les résultats expérimentaux en cisaillement montrent une ductilité élevée de ce matériau. Ce comportement est intéressant pour le contreventement et le comportement sous action sismique des bâtiments avec des murs constitués de béton de chanvre. Des modélisations et applications numériques à l’échelle structurelle d’un bâtiment à plusieurs étages ont été réalisées, pour illustrer l’utilisation des blocs de béton de chanvre en contreventement de bâtiments à ossature bois. Les formulations les plus compactées présentent un meilleur comportement sous actions sismiques modérées et moyennes, par rapport aux formulations les moins compactées à la mise en œuvre, tandis que les murs en Chanvribloc à l’état actuel, ne permettent pas de contreventer les bâtiments en zones sismiques modérés ou moyennes. / Lime and hemp concrete (LHC) is nowadays the most developed bio-based aggregate building material in Europe. It consists of hemp shiv and mineral binder mixing with water. Generally, bio-based materials like LHC are used for their thermal insulation properties in building. Most blocks of Lime Hemp Concrete which have been studied, show a brittle behavior and a very low mechanical strength. The formulations are generally rich in binder and slightly compacted. Up to now, this material is then not considered as a load bearing material and is mainly used as filler insulation, combined with structure components made of wood, concrete or masonry. A study has tested other formulations, with higher contents of aggregates thanks to a compaction process, in order to improve both the rigidity and the strength of the hardened mixtures. In these formulations, shiv which has higher amount is definitely lighter and more porous than lime, which prevents a significant increase in thermal conductivity. The present work of my PhD is an experimental study of the compressive and shearing behavior of hemp concrete, in order to study the load-bearing capacity and bracing of this bio based material, while maintaining good qualities of thermal insulation in building. Two compacted formulations were tested M1 & M4, as well as samples obtained from trade-blocks Chanvribloc®. Two series of tests were performed. The first one is a uniaxial compression test in each direction for characterizing the mechanical anisotropy of the material. This anisotropy is induced by the compacting process. The second one permits to characterize the shearing behavior of the different mix-designs. In this study, an original shear device was developed, specifically designed for this kind of material, which allows shearing under controlled normal stress. An image processing performed was carried out, using a camera and ARAMIS image processing software during shear tests, to evaluate the fields of deformations and to study the behavior of the specimen during the shear test. The compressive experiments results have shown that this material is anisotropic, even when it is industrially molded by vibrations. The material has a transverse isotropic behavior. The behavior in the longitudinal direction is characterized by very high ductility, while the transverse behavior is very brittle, with a highly variable and unsteady behavior. The experimental results in shear show a high ductility of this material. These results are very promising, an interesting behavior of LHC walls in term of potential bracing. Numerical modeling and applications have been carried out to illustrate the use of hemp concrete blocks for bracing buildings. The formulation M4 exhibits a better behavior under moderate and average seismic actions, compared to the formulation M1, while the Chanvribloc walls in the present state do not allowthe buildings to be braced in moderate or medium seismic zones.