Th. univ.--Bordeaux 3, 1990. / Bibliogr., 24 p.

L'utilisation de matériaux locaux, naturels et non transformés offre des solutions prometteuses de construction à faible impact environnemental. La grande variabilité spatiale de ces matériaux est cependant un obstacle à une utilisation à plus grande échelle. Les stratégies de construction développées par les anciens bâtisseurs ont été dictées par le climat local et la qualité ainsi que la quantité de matériaux de construction disponibles localement. Ces stratégies de construction peuvent être considérées comme une gestion optimisée des ressources locales, naturelles et variables et sont une source d'inspiration pour la construction durable moderne. Malheureusement, cette connaissance a été perdue dans les pays occidentaux au cours du 20ème siècle. La redécouverte des savoir-faire traditionnels requiert le développement de moyens rationnels d’analyse du patrimoine. Un autre problème concernant l'utilisation de matériaux de construction naturels et variables est leur conformité vis-à-vis de la réglementation du secteur du bâtiment. Le développement de procédures d’essais performantiels est proposé comme solution pour faciliter l'utilisation des techniques de construction en terre. Une approche multidisciplinaire est proposée, combinant micromorphologie, pédologie, géotechnique et étude du patrimoine pour analyser le bâti vernaculaire en terre. Cette approche fournit des outils complémentaires pour évaluer la source des matériaux de construction et identifier les caractéristiques géotechniques de la terre employées dans le patrimoine. Il fournit également une description détaillée des processus vernaculaires de construction. En utilisant ces résultats, il a été possible d'élaborer des cartes de ressources et d’estimer l’ordre de grandeur de la disponibilité des ressources à l'échelle d’une région. Deux procédures d’essais performantiels ont été proposées afin de tenir compte de la variabilité naturelle des terres dans le contexte réglementaire actuel. La construction en terre jouera un rôle important dans la construction durable du 21ème siècle si les acteurs du secteur adoptent des procédés de construction capables de répondre à la demande sociale, avec un faible impact environnemental et à un coût abordable. L'étude du patrimoine en terre a démontré la capacité des anciens bâtisseurs à innover afin de se conformer aux variations de la demande sociale et aux développements techniques. La construction en terre bénéficie d'un passé ancien et riche et il convient de tirer profit de ce retour d’expérience. L'analyse du patrimoine en terre et la redécouverte des techniques de construction vernaculaire est une source d'inspiration précieuse pour la construction contemporaine. La valorisation des connaissances vernaculaires permettra d’économiser du temps, de l'énergie et d'éviter de répéter les erreurs passées. L'avenir de la construction de la terre doit s’inscrire dans la continuité de la construction en terre vernaculaire. / The use of local, natural and unprocessed materials offers promising low impact building solutions. The wide spatial variability of these materials is, however, an obstacle to a large-scale use. The construction strategies developed by past builders were dictated by the local climate and the quality and the amount of locally available construction materials. These construction strategies can be regarded as an optimized management of local, natural and variable resources and are a source of inspiration for modern sustainable building. Unfortunately, this knowledge was lost in Western countries during the 20th century. Vernacular earth construction know-how rediscovering requires the development of rational built heritage investigation means. Another issue regarding the use of natural and variable building material is their compliance with modern building regulation. The development of performance based testing procedures is proposed as a solution to facilitate the use of earth as a building material. A multidisciplinary approach is proposed, combining micromorphology, pedology, geotechnics and heritage disciplines to study vernacular earth heritage. It provides complementary tools to assess pedological sources of construction material and geotechnical characteristics of earth employed in vernacular earth heritage. It also provides a detailed description of the construction process of vernacular earth heritage. Using these results, it was possible to draw resource maps and provide a scale of magnitude of resource availability at regional scale. Two performance based testing procedures were proposed in order to take into account the natural variability of earth in a modern building context. Earth construction will play an important role in the modern sustainable building of the 21st century if the actors of the sector adopt earth construction processes able to meet social demand, with low environmental impact and at an affordable cost. The study of earth heritage demonstrated the ability of historical earth builders to innovate in order to comply with social demand variations and technical developments. Earth construction benefits of an old and rich past and it would be a non-sense to leave this past behind. The analysis of earth heritage and the rediscovering of vernacular construction techniques is a valuable source of inspiration for modern earth construction. The valorisation of vernacular knowledge will save time, energy and avoid repeating past mistakes. The future of earth construction should be a continuation of past vernacular earth construction.

La construction en terre crue constitue une alternative écologique aux bétons de ciment. Afin de promouvoir son usage, la présente étude s’intéresse à la mise au point de bétons de terre coulables permettant une mise en œuvre analogue à celle des bétons usuels. Dans cette optique, il est nécessaire de conférer au matériau une solidification à court terme (24 h) sans attendre son séchage, afin de permettre un débanchage rapide. La voie explorée pour répondre à cette problématique s’inspire de la technique du Gelcasting utilisée dans le domaine des céramiques techniques. Celle-ci s’appuie sur la gélification de polymères préalablement introduits dans une barbotine céramique pour induire une transition liquide-solide rapide et homogène. Une étude bibliographique complétée par des essais préliminaires a mené à la sélection de l’alginate, un polymère biosourcé non toxique et gélifiant à température ambiante sous l’action de cations multivalents tels que le calcium. Ce polymère s’est révélé très prometteur. Il a permis la réalisation d’éprouvettes de mortier démoulables 24 h après coulage et présentant une résistance en compression de l’ordre de 0,1 MPa, théoriquement suffisante à un mur de 3 m de haut pour tenir sous son propre poids. Une preuve de concept à l’échelle du béton a par ailleurs pu être réalisée sous la forme d’un muret de 40 cm de haut coulé et vibré à partir d’une consistance fluide puis décoffrable en 24 h. Les performances mécaniques et hygrothermiques du matériau sec ont été validées, et la présence du polymère gélifié pourrait améliorer la résistance à l’érosion. De premiers essais ont montré que le procédé pouvait être adaptable à des terres moins calcaires que celle utilisée tout au long de l’étude. / Developing raw earthen construction is nowadays a major environmental issue, due to its low embodied energy compared to Portland cement. A solution would be to use a similar process as cement-based concrete, by casting into formworks. Nevertheless, this is limited by technical difficulties, owing to the fact that earth is not a hydraulic binder. In that perspective, this work focuses on inducing a liquid-solid transition to an earth suspension without waiting for drying, similar to cement-based materials. The approach explored to meet this challenge is inspired by the technique of Gelcasting used in the field of technical ceramics. This relies on the gelation of polymers previously introduced into a ceramic slurry to induce a rapid and homogeneous liquid-solid transition. A bibliographic study supplemented by preliminary tests led to the selection of alginate, a biosourced polymer that is non-toxic. Its gelation is allowed at ambient temperature, via addition of multivalent cations such as calcium ions. This polymer proved to be very promising. It made it possible to produce mortar specimens which could be unmoulded 24 hours after casting. A wet compressive strength close to 0.1 MPa could be reached, theoretically sufficient for a wall of 3 meters high to stand under its own weight. A proof of concept at the concrete scale was then realized as a low wall of 40 cm high casted and vibrated and then unmoulded in 24 hours. Mechanical and hygrothermal performances of the dry material were validated, and the presence of the gelled polymer could improve the resistance to erosion. Initial trials showed that the process could be adapted to low calcareous soils.

Cette recherche porte sur les techniques de production des matériaux de construction en terre cuiteà l’époque romaine dans les provinces de Gaule et de Germanie. Ces techniques ne nous sontaccessibles directement que par l’archéologie, à la fois par les vestiges mobiliers : les matériauxfabriqués eux-mêmes, et par les vestiges immobiliers : les tuileries qui sont régulièrement mises aujour. Seules les structures de production sont examinées, mais il est souvent fait référence auxmatériaux. L’étude est menée selon deux lignes directrices, l’une horizontale : la chaîne opératoire, l’autreverticale : le temps, du présent vers le passé. Les structures de production sont traitées selon l’ordrede la chaîne opératoire : l’extraction, la préparation de la terre, le façonnage, le séchage et lacuisson. À l’intérieur de chacune de ces cinq phases sont étudiées successivement des structuresd’époque contemporaine (ateliers artisanaux), moderne, médiévale et enfin gallo-romaine. Cettedémarche régressive permet de mettre en évidence les continuités et les ruptures dans lestechniques mises en oeuvre et ainsi de mieux caractériser et comprendre la plus ancienne d’entreelles, celle des tuiliers gallo-romains. Le fonctionnement des structures de production les plusrécentes éclaire celui des structures romaines. Des comparaisons ponctuelles ne sont utilisées quepour tenter d’expliquer certaines caractéristiques originales des structures gallo-romaines. Lesrésultats les plus novateurs ont été obtenus dans l’étude des structures employées dans les phasesde façonnage, de séchage et de cuisson. / This research concerns the techniques of tile and brick-making in Roman time in the provinces ofGaul and Germania. We have only access to these techniques through archaeology. First, there arethe movable vestiges: the objects (tiles and bricks), then there are the real estate vestiges: the tilemakingsites which are regularly uncovered. Only the structures of production are examined here,but it is often made reference to materials. The study is led according to two guidelines. One is horizontal: the “chaîne opératoire”, the other is vertical: Time, from present to past. The structures of production are treated according to the orderof the making process: quarrying, preparing clay, shaping, drying, and firing. Inside each of thesefive phases are successively studied structures of contemporary time (craft production), modern,medieval and finally Gallo-Roman. This regressive approach allows us to bring to light thecontinuities and the breaks in the techniques used and thus, to better characterize and understandthe most ancient of them, the Gallo-Roman tile-makers one. The functioning of the most recentstructures of production sheds light on that of the Roman ones. Punctual comparisons are only usedto try and explain some original characteristics of the Gallo-Roman structures. The most innovativeresults were obtained in the study of the structures used in the phases of shaping, drying and firing.

Cette étude vise à contribuer au développement d’un produit de construction à faible impact environnemental utilisant la terre crue. Pour cela, le comportement hygro-mécanique de la terre crue compressée à haute pression par une technique novatrice mise au point dans ce projet a été caractérisé. De plus, plusieurs méthodes de stabilisation ont été évaluées afin d’améliorer la durabilité de ce matériau, notamment vis-à-vis de l’érosion induite par l’eau. Une vaste campagne d’essais expérimentaux a été menée sur ces matériaux stabilisés ou non, à deux échelles différentes : les caractérisations des échantillons cylindriques (petite échelle) ont tout d’abord permis de sélectionner la formulation optimale. Par la suite, les tests menés à grande échelle sur les briques de terre compressée ont contribué à développer un produit pour la construction. Une nouvelle technique de fabrication basée sur l’application d’une contrainte de compactage très élevée (hyper-compactage) a été mise au point. Son objectif principal est d’augmenter la densité du matériau afin d’améliorer ses performances mécaniques. Les échantillons compactés par la méthode proposée présentent une densité sèche d’environ 2320 kg/m3, ce qui représente la valeur la plus élevée jamais enregistrée dans la littérature pour une terre non stabilisée. Les effets de la contrainte de compactage sur la microstructure du matériau ont été analysés par intrusion au mercure et adsorption d’azote liquide. Les résultats montrent que l’augmentation de la contrainte de compactage réduit la porosité du matériau, majoritairement les grands pores inter-agrégats. Cependant, le compactage mécanique influence peu les petits pores intra-agrégats. L'approfondissement de la caractérisation des propriétés microstructurales des échantillons stabilisés constitue un développement intéressant de ce travail. La résistance et la rigidité des échantillons non stabilisés et stabilisés ont été mesurées. Ces essais mécaniques confirment que la méthode d'hyper-compactage permet d’améliorer grandement la réponse mécanique du matériau par rapport aux techniques de fabrication existantes. Ainsi, les briques réalisées présentent une résistance en compression comparable à celle-là des matériaux traditionnels de construction (e.g. terre stabilisée et briques en terre cuite). Pour compléter cette étude, des essais mécaniques à l’échelle paroi sont à mener. Le comportement hygroscopique des échantillons stabilisés et non stabilisés a été analysé par la mesure du paramètre MBV (i.e. Moisture Buffering Value), qui traduit la capacité d’échange avec la vapeur d’eau. Il s'avère que la terre non stabilisée possède une excellente capacité à absorber et relarguer l’humidité ambiante. Cette capacité est, par contre, réduite pour les échantillons stabilisés testés dans le cadre de cette étude. La caractérisation du comportement thermique de la terre compressée à haute pression ainsi que l’analyse expérimentale des transferts thermo-hygroscopiques à l’échelle paroi représentent deux compléments d'étude afin de préciser le comportement hygroscopique d'un mur à base de terre crue. Enfin, la durabilité par rapport à l’érosion induite par l’eau des briques stabilisées et non stabilisées a été estimée à travers les essais d’immersion, de succion et de contact qui sont prévus par la norme DIN 18945 (2013). Les briques stabilisées montrent une meilleure résistance à l’eau par rapport aux briques non stabilisées. Toutefois, des études supplémentaires sont nécessaires pour améliorer les méthodes de stabilisation garantissant la durabilité dans le cas d'applications structurelles exposées aux intempéries, tout en maintenant de bonnes performances hygro-mécaniques et un faible impact environnemental. / The present work explores the hygro-mechanical behaviour of a raw earth material and investigates different stabilisation techniques to improve the durability of the material against water erosion. An extensive campaign of laboratory tests was performed on both unstabilised and stabilised materials at two different scales: small cylindrical samples and large bricks. An innovative manufacturing method based on the application of very high compaction pressures (hypercompaction) was proposed. Also, the compaction load was maintained constant for a sufficient period of time to allow soil consolidation. The main objective was to increase material density, thus improving mechanical performance. Samples compacted with the proposed method exhibited a dry density of about 2320 kg/m3, which is the highest value registered in the literature for an unstabilised earthen material. The effect of the compaction pressure on the material fabric was assessed by means of mercury intrusion porosimetry and nitrogen adsorption tests. Results showed that the increase of compaction pressure reduced material porosity with major effects on large inter-aggregate pores. On the contrary, small intra-aggregate pores were not affected by the mechanical compaction. Mechanical tests were then performed to measure stiffness and strength of both unstabilised and stabilised samples. These tests demonstrated that hypercompaction can largely improve the mechanical response of the material over conventional manufacturing methods. Hypercompacted bricks showed a compressive strength comparable with that of traditional building materials, such as stabilised compressed earth and fired bricks. The hygroscopic behaviour of both unstabilised and stabilised samples was investigated. The capacity of the samples to absorb/release water vapour was assessed by measuring their moisture buffering value (MBV). Results showed that unstabilised earth has an excellent capacity to buffer ambient humidity. This capacity was significantly reduced by the different stabilisation techniques tested in the present work. Finally, the durability against water erosion of both unstabilised and stabilised bricks was assessed by performing different tests prescribed by the norm DIN 18945 (2013). Stabilised bricks exhibited a higher resistance against water erosion compared to unstabilised bricks. Still, these materials cannot be adopted for structural applications exposed to natural weathering as indicated by the norm DIN 18945 (2013). Therefore, further investigation is required to identify novel stabilisation methods that can balance the needs of sustainability, durability, moisture buffering and mechanical performance.