En réponse aux préoccupations environnementales, l'utilisation du béton de chanvre s'est développée ces dernières années et a montré son efficacité d'un point de vue hygrothermique. L’analyse de son cycle de vie souligne l’intérêt environnemental du chanvre et montre que le constituant le plus impactant est le liant, généralement à base de chaux. L'objectif de cette thèse est de développer des composites à base de chanvre en substituant à la chaux une matrice minérale moins impactante. Plusieurs formulations sont réalisées avec différentes matrices liantes et différents dosages en chanvre. D'une part, le liant commercial ThermOⓇ est utilisé pour produire des bétons de chanvre «classiques», servant de référence comparative. D' autre part, des matrices liantes sont développées à base de fines issues de boue de lavage. La terre commerciale ClaytecⓇ est également considérée. Après avoir présenté les différentes matières premières retenues pour cette étude. Le liant ThermOⓇ est caractérisé pour différents dosages en eau. Les fines issues de boues de lavage font l'objet d'une étude de stabilisation visant à satisfaire des objectifs de résistance mécanique de la matrice liante. Une stabilisation avec 5 % de ciment portland couplé à 5% de ThermOⓇ est retenue pour la suite de l'étude. Cette formulation n'impacte pas significativement la conductivité thermique de la matrice liante, tout en permettant d'atteindre les objectifs mécaniques fixés. Les composites réalisés avec les différents liants sélectionnés présentent des dosages chanvre / liant évoluant entre 0.4 et 0.75, dosage conventionnels pour des applications toit, mur et dalle. Ils sont mis en œuvre par compaction, ce qui conduit à des masses volumiques comprises entre 370 et 6 15 kg/m3 et des porosités comprises entre 70 et 81 %. Les comportements mécaniques, thermiques et hygriques des composites sont évalués. Les performances mécaniques mesurées répondent aux exigences des règles professionnelles Construire en Chanvre, y compris pour les composites réalisés avec des fines non stabilisées. Les isothermes de sorption obtenues sont des sigmoïdes de classe II ou Ill. présentant des teneurs en eau plus élevées pour les composites réalisés avec le ThermOⓇ. Les valeurs MBV obtenues montrent que les composites à base de fines ou de terre ClaytecⓇsont meilleurs régulateurs hygriques que les composites réalisés avec le liant ThermOⓇ, respectivement classés excellents et très bons régulateurs hygriques. Les performances thermiques des composites en permettent un usage en isolation répartie. Au point sec, la conductivité thermique dépend essentiellement de la masse volumique, sans impact du type de liant. Lorsque l'humidité relative ambiante augmente, la conductivité thermique des composites à base de liant ThermOⓇ est plus impactée que celle des autres composites, en lien avec les isothermes de sorption. Cette étude montre donc toute la pertinence du développement de composites formulés à l'aide de fines issues de boues de lavage en substitution de la chaux. / In response to environmental concerns, the use of hemp concrete has been developed in recent years and has shown its efficiency from a hygrothermal point of view. Its life cycle analysis underlines the environmental interest of hemp and shows that the most impacting component is the binder, usually lime-based. The aim of this thesis is to develop hemp-based composites by substituting lime with a less impacting mineral matrix. Several formulations are made with different binder matrices and different hemp content. On the one hand, the ThermO® commercial binder is used to produce "classic" hemp concrete, which are used as a comparative reference. On the other hand, binder matrices are developed based on washing mud fines. Claytec® commercial earth is also considered. After presenting the different raw materials selected for this study, the ThermO® binder is characterized with several water ton binder ratios. The washing mud fine stabilisation is investigated regarding mechanical resistance objectives. A stabilization with 5% of portland cement coupled with 5% of ThermO® is selected for the following development. This formulation does not significantly affect the thermal conductivity of the binder matrix, while allowing to achieve the fixed mechanical objectives. The composites made with the various selected binders have hemp I binder ratios ranging between 0.4 and 0.75, conventional ratio for roof, wall and floor applications. They are implemented by compact ion, which leads to densities ranging from 370 to 61 5 kg/m3 and porosities ranging from 70 to 81%. The mechanical. Thermal and hygric behaviors of the composites are investigated. The measured mechanical performances meet the requirements of the professional rules Construire en Chanvre, even for composites made with unstabilized fines. The sorption isotherms obtained are class II or III sigmoid, with higher water contents for composites made with ThermO®. The MBV values obtained show that the composites made with fines and with Caytec® earth are better hygric regulators than the composites made with ThermO® binder, respectively classified as excellent and as very good hygric regulators. The thermal performances of the composites allow a use in distributed insulation. At the dry point, the thermal conductivity mainly depends on the density, without impact of the type of binder. As ambient relative humidity increases, the thermal conductivity of ThermO®, binder-based composites is more impacted than that of other composites in connection with sorption isotherms. This study thus shows the relevance of the development of composites formulated with washing mud fine as a substitute tor lime.

The uses of renewable materials, as well as the reduction, reuse and recycling of the residues indicates the search for technological alternatives for sustainable development. In this context are the materials used in building. For the plaster is the building the largest market, because its use from the core products, and also from the first constructive step to the last stage of completion. Its use as plaster boards, precast flooring and ceilings and walls have increased significantly, it provides a reduction of process steps, resulting in cost savings and the amount of materials used. However, after application it has characteristics such as low mechanical efficiency in the presence of water, low capacity to absorb impact loads, the cracks and loss of adhesion at the interface based coating. This study aimed to use the fiber residual powder from the processing of the coconut fiber industry, as filler in the matrix of plaster in order to obtain better properties against its pathologies, besides contributing in the quest for sustainability in the development of alternative building materials. The composite were prepared using calcium sulfate P. A. as reference, commercial plaster and the fiber residual powder. The fiber residual powder composition varied between 1% and 20%, and the samples in powder form were characterized by X-ray Diffraction, thermal analysis (TGA / DTA), scanning electron microscopy (SEM) and infrared spectroscopy. Technological tests were conducted to verify the mechanical properties, for which they were made with composition of 1% and 5% of the powder using 65 mesh and 100 mesh particle size. The fracture surface was later analyzed by scanning electronic microscopy. The results of TGA / DTA indicate a tendency to increase in decomposition temperature and the temperature of dehydration of calcium sulfate dihydrate and gypsum in presence of coconut fiber. The crystal structures of calcium sulfate dehydrate and gypsum remain unchanged in the presence of coconut fiber. The morphological study together with the infrared analysis indicated interaction between the functional groups of coir dust and plaster, especially the interactions of the sulfate ion and water molecules. The best result of compressive strength was for composition with 1% loading and larger particle size. The results show better bending mechanical responses for sample with high filler concentration and particle size. / A utilização de materiais renováveis, bem como a redução, reutilização e a reciclagem de diversos resíduos apontam para a busca de alternativas tecnológicas para o desenvolvimento sustentável. Nesse contexto estão os materiais utilizados na construção civil. O gesso encontra na construção civil seu maior mercado de difusão, pois sua utilização parte desde os produtos essenciais, na primeira etapa construtiva até a última etapa de acabamento. Sua utilização como placas de gesso, pré-moldados e revestimento de tetos e paredes têm aumentado significativamente, pois proporciona uma diminuição das etapas do processo, ocasionando economia nos custos e na quantidade de materiais utilizados. Entretanto, após aplicado apresenta patologias tais como, pouca eficiência mecânica na presença de água, baixa capacidade de absorver cargas de impactos nos planos revestidos, o aparecimento de fissuras e perda de aderência na interface base revestimento. O presente trabalho buscou a utilização do pó residual do beneficiamento das fibras de coco pela indústria, como carga na matriz de gesso com o intuito de se obter melhores propriedades frente às patologias do gesso, além de contribuir na busca pela sustentabilidade com o desenvolvimento de materiais alternativos para construção civil. As amostras foram preparadas utilizando matrizes de sulfato de cálcio P. A. e gesso comercial e como carga o pó residual do beneficiamento das fibras de coco. A incorporação da carga na matriz variou entre 1% e 20%, e essas amostras em forma de pó foram caracterizadas por difração de raios-X (DR-X), análise térmica (TGA/DTA), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de infravermelho (IV). Foram realizados ensaios tecnológicos para verificação das propriedades mecânicas, para os quais foram confeccionados corpos de prova com 1% e 5% de incorporação do pó com dois tipos diferenciados de granulometria, e posteriormente foram realizados análises de microscopias eletrônicas de varredura da superfície de fratura das pastas endurecidas. Os resultados de TGA/DTA indicam uma tendência ao aumento na temperatura de decomposição e na temperatura inicial de desidratação do sulfato de cálcio dihidratado e do gesso comercial na presença do pó de coco. A estrutura cristalina do sulfato de cálcio dihidratado e do gesso comercial com carga não se altera na presença do pó de coco. O estudo morfológico juntamente com as análises de infravermelho indicam interação entre os grupos funcionais do pó de coco e o gesso, em especial as interações do íon sulfato e das moléculas de água. O melhor resultado de resistência a compressão foi para composição com 1% de carga e granulometria maiores. Os resultados de flexão apresentam melhores respostas mecânicas para maiores adições e granulometria da carga.

L'objectif de cette thèse est de développer de nouveaux matériaux isolants bio-sourcés pour le bâtiment qui contribuent à réduire leurs impacts environnementaux. Les matériaux développés doivent avoir une faible énergie grise et une faible empreinte carbone. Ils doivent également contribuer à réduire les besoins énergétiques des bâtiments tout en assurant un confort hygrothermique élevé des utilisateurs. Tout d'abord, des matières premières d'origine agricole (chènevottes, anas de lin, paille de blé, paille de colza et rafles de maïs) sont caractérisées d'un point de vue chimique, physique, hygrothermique et mécanique, dans la perspective de développer des composites bio-sourcés destinés à l’isolation des bâtiments. Leur composition chimique se révèle intéressante pour le développement d'un liant vert. Une étude visant à évaluer cette aptitude est donc réalisée. A l'issue de cette dernière, deux liants correspondants à des extractions réalisées sur les rafles de maïs et sur les fines de lin sont retenus. D'autres liants provenant de l’industrie sont également sélectionnés pour la confection de composites. Puis des composites sont fabriqués pour étudier l'influence des granulats, du liant, de la granulométrie des granulats, de la réalisation d'un pré-traitement alcalins des granulats et de la pression de compaction appliquée lors de la mise en œuvre des composites sur leurs performances hygrothermiques ainsi que leurs propriétés mécaniques. Enfin, la résistance à l'immersion accidentelle et à l'humidité ainsi que la réaction au feu des formulations les plus prometteuses sont étudiées. / The aim of this thesis is to develop new bio-based building insulating materials which contribute to reduce their environmental impacts. The developed materials shall have low embodied energy and low carbon footprint. They shall contribute to reduce energy needs of buildings and to ensure high hygrothermal comfort of users. First, raw materials from agricultural resources (hemp shiv, flax shiv, wheat straw, rape straw and corn cobs) are characterized from a chemical, physical, hygrothermal and mechanical point of view, with a aim of developing bio-based composites for the thermal insulation of buildings. Their chemical composition is interesting for the development of green binder. A study to assess this ability is carried out. At the end of the study, two binders corresponding to extractions performed on corn cobs and flax fines are developped. Other binders from industry are also selected for composite production. Then, composites are produced to study the influence of aggregates, binder, granulometry of aggregates, alkaline pre-treatment of aggregates and compaction pressure applied during the processing of composites on their hygrothermal performances and mechanical properties. Finally, the resistance to accidental immersion and humidity and the reaction to fire of the most promising formulations are studied.

科学研究費補助金 研究種目:基盤研究(B) 課題番号:17360336 研究代表者:金武 直幸 研究期間:2005-2007年度

Les éco-matériaux présentent un certain nombre de caractéristiques intéressantes comparativement à des solutions techniques ou architecturales classiques. Les critères de différenciation utilisés étaient jusqu’alors souvent liés à la préservation de l’environnement et de la santé. L’objectif de cette thèse est d’étudier les caractéristiques techniques, économiques et financières présentées par ces matériaux plus respectueux de l’environnement en regroupant des informations de référence sélectionnées au sein d’un référentiel proposé. La première partie de ce travail situe la thématique des éco-matériaux dans le contexte de la conception de bâtiments à qualité environnementale. Une deuxième partie précise la place des éco-matériaux au sein des systèmes de management de la qualité environnementale du bâti (SMQEB) internationaux et Européens. Le cahier des charges d’une méthode d’aide au choix d’éco-matériaux y est exposé. La troisième partie concerne la conception d’un outil d’aide à la prescription technique, économique et financière d’éco-matériaux. La dernière partie recentre sur un territoire d’étude la méthodologie élaborée et testée : la région Nord Pas de Calais. Un système constructif élaboré, un rampant de toiture, est utilisé comme base pour la comparaison d’un assemblage de solutions éco-construites et conventionnelles. Les critères techniques, économiques, financiers, environnementaux et de santé utilisés sont in fine traduits en ratio coûts / bénéfices / Eco-materials, have revealed a number of interesting characteristics compared with more traditional technical or architectural solutions. The criteria so far used to differentiate them were often related to the preservation of the environment or health. The main research objective has been to study the technical, economic and financial advantages of such more environmentally friendly materials by collecting selected referential information- assessment indicators and criteria- inside a proposed system of reference. The first part of my work has been devoted to identifying eco-materials in the broader context of the conception of high environmental quality buildings. The position of eco-materials in international and European Environmental Quality Management Systems for Buildings- SMQEB- has then been reviewed in a second part. The third part of this work has consisted in designing a technical, economic and financial prescription decision tool for eco –materials. In the final part, the main concern has been to implement this designed and tested methodology within the Nord Pas De Calais region. An elaborate construction system - a flat roof - has been selected to compare a set of eco-built solutions with more conventional ones. The technical, economic, financial, environmental and health criteria have in-fine been used in easily understood language: the cost/profit ratio