Les projets de construction sont aujourd'hui confrontés à des défis importants pour réduire la grande quantité d'énergie employée quotidiennement pour les utilisations tels que le chauffage, l'électricité et l'eau chaude dans les bâtiments résidentiels et commerciaux, en particulier en Europe. De nombreux règlements de construction encouragent l'utilisation des matériaux biosourcés puisqu’ils semblent avoir des propriétés physiques supérieures en terme d'efficacité énergétique dans le secteur de la construction. L'utilisation de matériaux à faible teneur en carbone dans des structures telles que le béton de chanvre améliore le niveau d'isolation ainsi que l'absorption acoustique et diminue le poids de la structure du bâtiment, car ce matériau naturel fournit un agrégat à faible densité. Cette étude concerne le comportement mécanique de murs en bois, réalisés avec des planches croisées en bois CLT et des murs à panneaux d’OSB, sous l’effet de forces horizontales de cisaillement. Une approche théorique a été proposée pour prédire la performance latérale de la paroi CLT par rapport aux charges latérales ainsi qu’une comparaison entre les résultats théoriques et expérimentaux a été effectuée. Des essais expérimentaux ont été réalisés sur des murs de bois ayant deux formes différentes pour étudier et mettre en évidence les paramètres qui affectent significativement la résistance latérale du béton de chanvre en tant que matériau de remplissage. Des montants verticaux et des éléments de contreventement diagonaux de 2,5 mètres de hauteur et 1,25 mètres de largeur soumis à une compression ont été réalisés dans cette étude . Les résultats ont montré que le béton de chanvre apporte une légère contribution contre les charges latérales dans les murs verticaux de 1,25 mètres de largeur, ce qui signifie qu'une diminution de la largeur du mur de bois diminue significativement la contribution du béton de chanvre contre les charges latérales. Trois murs en bois de différentes longueurs (1,2 mètres, 1,6 mètres et 2,4 mètres) remplis de béton de chanvre ont été étudiés numériquement dans cette étude. D'après les résultats numériques, il était évident que la largeur du mur en bois joue un rôle principal dans la résistance latérale du béton de chanvre : lorsque la largeur du mur augmente, la résistance latérale du béton de chanvre s’accroît considérablement. De plus, le contact et la liaison entre le chanvre et les montants en bois affectent totalement la capacité de la résistance latérale du béton de chanvre en tant que matériau de remplissage dans les murs en bois. / Construction projects nowadays face significant challenges to reduce the large amounts of daily energy usage for utilities such as heating, electricity and hot water in residential and commercial buildings – especially in Europe. Many building regulations encourage the use of bio-based materials with superior physical properties for energy efficiency in the construction sector. The use of low-carbon material in structures such as hemp concrete, improves the insulation level and sound absorption and simultaneously decreases the weight of the building structure, as this natural material provides low-density aggregate. This study aimed to investigate the mechanical behaviour of timber frame walls against lateral loads. Cross-laminated timber walls (CLT) and Oriented Strand Board (OSB) were used in this study in order to examine the global lateral strength of timber walls. A theoretical approach has been proposed to predict the lateral performance of CLT wall against lateral loads and a comparison between the theoretical and experimental results has been conducted. Experimental testing was undertaken on a full-size example of two different designs of timber walls to investigate and highlight the parameters that significantly affect the lateral resistance of hemp concrete as infill material. Vertical studs and diagonal bracing elements under compression were used in this study, with dimensions of 2.5m height and 1.25m length. The results showed that hemp concrete makes a slight contribution against lateral loads in vertical stud timber wall of length 1.25m, which means that decreasing the length of timber wall significantly decreased the hemp concrete contribution against lateral loads. Three timber walls with different lengths (1.2m, 1.6m and 2.4m) filled with hemp concrete have been examined numerically in this study. Based on the numerical results, it was obvious that the length of the timber wall plays a major role in the lateral strength of hemp concrete, as increasing the wall length significantly increased the lateral strength of hemp concrete. Also, the contact and bonding between hemp material and timber studs significantly affected the lateral load carrying capacity of hemp concrete as infill material in timber frame walls.

Le travail développé dans cette thèse a pour but d’étudier le comportement hygrothermique de matériaux isolants bio-sourcés, et plus particulièrement les fibres de bois, le béton de chanvre, la laine de lin, la laine de mouton, le métisse® et les anas de lin. Ces matériaux, par essence naturels, présentent des spécificités liées à leur origine (animale ou végétale) et à leur structure (fibres, paille, matrice solide…). Leur porosité, très élevée, les rend réactifs aux variations d’humidité relative ambiante, ce qui peut impacter leurs performances thermiques et leur durabilité (comme pour tous les matériaux), mais également leur conférer des capacités de régulation. Dans un souci d’améliorer la connaissance de ces matériaux particuliers, nous proposons tout d’abord d’étudier l’impact causé par l’humidité sur leurs caractéristiques thermiques, principalement la conductivité thermique et la chaleur spécifique. Ensuite les caractéristiques hygrothermiques sont étudiées, ce qui permet de mieux comprendre les phénomènes dépendant des capacités d’adsorption, de désorption, de perméabilité ou de résistance à la vapeur d’eau. On se rend compte également de l’importance du gradient de température sur l’évolution des transferts hygriques au sein des matériaux. En plaçant les isolants bio-sourcés sous sollicitations aléatoires ou en conditions réelles d’utilisation, nous pouvons suivre leur comportement d’un point de vue expérimental. Le couplage à une approche numérique permet d’identifier les paramètres d’influence prépondérants, dans l’optique de la prédiction des transferts couplés chaleur/masse par une simulation dans des conditions particulières d’utilisation, comme la rénovation d’un habitat existant. On constate à partir de mesures in situ que ces matériaux ont une grande capacité d’adaptation à des environnements dont l’humidité relative est évolutive. / The work developed in this thesis aims to study the hygrothermal behavior of bio-sourced insulating materials, and more particularly wood fibers, hemp concrete, linen wool, sheep wool, material made of textile recycling (metisse®) and flax shives. These materials, which are essentially natural, have specific characteristics linked to their origin (animal or vegetable) and their structure (fibers, straw, solid matrix, etc.). Their very high porosity makes them reactive to the relative humidity variations, which can affect their thermal performances and their durability (as for all materials), but also give them a regulation capacities. In order to improve the knowledge of these particular materials, first, we propose to study the impact caused by moisture on their thermal characteristics, mainly thermal conductivity and specific heat. Then the hygrothermal characteristics are studied, which makes it possible to better understand the phenomena depending on the capacities of adsorption, desorption, permeability or water vapor resistance. Also, we realize the importance of the temperature gradient impact on the evolution of the hygroscopic transfers within the materials. By placing the studied bio-sourced insulation materials under random loading or under real conditions, it will be possible to follow their hygrothermal behavior from an experimental point of view. The numerical approach makes it possible to identify the preponderant influence parameters, in the context of the prediction of coupled heat and mass transfers by simulation under particular conditions of use, such as the renovation of an existing habitat. On the basis of in situ measurements, it can be seen that these materials have a high adaptability to environments whose relative humidity is evolutionary.

Les origines de la variabilité des propriétés du matériau béton de chanvre sont nombreuses. On distingue celles liées aux propriétés des ses constituants et du matériau lui-même auxquelles il faut ajouter les dispersions qui résultent des méthodes utilisées pour caractériser ce béton. Ce travail de thèse, s’intéresse à l’étude de la variabilité des propriétés du béton de chanvre en tenant compte de ces différentes sources et en particulier au type de chènevotte utilisée. L’étude bibliographique réalisée permet de comprendre le matériau béton de chanvre, notamment ses constituants, les méthodes de caractérisations en usage ainsi que l’ampleur de la variabilité et de la sensibilité de ses propriétés vis-à-vis des différents paramètres. Cet état de l’art, permet en outre d’identifier les paramètres à considérer dans le cadre de cette thèse. Notre travail de thèse est alors subdivisé en 4 chapitres en plus de l’étude bibliographique. Dans le deuxième chapitre, une étude multicritère sur les propriétés des chènevottes est présentée. Après une campagne expérimentale de caractérisation de 13 types de chanvre, une analyse des résultats à deux niveaux est réalisée. Elle prend en compte, la masse volumique, la capacité d’absorption d’eau et la granulométrie. Dans un premier temps on présente les résultats de l’étude mono-caractéristique ; il s’agit de la comparaison d’une caractéristique donnée pour l’ensemble des chènevottes. Dans un second temps, on présente les résultats de l’étude multicritère. Il s’agit d’analyser l’ensemble des chènevottes en prenant en comptes les différentes caractéristiques à la fois. A l’issue, les chènevottes sont classées en trois groupes. Le chapitre 3 constitue une étude préliminaire tenant compte des différents paramètres sources de variabilités des propriétés du béton de chanvre, comme le laboratoire d’essai (équipements), la gâchée, la taille d’éprouvette et le type de chanvre. Les résultats obtenus montrent la nécessité d’étudier l’impact du type de la chènevotte. Par ailleurs, la dispersion considérable obtenue pour les résultats du module d’Young est vraisemblablement associée à sa méthode de calcul. Il devient alors important d’approfondir l’étude de son impact sur les valeurs du module d’Young obtenues. Le chapitre 4 vise justement à étudier les méthodes de calcul du module d’Young. Les différentes méthodes de la littérature sont alors utilisées pour exploiter les courbes contrainte-déformation dont les essais ont été réalisés dans les mêmes conditions. Les variabilités observées sur les résultats vis-à-vis de chacune des méthodes permettent alors de mettre en évidence leur impact et de proposer la méthode « flottante » comme étant la plus pertinente. Par ailleurs, un modèle permettant de décrire la loi de comportement mécanique du béton de chanvre est proposé. Il permet de déterminer la courbe enveloppe correspondant à la courbe expérimentale issue du chargement monotone, et permet également de reproduire la courbe expérimentale issue d’un chargement cyclique. Dans le dernier chapitre, en se basant sur les résultats du chapitre 2, neuf types de chanvre ont été sélectionnés pour la confection des éprouvettes de l’étude. Dans les mêmes conditions (fabrication et essai), il a été mis en évidence expérimentalement l’impact de la chènevotte sur les propriétés mécaniques avec un facteur égal à 10 entre les valeurs faibles et élevées. La réponse mécanique caractérisée par des faibles (<5%), moyennes (>5% et <8%) et fortes (>8% et <20%) niveau de déformation a été mis en évidence. Ces variabilités, restent cependant moins marquées pour la conductivité thermique et la masse volumique du béton de chanvre. L’étude met en évidence l’intérêt d’une étude approfondie sur l’interaction liant/chènevotte pour une meilleure compréhension de l’impact de la chènevotte sur le béton de chanvre. / The origins of the variability of hemp concrete material properties are numerous. They include among others those related to the properties of its constituents and material itself as well as the methods used for their characterizations. This thesis is interested in the study of the variability of hemp concrete properties taking into account these different parameters and in particular the type of hemp particles used. The litterature review corried out allowed to present the hemp concrete material, the properties of its constituents, their methods of characterization and also the extend of properties variability and sensitivity due to various parameters. Furthermore, it allowed to identify the parameters to be considered in the context of this thesis. Therefore, this thesis is devided into four chapters in addition to the literature review. In the second chapter, a multi-criteria study on the properties of hemp particles is presented. After an experimental study of characterization for 13 types of hemp particles, a two level analysis of result is performed. It takes into account the density, water absorption capacity and particle size distributions. First, the results of the single characteristic study are presented; it is about a comparison of a given characterstic for all hemp particles at the same time. Secondly, the results of the multi-criteria study are presented. In this last case, the analysis is corried out by taking into account all hemp particles and characteristics, both at the same time. The outcome of this study allowed to classify hemp particles into three groups from which, low, medium and high mechanical peformances are expected, respectively. Chapter 3 is a preliminary study taking into account various parameters as sources of variability for hemp concrete properties, such as the testing laboratory (equipments), the batch, the specimen size and hemp particles type. The obtained results highlight the need for further investigations about the impact of hemp particles type. Moreover, the considerable dispersion in the results of Young’s modulus is likely associated with its calculation method. It then becomes important to deepen the study of its impact on the values of Young’s modulus obtained. The chapter 4 aims to answer the problem found on the method for calculating the Young’s modulus. Various methods from literature are used to analyse the stress-strain curves from samples manufactured under the same conditions. The variability observed in results with respect to used method allowed to highlight their impact and to provide the floating method as the most pertinent since it presents less variability. In addition, a model to describe the mechanical behavior law of hemp concrete is proposed. It allows to determine the enveloppe curve which corresponds to experimental curve from the monotonic loading. It can also allow to reproduce the experimental curve from a cyclic loading. In the last chapter, based on the results of chapter 2, nine types of hemp particles were selected for the preparation and manufacturing of specimens of the study. Under the same conditions (manufacturing and test), it has been demonstrated experimentally the impact of hemp particles on mechanical properties with a factor 10 between low and high values from obtained results. The mechanical response characterized by low (<5%), medium (>5% and <8%) and high (> 8% and <20%) level of deformation have been highlighted. These variabilities remain, however less marked for thermal conductivity and density of hemp concrete material. This study highlights the interest of a comprehensive study on the interaction binder/hemp particles for a better understanding of the impact of hemp particles on hemp concrete.