Durant ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés au comportement hydromécanique d’un éco-géo-matériau à base de terre crue. Différents aspects ont été traités visant l’optimisation de sa formulation et aussi ses interactions avec les renforts. Nous avons tenté de lever trois verrous scientifiques : l’optimisation des interactions physico-chimiques argiles-liants, l’identification des mécanismes de fissuration en relation avec la succion, et les interactions électrochimiques sol-armatures en acier. L’ajout de la chaux impose le comportement du sol à court terme et favorise le gain en résistance en rendant le milieu plus alcalin. Nous avons montré qu’à l’aide d’une mesure macroscopique, la conductivité électrique, nous pouvons suivre les interactions sol-liants. Lors de la dessiccation d’un sol argileux, le retrait global est homogène. Une déformation locale hétérogène induit des contraintes de traction responsables de l’apparition des fissures. L’ajout des renforts réduit le pourcentage de fissuration d’un facteur 10. La succion générée lors du séchage est interprétée en termes de contraintes de traction. Le contact entre la terre et l’acier entraine des réactions d’oxydoréduction dont le produit est la corrosion. Trois familles d’argiles ont été testées. La vitesse de corrosion obtenue est de l’ordre de 3μm/an. / Throughout this thesis, we are interested in hydro-mechanical behavior of an eco-geo-material based on raw earth. Different aspects have been treated viewing the optimization of his formulation as well as its interactions with the reinforcements. We have tried to resolve the following three scientific locks: the optimization of the physical-chemical clay-binders’ interactions, the identification of the mechanisms of cracking in relation with the suction and the electrochemical soil-iron interactions. Adding lime imposes the behavior of the soil and improves its resistance by making the environment more alkaline. We showed that we can follow soil-binders’ interactions by using the electrical conductivity technique. During desiccation of a clayey soil, global shrinkage is homogenous. A heterogonous local deformation induces tensile stress responsible of cracking. Adding reinforcement reduces crack ratio by a factor 10. Suction generated during drying is interpreted in terms of tensile stresses. Interaction between earth and metal allows oxydo-reduction reactions producing corrosion. Three type of clay were tested. Corrosion speed is about 3μm/year.

La terre crue est un des matériaux les plus utilisés au monde pour bâtir. Chaque terre est un mélange de grains de différentes tailles (cailloux, graviers, sables, silts et argiles) en proportions variées. Les particules les plus fines, qui constituent le liant du matériau, se différencient des autres grains par leur petite taille, à laquelle est associée des propriétés colloïdales lorsqu'elles sont mélangées à l'eau. L'argile, au sens granulométrique (particules inférieures à deux microns), contient généralement un mélange d'argiles, au sens minéralogique (phyllosilicates hydratés), d'oxydes de fer, d'aluminium et de silicium. Pour comprendre ce matériau de construction, la terre est envisagée dans un premier temps comme une matière en grains. La physique des milieux granulaires secs et la physique des milieux granulaires humides sont explorées afin de décrire les comportements physiques de cette matière. Des techniques de construction innovantes, qui découlent de cette compréhension, sont présentées. Dans un deuxième temps, l'argile est envisagée comme une matière colloïdale. Comme beaucoup de systèmes naturels, le liant argileux est un mélange de particules aux propriétés de surface différentes, contenant à la fois des charges permanentes négatives et des charges variables avec le pH et la force ionique. Ces systèmes mixtes sont dits hétérocoagulés. Des pistes de recherche, qui découlent de cette compréhension, sont présentées.

La construction est l'un des secteurs de l'industrie les plus polluants. C'est la raison pour laquelle développer l'usage de matériaux de construction durables est un intérêt majeur. La terre crue est de plus en plus étudiée en tant que matériau de construction pour son faible impact environnemental, son abondance ou ses capacités à réguler l'humidité intérieure, améliorant ainsi le confort de l'occupant. Pour optimiser certaines de ses performances, des fibres ou granulats végétaux sont incorporés à la terre depuis des millénaires. Toutefois, les études scientifiques n'ont débuté qu'il y a une trentaine d'années, laissant une marge importante de compréhension du matériau. Actuellement, l'ajout de matière végétale peut s'effectuer par le biais de la valorisation d'agroressources, qui permet par ailleurs de piéger du dioxyde de carbone au sein des briques. Cette thèse, qui s'inscrit dans le cadre du projet Bioterra financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR), a pour objectif de contribuer au développement d'un matériau à base de terre crue et de granulats végétaux, pour une utilisation sous forme de briques. Après une caractérisation approfondie de différentes ressources végétales (paille d'orge, chènevotte et rafle de maïs), une approche comparative des propriétés d'usage et de la durabilité des matériaux composites est réalisée. Une étude sur la disponibilité des bio-ressources en France a montré que les coproduits de l'agriculture utilisés dans ce travail de recherche sont disponibles en quantités importantes, bien que leur utilisation pour l'alimentation humaine ou animale soit prioritaire. Les résultats des essais expérimentaux ont montré que les résistances mécaniques sont diminuées avec l'ajout de végétaux, mais que la ductilité est améliorée. La paille, grâce à sa forme allongée, donne toutefois de meilleurs résultats que les autres agroressources. En ce qui concerne les propriétés hygrothermiques, la conductivité thermique est améliorée et la capacité de sorption de vapeur est légèrement augmentée. Toutefois, la terre seule étant très perméable à l'eau, l'ajout de particules végétales n'a pas d'effet bénéfique sur la perméabilité apparente des composites à la vapeur d'eau. Finalement, les granulats végétaux améliorent certains critères de durabilité comme la résistance à l'impact ou l'érosion à l'eau, mais limitent la résistance à l'abrasion. Vis-à-vis de la résistance au feu, les bio-composites, bien que contenant une quantité importante de matière ligno-cellulosique, sont toujours incombustibles. Ils sont toutefois transformés avec la cuisson de la terre et la consumation des végétaux. Enfin, l'étude de la prolifération de micro-organismes a abouti à la mise en place d'une méthodologie expérimentale. L'incorporation de paille semble faciliter l'apparition de moisissures par rapport à la terre seule. Néanmoins, la prolifération apparaît uniquement dans des conditions optimales de 30°C et 93% d'humidité relative après inoculation de souche d'Aspergillus brasiliensis. L'addition de différentes ressources végétales dans une matrice de terre améliorera donc certaines propriétés d'usage mais en dégradera d'autres. La formulation du matériau composite (nature et dosage en granulats végétaux notamment) sera donc conditionnée par sa destination dans le bâtiment. Un compromis devra être trouvé entre les différentes propriétés. / Construction is one of the most polluting sectors of industry, and this is why developing sustainable building materials is of world-wide interest. Earth is being increasingly studied as a building material because of its low environmental impact and its abilities to regulate indoor moisture and to improve the building occupants' comfort. Plant aggregates and fibers have been incorporated into the earth matrix for thousands of years to enhance its performance, but scientific studies began quite recently. Nowadays, the addition of renewable resources can be achieved with agricultural by-products, thus allowing carbon dioxide to be captured. As part of the Bioterra project funded by the French National Research Agency (ANR), this thesis has the objective of contributing to the development of earth-based materials containing plant aggregates that can be used in bricks. After an extensive characterization of the different plant resources, namely barley straw, hemp shiv and corn cob, a comparative study of the use and durability properties of the composite materials is made. A survey of the production and use of bio-resources in France showed good availability of the resources studied in the present research, although they are primarily used as human food and animal litter. In the experimental tests, a decrease of the mechanical strength was observed with the addition of plant aggregates. However, the ductility of the bio-composites increased. Thanks to its elongated shape, straw is the plant aggregate that gives the best results. Concerning hygrothermal properties, thermal conductivity is reduced and the vapor sorption capacity is slightly increased. Nevertheless, earth alone is very permeable. The addition of plant aggregates thus brings no benefit concerning the apparent water vapor permeability. Finally, plant aggregates improve some durability criteria, such as impact or erosion resistance, but limit abrasion resistance. With regard to fire, bio-composites are still not combustible, even if they contain a significant quantity of lignocellulosic matter. They are, however, transformed with firing, when the earth is fired and the plant material smolder. Lastly, the study on microbial growth contributed to the development of an experimental methodology. The incorporation of straw seems to facilitate mold growth in comparison with earth alone. However, proliferation appears only in the worst conditions: for material subjected to a temperature of 30°C and a relative humidity of 93%, after inoculation with Aspergillus brasiliensis strain. To summarize, the addition of different plant aggregates in an earth matrix improves some properties but deteriorates others. The formulation of a composite material (particularly the nature and the content of the plant aggregate) will thus depend on its intended use in the building. Therefore, a compromise has to be found among the different properties.

Les problèmes climatiques planétaires nous poussent à concevoir des systèmes constructifs à faible consommation d’énergie. L’utilisation des murs constitués d’écomatériaux (ossature bois avec un remplissage de brique de terre crue et assemblage parmortier minéral) apparaît comme une solution alternative intéressante et conforme aux objectifs en matière de développement durable. Dans une démarche de conception de ce type de système constructif, un outil de modélisation thermo-hydro-mécanique a été développé. Il vise d’une part à prédire la capacité de la paroi à réguler les conditions hygrothermiques ambiantes lors des alternances jour/nuit en fonction des différentes stratégies de ventilation, et d’autre part à identifier les différents scénarios décrits en termes de température et d’humidité pouvant induire l’apparition de fissures dans la paroi, aussi bien en phase de construction qu’en conditions de service. La rareté des travaux réalisés sur les propriétés de la terre crue nous a poussés à développer une campagne expérimentale multidisciplinaire pour caractériser les propriétés thermiques, hydriques et mécaniques sous différents états hydriques. Ces propriétés alimentent le modèle, dont les adaptations nécessaires sont présentées. Les résultats portent à la fois sur l’impact sur le confort hygrothermique et sur l’effet des variations hydriques sur la durabilité mécanique de la paroi. / Global climate problems push us to design energy-saving constructive systems. The use of walls made of eco-materials (wooden frame with a filling of brick of raw earth and assembled by mineral mortar) appears as an interesting alternative solution being in linewith the objectives in terms of sustainable development. In order to use a numerical simulation approach to this type of constructive system, a thermo-hydro-mechanical modeling tool was developed. On the one hand, it aims to predict the wall's ability to regulate the ambient hygrothermal conditions during day / night alternations according to the different ventilation assumptions and, on the other hand, to identify the various scenarios described in terms of temperature which can induce the appearance of cracks in the wall, both during construction and operating conditions. The originality of the work carried out on the properties of the raw earth make us able to develop a multidisciplinary experimental campaign to characterize the thermal, hydric and mechanical properties under different humidity conditions. These properties feed the numerical model with the necessary adaptations presented. The results present both the impact on hygrothermal comfort and to the effect of humidity changes on the mechanical durability of the wall.

ALa terre crue est l’un des principaux matériaux de construction utilisés depuis les temps les plus reculés. C’est un matériau abondant, qui nécessite très peu d'énergie pour sa fabrication et qui ne génère pas de déchets. Construire aujourd’hui avec des matériaux à base de terre crue nécessite de ces derniers des performances mécaniques remarquables. Pour atteindre ces performances, le traitement des sols aux liants est l’une des techniques utilisées pour améliorer la résistance mécanique et la durabilité de ces matériaux. On s’intéresse dans cette thèse à l’étude de la terre crue traitée aux liants pour deux applications différentes : un remblai expérimental pour une application en travaux publics (conception innovante de digue par l’utilisation de matériaux obtenus via un traitement à la chaux) et un béton de terre dénommé « Cématerre » pour une application en bâtiment (éléments structuraux et cloisons présentant de bonnes performances hygro-thermiques). Dans les deux cas, le but est de caractériser, et éventuellement d’améliorer, la résistance mécanique, la rigidité, les caractéristiques hydriques et hydrauliques, ainsi que les propriétés hygro-thermiques. Concernant le béton de terre « Cématerre », les études préliminaires menées selon un protocole expérimental établi conformément au cahier des charges du CSTB, ont permis sa qualification, matérialisée par l’obtention d’une ATEx A. La phase suivante a consisté à améliorer sa formulation avec comme objectif l’amélioration de la résistance mécanique du matériau. Les plans d’expériences utilisés ont permis d’établir des modèles de formulations ciblant les résistances mécaniques recherchées. L’étude du comportement hygro-thermique du béton de terre est abordé en analysant les transferts couplés de chaleur et d’humidité. Pour cela un certain nombre de paramètres hygro-thermiques du matériau Cématerre ont été déterminés au laboratoire. La mesure de ces paramètres a permis la réalisation de simulations hygro-thermiques dynamiques qui ont mis en évidence l’intérêt de ce matériau par rapport au béton « classique ». Concernant le limon traité à la chaux et compacté, les résultats ont montré que le module en petites déformations E augmente avec la contrainte de confinement et l’âge du matériau et décroit légèrement avec le niveau de déformation dans le domaine des contraintes testées. Une loi de type E = ßo1m décrit la variation du module, β et m étant des paramètres fonctions de l’âge et du niveau du déviateur. Par ailleurs, les coefficients de perméabilité saturée et non saturée n’évoluent pas avec le temps de cure. Le fluage volumique ne semble pas non plus être influencé par le temps de cure, autrement dit, l’augmentation de la rigidité du matériau liée au développement des réactions pouzollaniques n’a pas empêché le matériau de fluer autant à 28 jours qu’après un an de temps de cure. / AEarthen construction is one of the most common construction technique used since the earliest times. The raw material is abundant, requires very little energy to manufacture, and does not generate waste. Building today with raw materials made from the earth requires outstanding mechanical performance from such non-fired materials. To achieve this performance, the treatment of the soil with binders is one of the techniques used to improve the strength and durability of these materials. The aim of the present PhD dissertation is to study the treated soils with binders for two different applications: an experimental compacted embankment for application in public works ( a dam innovative design, through the use of materials obtained by treatment with lime ) and earthen concrete called " Cematerre " for application in building ( walls and structural elements with good hygrothermal performance). In both cases, the goal is to characterize and possibly improve the mechanical strength, stiffness, hydric and hydraulic characteristics and the hygrothermal properties. For the earthen concrete " Cematerre ", the preliminary studies according to an experimental protocol under CSTB specifications have led to the so-called “ATEx A” official qualification. The next phase was to improve the formulation with the aim of improving the mechanical strength of the material. The design of experiments has been used to establish models formulations targeting the sought strength. The study of hygrothermal behavior of earthen concrete is addressed by analyzing the coupled transfer phenomenon of heat and moisture. Hygrothermal parameters were determined in the laboratory. The measurement of these parameters has allowed the realization of dynamic thermal simulations that have highlighted the benefit of this material when compared with standard concrete. For silt treated with lime and compacted, the results showed that the small strain modulus E increases with the confining stress and the curing time and decreases slightly with the strain level in the range of stress tested. A power law E = ßo1m describes the variation of the modulus, β and m are functions of the curing time and the strain level. Moreover, the coefficients of saturated and unsaturated permeability do not change with the curing time. The volumetric creep does not appear to be influenced by the curing time, i.e. , the increase in stiffness due to the development of pozzolanic reactions did not prevent the material from creeping as much after 28 days as after a year of curing time.

L’approche géoarchéologique a pour objectif de discuter l’intérêt des archives sédimentaires des rammadiyat pour appréhender les dynamiques d’occupation des sols au Capsien et Néolithique. Les rammadiyat se présentent sous forme de monticules dont la stratigraphie est peu exprimée. Les fouilles récentes ont mis en évidence des sols d’occupation renouvelant les questionnements sur les modes d’occupation de ces populations capsiennes. L’approche géoarchéologique repose sur la micromorphologie des sols. Elle a été menée sur 5 sites capsiens de Tunisie et d’Algérie. Elle a permis de caractériser les modes de formation de ces rammadiyat. Les informations recueillies montrent que les rammadiyat relèvent principalement des processus liés aux activités humaines, qui ont interagi à des degrés variables avec les processus naturels. Elles ont permis de construire un modèle qualitatif de la dynamique de formation des rammadiyat, exprimé par une classification des faciès sédimentaires identifiés, selon les pratiques d’aménagement, selon les activités et selon le degré de fréquentation. Ce modèle met en évidence un premier schéma de l’organisation spatiale des sols d’occupation, matérialisant trois types espaces : un espace construit (bâtiment), un espace de cour segmenté avec des aires domestiques, voies de passage et zones de rejets et un espace peu fréquenté, en marge de l’occupation principale. L’enregistrement sédimentaire témoigne d’un mode d’occupation continu, localement rythmé par des variations dans le degré de fréquentation. Des épisodes d’abandon temporaire ou de très faible fréquentation sont ainsi observés. Cependant, leur généralisation à l’ensemble du site reste à préciser. / The aim of the geoarchaeological approach is to discuss the interest of sedimentary archives of rammadiyat, in order to understand the dynamics of soil occupancy at the Capsian and Neolithic period. The rammadiyat present the shape of a small mound, whose stratigraphy is quite undifferentiated. Recent excavations show the presence of occupation surfaces, renewing the questions about the settlement strategies and of these capsian populations. The geoarchaeological approach is based on soil micromorphology .This research was conducted on 5 capsian sites in Tunisia and Algeria and allowed us to characterize the formation processes of these rammadiyat. The collected data show that rammadiyatis mainly formed by anthropic processes related to human activity interacting with natural processes on varying degrees. It’s then possible to construct a qualitative model relating to the formation dynamics of rammadiyat, expressed by a classification of the identified sedimentary facies, according to the building practices, the activities and the intensity of human occupation. This model highlights a first framework of the spatial organization of occupation surfaces, materializing three types of spaces: a built space (dwelling), a segmented yard space with domestic areas, passageways and dump areas, and a marginal area, showing a sporadic occupation. The sedimentary record shows a continuous occupancy, locally punctuated by variations in the intensity of human occupation. Episodes of temporary abandonment or very low occupation are observed. However, their generalization to the whole site remains to be clarified.

Cette thèse traite de l'architecture d'un village du Sud présaharien au Maroc, avec l'objectif de comprendre les origines et le développement de l'architecture traditionnelle dans cette région dans son contexte culturel et historique. Le village choisi ici comme exemple représentatif est le qsar d'Asrir n'Ilemchane dans la vallée du Drā. Cette agglomération est un exemple très spécifique de ces groupements fortifiés aux maisons mitoyennes à puits de lumière central. Au-delà de la dénomination courante d' « architecture berbère », l'étude vise à comprendre l'énigme de son origine à travers une analyse détaillée et compréhensive de l'architecture villageoise. À cette fin nous essayons de distinguer les contributions respectives des groupes sociaux qui l'habitent, principalement deux, les Draoua ou Haratines, habitants originels, agriculteurs-jardiniers de l'oasis, et les Berbères Ayt Ātta, semi-nomades transhumants de la montagne proche, le jbel Saghro, installés plus récemment, comme protecteurs des sédentaires. Après une présentation du contexte naturel et historique de la vallée et de son peuplement composite, notre démarche de recherche s'appuie sur une documentation architecturale détaillée, relevés et dessins, d'une trentaine de maisons, une observation participative et des entretiens avec les habitants dont quelques « anciens ». Nous examinons le mode constructif de ces maisons en terre crue, adobes et pisé, savoir-faire spécifique des maçons haratines. Cet habitat est mis en perspective avec le mode de vie et l'organisation sociale de la population, en lien avec l'agriculture de palmeraie et le système d'irrigation. L'analyse des maisons a permis de forger des hypothèses sur le développement du village et de son enceinte au cours des siècles, puis son extension hors les murs. Ainsi a été étayée une première conclusion : si cette architecture dans sa facture première de « maison-grenier » est de conception draoua, elle a été ensuite modifiée et enrichie par les Berbères. Pour terminer, nous évoquons les transformations de cet habitat en tension entre tradition et modernité. Elles sont marquées à la fois par l'usage de techniques et de matériaux constructifs différents et par les modifications profondes de l'environnement local, national et global, d'autant que, rejoint spatialement par Zagora, la ville toute proche, le qsar que nous étudions a fini par y être intégré comme quartier. Cette situation a créé de nombreux bouleversements à la fois dans la forme du qsar que dans sa vie quotidienne. / This thesis treats the architecture of a traditional village in the southern pre-Sahara in Morocco, with the aim to understand the origins and development of traditional architecture in this region in its cultural and historical context. The village chosen here as representative example is the ksar of Asrir do Ilemchane in the Drâa Valley. This settlement is a highly specific example of fortified agglomeration of living houses with central light shafts.Beyond a general designation as "Berber architecture", this study aimed to understand the enigma of its origin through a detailed and comprehensive analysis of the village architecture. To this end, we tried to distinguish the individual contributions of its dwellers, divided into two main groups: the Draoua or Haratins - the original inhabitants of the village who are farmers-gardeners in the oasis - and the semi-nomadic Ayt Atta Berbers, who practice nomadic grazing in the near the Jbel Saghro mountains and settled more recently as protectors of the sedentary group.Following a presentation of the valley’s natural and historical context and of its composite population, our research approach is based on a detailed architectural documentation in plans and drawings of about thirty houses; participant observation; and a series of interviews with dwellers - including some elders.We study how these houses were built from mud, adobe and rammed-earth, according to the specific expertise of the Haratin builders. This type of housing is put in perspective with the related lifestyle and social organization of the population, both in correlation with palm farming and the irrigation system.This analysis of architecture has allowed to construct hypotheses concerning the spatial development of the village and its protective walls over centuries, and about the recent extension of the village beyond these outer walls. We were thus able to achieve to a first conclusion: although the original concept of a “fortified house-granary”is of Draoua origin, it was later modified and enriched by the Berbers.Lastly, we will discuss how this housing was transformed in tension between tradition and modernity. These transformations are marked by the use of different building techniques and materials, and by the major changes of the local, national and global environment - all the more so since the nearest town, Zagora, expanded up to this particular ksar and eventually absorbed it as a town quarter. This situation created many disruptions in both the ksar form and its daily life.

Les impacts de la construction sur l'environnement et sur la santé des habitants sont aujourd'hui des enjeux prioritaires. Les matériaux en terre crue connaissent un essor important pour de nombreuses raisons (écologique, économique, etc.), mais des questions se posent sur leur sensibilité à la prolifération des moisissures vis-à-vis de la qualité de l'air intérieur. Au cours de ces travaux, les flores bactériennes et fongiques présentes sur des supports en terre crue, biosourcés ou non, au sein d'habitations, ainsi que dans les matières premières, ont été caractérisées selon des méthodes par culture et par métabarcoding. Les champignons détectés sont similaires à ceux présents dans les habitations conventionnelles. L'ajout de fibres végétales ne modifie pas la structure des communautés fongiques mais rend le matériau plus sensible à la prolifération. Celle-ci n'intervient qu'en condition d'accident hydrique. Des approches de lutte biologique à partir de bactéries ont été initiées pour inhiber la prolifération fongique sur ces matériaux. / Impacts of building on environment and on health of inhabitants are nowadays priority issues. The interest for earthen materials is increasing for many reasons (ecological, economical, etc.), but some questions are raised about their fungal proliferation sensitivity considering the quality of indoor air. This work consists in characterizing by cultural and metabarcoding methods the fungal and bacterial communities on the surface of earthen building materials, biobased or not, and raw materials. Detected fungi are related to those which are identified in conventional buildings. The addition of vegetal fibers don't modify the fungal communities structure, but make the material more favorable for proliferation. The fungal development appears only under water damage condition. Biocontrol methods with bacteria have been initiated in order to inhibit the fungal proliferation on these materials.

Les techniques de l'éco-construction répondent au besoin de réduire l'empreinte environnementale du secteur de la construction grâce à l'utilisation de ressources de proximité (filières courtes), sans transformation énergivore et grâce à la capacité de régulation thermo-hydrique des parois. La terre crue seule ou associée à de la paille fait office de symbole. Mais ses caractéristiques variables selon son origine, le long temps de séchage, et de faibles résistances mécaniques sont des freins à son utilisation. L'association de la terre avec des adjuvants biosourcés, tel que l'amidon déjà utilisé dans la fabrication de plaque de plâtre, représente une voie intéressante d'amélioration des performances. La thèse a pour objectif d'étudier l'influence de l'amidon sur le comportement physico-mécanique de la terre seule ou mélangée à de la paille. L'application envisagée des formules est la préfabrication de produits de construction non-porteurs. Les formulations incluent des fines argilo-calcaires (FAC), de la chènevotte ou des anas de lin, et différents amidons. La première partie de la thèse porte sur les mélanges terre-amidon. Des essais au viscosimètre ont défini le comportement rhéologique des mélanges de type Bingham modifié et ont montré une augmentation de la thixotropie. A l'état durci, les résistances mécaniques ont été meilleures avec l'amidon. La deuxième partie porte sur des mélanges terre-paille-amidon. L'amidon améliore l'ouvrabilité et les résistances mécaniques mesurées selon différentes conditions de stockage. A l'échelle d'un carreau, les performances mécaniques, thermiques, et acoustiques de certaines formules sont comparables à celles de carreaux de plâtre. / The eco-construction responds to the need to reduce the environmental footprint in the sector of construction through the use of proximity resources (e.g. earth, straw, etc.), without energy-intensive transformation and through the thermohydric regulation capacity of walls. Raw earth alone or in association with straw is a symbol. But variable characteristics according to its origin, a long drying time and low mechanical strengths are brakes to its use. Earth material in association with biosourced admixtures such as starch, already used in the manufacturing of plasterboard, represents an interesting way to improve its performances.The thesis aims to study the influence of starch on the physico-mechanical behavior of the earth alone or with straw. The intended application of the study is the prefabrication of non-load-bearing construction products. The designed mixes include quarry fines (QF), hemp or flax straw and various starches.The first part of this work deals with earth-starch mixes. Viscometer tests were defined modified Bingham as the rheological behavior of mixes and showed an increase in thixotropy. In hardened state, the mechanical strengths are better with starch.The second part deals with earth-straw-starch mixes. Starch improves the workability and the mechanical strengths measured under different storage conditions. At the scale of a block, the mechanical, thermal and acoustic performances of some mixes are comparable to those of plaster blocks.

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.