Comportement hygro-thermo-mécanique de matériaux structuraux pour la construction associant des fibres de kénaf à des terres argileuses

Hygro-thermo-mechanical behavior of structural materials for the construction associating kenaff fibers with clayed lands

• Auteur / Autrice : Babatounde Laibi
• Direction : Moussa Gomina
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 21/12/2017
• Etablissement(s) : Normandie en cotutelle avec Université d'Abomey-Calavi (Bénin)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (Caen ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Valentin Wotto
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Moussa Gomina, Valentin Wotto, Sofiane Amziane, Jonas Andji-Yapi Yao, Ali Nordine Leklou, Philippe Poullain, Dominique Codjo Koko Sohounhloue, Joël Bréard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valentin Wotto, Sofiane Amziane, Jonas Andji-Yapi Yao

Mots clés

Mots clés contrôlés

Kénaf

Construction durable

Fibres végétales

Mots clés libres

Bloc de terre comprimée

Comportements mécanique

Sollicitation hygrothermiques

Isolation

Compressed earth block

Kenaf

Plant fibers

Mechanical behavior,

Hygrothermal

Solicitation

Résumé

Les briques de terre compressée (BTC) à la façon traditionnelle au Bénin présentent de piètres propriétés mécaniques, ce qui explique que les populations recourent aux parpaings de ciment relativement trop couteux et dont l’emploi affecte fortement les ressources en eau et en énergie. Ce travail propose des pistes d’amélioration des BTC pour l’écoconstruction par l’ajout de fibres végétales à des sols usités localement pour la construction. Cette stratégie permet de valoriser les matières premières minérales et végétales dans un domaine d’activités qui concerne une grande partie de la population. Dans un premier temps, un sol a été choisi d’après sa composition chimique, ses propriétés physiques, mécaniques et technologiques. Le choix de la fibre de kénaf pour le renforcement de la matrice minérale se justifie par ses excellentes propriétés mécaniques spécifiques et sa disponibilité à très faible coût. Les effets des fibres sur le comportement du sol au jeune âge, puis sur les comportements mécanique et hygrothermique des matériaux consolidés sous 5 MPa (pression applicable avec les équipements facilement disponibles au Bénin), ont été étudiés pour trois taux massiques de fibres (0,5%; 1% et 1,5% relativement au sol) dans différentes longueurs (5, 10, 20 et 30 mm). Les résultats indiquent une nette amélioration du comportement mécanique des BTC renforcés par le kénaf en termes des résistances à la flexion et à la compression, et de la résistance à la rupture catastrophique (comportement pseudo ductile). Les résultats les plus élevés sont obtenus pour une teneur de 0,5% de fibres de longueur 30 mm. L’ajout de ciment seul au sol fibré (taux de 3, 5 et 7%) ou de ciment associé au laitier de haut fourneau (taux de 3-5% et 5-10%, respectivement) permet en sus d’améliorer de façon importante la résistance à la prise d’eau. Les meilleurs résultats sont obtenus avec 5% de ciment et 10% de laitier de haut fourneau. Les mesures réalisées en chambre biclimatique ont permis de caractériser les matériaux comme paroi séparatrice, en étudiant les transferts de chaleur et de vapeur d’eau. Les résultats mettent en évidence l’effet significatif de l’ajout d’un liant au BTC : L’ajout d’un liant diminue le déphasage et augmente l’atténuation du matériau. Les meilleurs résultats de comportement hygrothermique sont obtenus pour le sol fibré.Cette étude démontre qu’il est possible de produire au Bénin, à partir de matières premières locales et avec des équipements peu onéreux, des éco-matériaux aux propriétés mécaniques et hygrothermiques satisfaisantes pour la construction d’habitat de type R+1.

Traditional Compressed Earth Blocks (CEB) in the Republic of Benin have poor mechanical properties, this justifies why people rely on relatively expensive cement blocks; the use of which greatly affects resources such as water and energy. In this work we have proposed ways to enhance CEB properties for eco-construction by adding plant fibers to locally used construction's soils. This strategy makes it possible to value mineral and vegetable raw materials in a field of an activity that is common to a large part of the population. At first, a soil was chosen according to its chemical composition, its physical, mechanical and technological properties. The choice of kenaf fiber for the reinforcement of the mineral matrix isjustified by its excellent specific mechanical properties and its availability at very low cost. The effects of fibers on soil behavior at young age and on the mechanical and hygrothermal behavior of consolidated materials under 5 MPa (pressure applicable with equipment readily available in Benin) were studied for three mass content of fibers relatively to the soil (0.5% 1% and 1.5%) and different lengths (5, 10, 20 and 30 mm). The results indicated a remarkable improvement in the mechanical behavior of kenaf-reinforced CEBs in terms of flexural and compressive strengths and tolerance to damage. The highest results were obtained with 0.5% of fibers 30 mm long. The addition of a binder (3, 5 and 7% of cement) or (3-5% and 5-10% of cement and blast furnace slag mix) allowed an important reduction in water uptake. The best mechanical results were obtained for a biocomposite made up with BAK soil, 0.5% of flax fibers 30 mm long and a mix of 5% cement and 10% blast furnace slag. Measurements carried out in a biclimatic chamber made it possible to characterize the hydric and thermal behavior of the soil-based materials. The addition of a binder decreases the phase shift and increases the attenuation of the material. These different results show that it is possible to produce in Benin with the available equipment, CEB with mechanical and hygrothermal properties sufficient enought for the construction of type R + 1 habitat.