Etude des caractéristiques d'un porogène d'origine biosourcée et mécanismes mis en oeuvre pour l'obtention d'une brique de construction micro-poreuse à haute performance thermique et mécanique

par Cécile Bories

Thèse de doctorat en Sciences des Agroressources

Sous la direction de Gérard Vilarem et de Emeline Vedrenne.

Soutenue le 29-01-2015

à Toulouse, INPT , dans le cadre de École Doctorale Sciences de la Matière (Toulouse) , en partenariat avec Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (Toulouse) (laboratoire) .


  • Résumé

    L’objectif de ces travaux consiste à développer de nouvelles briques de terre cuite à base d’agents porogènes biosourcés dans le but d’obtenir des matériaux à haute performance thermique. Les matières premières, argile et biomasse, ont d’abord été caractérisées de manière individuelle. L’utilisation de co-produits agricoles (paille de blé, tourteau de tournesol et farine de noyaux d’olive) en tant qu’agents porogènes pour l’obtention de briques de terre cuite porosées a ensuite été étudiée. L’intérêt d’ajouter des éléments biosourcés entraînant une augmentation de la porosité, une augmentation de la résistance thermique malgré une diminution des propriétés mécaniques a alors été démontré. Toutefois, des problèmes de plasticité causant des soucis de mise en forme au niveau des échantillons ont été identifiés. Après avoir optimisé le taux de sable, l’impact de la granulométrie des matières végétales ainsi que leur taux d’incorporation ont été évalués. Une porosité maximale de 34,4 %, constituée de macropores, a été obtenue dans les conditions expérimentales optimales conduisant à une conductivité thermique de 0,45 W/m.K, soit une diminution de 15 % par rapport à un échantillon de référence sans matière végétale. Afin de continuer à améliorer les propriétés du matériau argileux obtenu, il a ensuite été envisagé de créer une microporosité en modifiant chimiquement les matières végétales qui seraient ensuite dégradées lors de la cuisson. Pour cela, les matières végétales ont été modifiées soit par imprégnation directe de carbonates soit par greffage de nouvelles fonctions carbonates ou esters. Les matières ainsi modifiées ont ensuite été incorporées dans les formulation de terre cuite et les propriétés des matériaux obtenus ont été mesurées (physiques, mécanique et thermique). Enfin, l’impact environnemental potentiel des échantillons contenant des additifs modifiés a été étudié à travers une Analyse de Cycle de Vie. Les différents scénarios, simples (avec un seul agent porogène) ou combinés (avec un agent végétal et un agent de synthèse) ont été comparés avec la méthode ReCiPe. Les étapes présentant les impacts les plus importants ont été mises en exergue. Il a également été démontré que le choix de l’unité fonctionnelle pouvait modifier radicalement les conclusions de l’étude.

  • Titre traduit

    Study of the characteristics of a biosourced porous material and mechanisms used to obtain a micro porous building brick with high thermal and mechanical properties


  • Résumé

    The objective of this work is to develop new clay bricks with biobased pore-forming agents in order to obtain materials with high thermal performance. The raw materials, clay and biomass, were first characterized individually. The use of agricultural by-products (wheat straw, sunflower seed cake and olive stone flour) as pore-forming agents for the production of porous clay bricks was then studied. The benefits of the addition of biobased components that increase the porosity and the thermal resistance was demonstrated even if it results in a decrease of mechanical properties. However, problems of plasticity causing trouble during the extrusion of samples were identified. After optimizing the sand rate, the impact of the particle size of the biomass and the rate of incorporation were assessed. A maximum porosity of 34.4%, made up of macropores was obtained under optimal experimental conditions, leading to a thermal conductivity of 0.45 W/m.K, representing a decrease of 15 % compared to the reference brick without additive. In order to improve the properties of the resulting material, it was considered to create microporosity, thanks to the chemical modification of the vegetable materials that will be degraded during the firing process. For this, the agricultural by-products were modified either by direct impregnation of carbonates or by grafting of new chemical moieties (carbonate or ester). These modified matters were then incorporated into the clay formulation and the properties of the obtained bricks were measured (physical, mechanical and thermal ones). Finally, the potential environmental impact of the modified samples containing additives was studied through a Life Cycle Assessment. Different scenarios, simple (with one pore-forming agent) or combined (with a crude vegetable agent and a synthesized one) were compared with the ReCiPe method. The steps from the process with the most significant impacts were highlighted. It was also shown that the choice of the functional unit could radically alter the conclusions of the study.


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