L'Agence nationale de la recherche Des projets pour la science

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Villes et Bâtiments Durables (VBD)
Edition 2012


PRIMATERRE


Rénover et bâtir durable : l’enjeu des matériaux premiers

Rénover et bâtir durable avec les matériaux premiers (maçonneries de terre crue et pierre). La terre étant vue comme un matériau multiphysique.
Les contructions à base de matériaux premiers (terre crue, pierre) sont plusieurs millions en Europe, dont la plupart doivent être rénovées, soit pour des questions de maintenance ou de simple mise aux normes modernes. Le developpement/rénovation de ce type de construction se heurte à des verrous scientifiques (matériau multiphysique de comportement complexe) et à des verrous sociétaux (patrimoine non industriel, non reconnu institutionnelement) que le projet propose de lever.

Enjeu: construire en matériaux premiers en cohérence avec les concepts du développement durable. Objectif lever les verrous scientifiques et sociétaux
Il n’existe pas aujourd’hui de guide de recommandation pour la mise en œuvre des matériaux premiers, ni de moyens de mesure et de garantie de performance reconnus. Ce manque conduit classiquement à appliquer des méthodes de rénovation et de construction non adaptées et/ou à préférer d’autre matériaux de constructions, écologiquement moins performants, mais bénéficiant de procédure de tests normalisés.
Ainsi, les objectifs du projet sont de proposer des moyens de mesure et de garantie des performances hygrothermique, mécanique et sismique des matériaux premiers, ainsi que d’assurer leur diffusion et développement à la lumière d’une analyse des conditions institutionnelles. Afin d'atteindre ces objectifs, une vision globale, multi-échelles et multidisciplinaire (matériaux, énergétique et sociologie de l’innovation, laboratoire et in situ, expérimentateur et modélisateur) est proposée.
A l’échelle du matériau, la terre à pisé, les mortiers de terre et enduits terre non stabilisés seront étudiés. L’ajout de particules (respectivement fibres) végétales, est étudié ici pour leurs bonnes performances hygrothermiques (respectivement mécanique) ; il se pourrait que dans certains cas il soit pertinent d’utiliser ces matériaux en rénovation ou pour le bâti neuf.
Au niveau institutionnel, le but de faire entrer, dès la mise en place du programme de recherche, et tout au long de sa conduite, les contraintes liées à la structuration du secteur de la construction et à la place occupée, en son sein, par les acteurs historiquement investis dans les constructions en matériaux premiers.
Au final, le projet PRIMATERRE permettra la mise au point de guides de recommandation et modules pédagogiques à la fois optimum sur le plan scientifique, mais également réalistes au regard des conditions économiques et politiques du secteur de la construction en France et en Europe.

Modélisation physico-mécanique et expérimentation pour décrire les paramètres clés du comportement thermo-hygro-hydro-mécanique des matériaux argileux
La première phase du projet consiste à définir les données, les matériaux et les informations de référence qui seront utilisés par la suite pour l’ensemble des développements du projet. Elle a comme point de départ une étude de l’existant et une analyse des attentes institutionnelles et professionnelles.
La seconde phase s’intéresse à la quantification des processus hygrothermiques et hygromécanique. Elle est basée une étude expérimentale suivant deux échelles (échantillon et muret) interprétées à la lumière de modélisations thermodynamiques et mécaniques couplées. Des codes de calculs dédiés seront alors utilisés afin de vérifier l’aptitude des modèles développés à reproduire les résultats expérimentaux et de quantifier l’intérêt de la prise en compte de l’ensemble des couplages. Au final, l’instrumentation des sites pilotes nous permettra de vérifier l'applicabilité de ces modèles et la mesurabilité des paramètres identifiés. En parallèle, le comportement parasismique est étudié par le bais d’une vaste campagne d’expérimentation à l’échelle 1:1 sur des constructions pilotes instrumentées (comportement à court et moyen termes), et sur des bâtiments anciens en France dans des zones à sismicité moyenne. Sur la base de ces données de terrain, différents scénarios de chargement seront étudiés numériquement pour observer la valeur maximale de la sollicitation sismique supportable par la structure et les modes de rupture principaux (en plan, hors plan). De plus, des méthodes simplifiées, basées sur le développement de modèles discrets équivalents, seront mises au point en vue d’une évaluation rapide et efficace des performances mécaniques des structures.
Enfin, la dernière phase du projet consiste à « traduire » les résultats scientifiques ainsi obtenus afin de les rendre utilisables dans le cadre de modules pédagogiques, en bureau d’étude et/ou sur chantier.

Résultats

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Perspectives

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Productions scientifiques et brevets

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Partenaires

FiliaTerre FiliaTerre

LTDS-ECL Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes

Laboratoire public

EVS-RIVES Laboratoire Environnement Ville Société

LOCIE Laboratoire Optimisation de la Conception et Ingénierie de l’Environnement

Aide de l'ANR 790 000 euros
Début et durée du projet scientifique mars 2013 - 42 mois

Résumé de soumission

Les matériaux premiers sont les matériaux naturels non transformés (terre crue, pierres…) que l’on trouve sur les sites de construction ou à proximité. L’utilisation de ces matériaux premiers est caractéristique de la majorité des quelques millions de logements construits en France avant 1948 et s’avère aujourd’hui particulièrement pertinente dans la nécessaire démarche de bâtir durable. Ces matériaux ne sont pas transformés industriellement et donc porteurs d’une énergie grise proche de zéro. Cependant, il n’existe pas aujourd’hui de guide de recommandation pour leur mise en œuvre, reconnu par les professionnels, ni de moyens de mesure et de garantie de performance, reconnus par les scientifiques. Ce manque conduit classiquement à appliquer des méthodes de rénovation et de construction non adaptées et/ou à préférer d’autre matériaux de constructions, écologiquement moins performants, mais bénéficiant de procédure de tests normalisés. Au mieux les entreprises se basent sur leurs connaissances empiriques de ces constructions.

Ainsi, l’enjeu de cette proposition est d’étudier les moyens de mesure et de garantie des performances hygrothermiques, mécaniques et sismiques des matériaux premiers et d’envisager les conditions de leur diffusion et développement à la lumière d’une analyse des configurations économiques et institutionnelles.

Afin d’atteindre l’objectif du projet, une vision globale, multi-échelles et multidisciplinaire (matériaux, énergétique et sociologie de l’innovation, laboratoire et in situ, expérimentateur et modélisateur) est proposée. Cette approche est rendue possible par les différents corps de métier représentés (chercheurs, ingénieurs, architectes, techniciens, entreprises et artisans).
Elle sera validée sur les constructions en pisé (couches de terre compactés successivement) et en limousinerie (complexes mortier de terre – pierre), qui sont représentatives du bâti ancien (avant 1948). A l’échelle du matériau, la terre à pisé, les mortiers de terres et enduit terre avec ou sans ajouts de particules ou fibres végétales seront étudiés. L’ajout de particules (respectivement fibres) végétales, est étudié ici pour leurs bonnes performances hygrothermiques (respectivement mécanique) ; il se pourrait que dans certains cas il soit pertinent d’utiliser ces matériaux en rénovation ou neuf.

Au niveau institutionnel, ce projet envisage de faire entrer, dès la mise en place du programme de recherche, et tout au long de sa conduite, les contraintes liées à la structuration du secteur de la construction et à la place occupée, en son sein, par les acteurs historiquement investis dans les constructions en matériaux premiers.

Au niveau technique, le but est d’identifier par le biais de modélisations physico-mécanique et d’expérimentations à plusieurs échelles (laboratoire, sur site), les paramètres clés nécessaires à la description du comportement thermo-hygro-hydro-mécanique des matériaux argileux, des murs et des bâtis (comportement sismique). Ces paramètres devront être mesurables sur site et intégrables dans les codes de calculs dédiés.
Au final, le projet PRIMATERRE permettra la mise au point de guides de recommandation et modules pédagogiques à la fois optimum sur le plan scientifique, mais également réalistes au regard des conditions économiques et politiques du secteur de la construction en France et en Europe.

 

Programme ANR : Villes et Bâtiments Durables (VBD) 2012

Référence projet : ANR-12-VBDU-0001

Coordinateur du projet :
Jean Claude MOREL (Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes)

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.