BTONLIN et CobBauge,

2 programmes de développement de matériaux biosourcés pour la construction

Le secteur de la construction connaît actuellement d’importantes évolutions, de la conception à la réalisation, liées aux contraintes et aux défis de la construction durable. Par conséquent, les industriels ainsi que les laboratoires du bâtiment se doivent de répondre à ces besoins.

Dans ce cadre, le laboratoire de Recherche de l’ESITC Caen concentre ses activités de recherche sur le développement de matériaux de construction innovants au travers de deux projets : BTONLIN et CobBauge. Tout en assurant les propriétés techniques, ces projets de recherche appliquée visent à diminuer l’impact environnemental des matériaux et à réduire la consommation de ressources naturelles périssables, notamment au travers de l’utilisation de matières premières biosourcées.

Projet BTONLIN

Contexte et Objectifs

Le projet BTONLIN s’inscrit dans un contexte de développement et de construction durables où les réponses à donner doivent être innovantes, pérennes et locales. BTONLIN est un projet qui a été soutenu par l’Europe et la Région Basse-Normandie pour mener à bien des travaux de recherche appliquée. Le consortium 100% normand était composé de plusieurs acteurs dont l’entreprise CMEG, le groupe Depestele et les laboratoires ESITC Caen et CRISMAT-ENSICAEN. Le but de ce projet est de développer un nouveau matériau biosourcé pour des procédés de construction préfabriquée. Il s’agit d’un béton biosourcé incorporant des fibres de lin (composite ciment-lin CCL) en substitution de fibres de verre ou d’origine pétrochimique et répondant aux règlementations à venir.

Partenaires du projet BTONLIN

Ce projet est articulé sur 2 phases avant un prototypage :

Phase 1 du projet

Lors de cette première phase, les travaux scientifiques réalisés ont permis de caractériser/sélectionner le lin le plus adapté à l’application béton et de valider la faisabilité technique de la substitution des fibres classiques par des fibres de lin.

Le lin : du champ au matériau de construction

Les résultats scientifiques et techniques escomptés lors de cette première phase sont :

une meilleure conception et mise en œuvre du composite ciment-lin par l’amélioration de la qualité de l’interface fibre/matrice et la mise au point d’un traitement spécifique des fibres de lin,
une meilleure connaissance du comportement du composite ciment-lin à plusieurs échelles et le contrôle du vieillissement et de la dégradation des fibres au sein de la matrice cimentaire,
la compréhension de l’effet des fibres sur la rhéologie du mélange et la cinétique de prise du liant,
le développement de l’expertise des matériaux bétons incorporant des fibres de lin et des matériaux biosourcés en général.

Phase 2 du projet

Cette deuxième et dernière phase du projet BTONLIN avait pour objectif de valider et démontrer des solutions innovantes, pérennes et locales pour répondre à des préoccupations économiques, environnementales et réglementaires. Dans BTONLIN Phase 2, les matériaux développés en Phase 1 ont été étudiés et caractérisés à maturité et sur le long terme, notamment par le biais de vieillissements accélérés, et réalisés à plus grande échelle. Plus précisément, cette 2^ème phase du projet a permis :

l’adaptation en termes de formulation et de mise en œuvre des bétons incorporant des fibres de lin de façon industrielle sur la base des résultats obtenus en laboratoire par la réalisation de plusieurs démonstrateurs (prototypes),
l’étude de la durabilité et du comportement à long terme du composite ciment-lin (CCL),
la réalisation d’une Analyse du Cycle de Vie (ACV) pour évaluer les impacts environnementaux du composite ciment-lin en comparaison avec un composite ciment-verre et du béton avec et sans lin afin de quantifier les bénéfices environnementaux.

Prototypage

A la fin du projet BTONLIN, un prototype a été réalisé à l’usine de CMEG à partir d’une formule de composite ciment-lin (CCL) mise au point au laboratoire de l’ESITC Caen, mettant en évidence le potentiel prometteur du matériau à plus grande échelle.

Les résultats à l’issue de ce projet sont prometteurs et ont permis de répondre à plusieurs interrogations sur les composites cimentaires incorporant des fibres végétales. D’autres verrous scientifiques et technologiques ont été également levés et les investigations continuent pour tenter d’y répondre.

Ces avancées permettront de confirmer l’avantage technique et écologique de ces matériaux et d’accélérer leur adoption et leur application sur le marché.

Construction en terre : Projet CobBauge

Le projet CobBauge est un projet européen dans le cadre du Programme de coopération transfrontalière INTERREG V A France (Manche) / Angleterre cofinancé par le FEDER. Les partenaires de ce projet sont l’ESITC Caen, l’université de Caen, l’université de Plymouth, le Parc naturel régional des Marais du Cotentin et du Bessin, l’association Earth Building in United Kingdom and Ireland et le cabinet Hudson Architects.

Partenaires du projet CobBauge

La bauge

La bauge est un mélange de terre dans un état plastique et de fibres végétales ou animales. Ce type de construction est une technique ancienne répandue dans l’ouest de la France (Normandie, Bretagne) et dans le sud de l’Angleterre (Devon). Cette technique de construction traditionnelle a été délaissée au cours du 20ème siècle avec les conflits mondiaux et l’essor de la construction en béton. La préservation de ce patrimoine a permis de retrouver et conserver ce savoir-faire.

Maison en bauge traditionnelle (Crédits : PnrMCB)

Face aux enjeux du réchauffement climatique et à la nécessité de réduire l’empreinte carbone du bâtiment, ce matériau naturel semble être une des solutions de par la non-utilisation de liant hydraulique, de par l’utilisation de ressources locales et renouvelables et de par la possibilité de recyclage à l’infini du matériau. Cependant, malgré ses qualités permettant un confort thermique et une régulation de l’humidité intérieure, ce matériau ne permet pas de répondre favorablement à la réglementation thermique française.

Objectif du projet

Le projet CobBauge a pour objectif de développer une technologie bas carbone innovante à base de bauge de nature porteuse et isolante. Pour cela, des études de formulations permettant de déterminer les mélanges terre/fibre optimaux ainsi que de définir le procédé constructif ont été effectuées. Deux bâtiments pilotes sont en cours de construction afin de valider les performances observées au laboratoire et d’optimiser le procédé constructif.

Afin de développer ce type de construction, un réseau d’acteurs professionnels des deux côtés de la manche a été constitué afin d’établir quantitativement et qualitativement la demande. Des outils de formations vont être mis en place afin d’organiser des sessions de formation pour les professionnels. A travers ces activités de communication et cette extension du réseau, la construction d’au moins 1500 maisons utilisant le procédé CobBauge est espérée dans les 10 prochaines années.

Matériau et procédé constructif

12 différents sols de Normandie et d’Angleterre ainsi que 6 types de fibres naturelles (paille de blé, paille de lin, paille de chanvre, chènevotte, anas de lin, roseau) ont été choisis de par leur proximité avec des chantiers en bauge et de par leur diversité. Les caractéristiques géotechniques des sols telles que la granulométrie ou l’argilosité ainsi que les caractéristiques des fibres telles que l’absorption d’eau et la résistance à la traction ont été déterminées.

Pour choisir les mélanges et répondre aux objectifs du projet, le procédé constructif a consisté en un mur constitué d’une partie porteuse et d’une partie isolante. La partie porteuse est un mélange de bauge traditionnelle avec une proportion de fibres entre 2,5 et 5%. Enfin, la partie isolante est un mélange de « terre allégée » avec une proportion de fibres entre 25 et 50%.

Mur CobBauge (Crédits : Université de Plymouth)

Afin de déterminer des mélanges optimaux, un plan d’expérience a été mis en place. Les 20 formulations étudiées (12 porteuses et 8 isolantes) ont permis de déterminer 4 formulations optimales (2 porteuses et 2 isolantes). Ces formulations permettront de réaliser un bâtiment R+1 satisfaisant la RT2012.

Bâtiments pilotes : du laboratoire au chantier

2 bâtiments pilotes sont en cours de construction afin d’évaluer le comportement réel d’un bâtiment utilisant ce mélange terre/fibre. Cela doit permettre de comprendre aussi bien le comportement en place des matériaux ainsi que l’architecture de ce type de construction afin de satisfaire les différentes normes en vigueur dans le secteur du bâtiment.

Un suivi en temps réel des caractéristiques des parois du bâtiment et de l’environnement extérieur et intérieur va être effectué. Pour cela, des capteurs (thermiques, hydriques, etc.) vont être plongés dans les murs à différents endroits. Une station météo est déjà installée sur le site et une station de qualité d’air intérieur sera placée à la fin de la construction.

Démarche scientifique du suivi

Dans un premier temps, les travaux porteront sur l’étude de la cinétique de séchage dans les deux couches (porteuse et isolante) et de l’éventuel impact de l’épaisseur des parois, de l’orientation et de l’exposition au soleil et au vent. Entre temps, les phénomènes de tassement et de retrait qui auront lieu pendant cette phase seront aussi investigués.

Dans un deuxième temps et pendant l’exploitation du bâtiment, les recherches vont se poursuivre et porteront sur l’étude des phénomènes de transferts de chaleur et d’humidité dans chacune des parois du prototype, leurs cinétiques ainsi que le sens de ces transferts (de l’intérieur vers l’extérieur et vice-versa) seront étudiés. Les variables à prendre en compte seront les cycles jour-nuit, les saisons, l’orientation et l’exposition au soleil et au vent.

Dans un troisième temps, des travaux portant sur le confort et la santé des occupants seront entrepris. Ainsi différentes études seront menées, à la fois qualitatives et quantitatives. Elles concerneront notamment les composés organiques volatils (COV), le CO₂, la température radiante moyenne et l’humidité dans le volume du prototype.

Un article signé Fouzia KHADRAOUI^a, Malo LE GUERN^a, Karim TOUATI^a, Mohamed BOUTOUIL^a

^a Ecole Supérieure d’Ingénieurs des Travaux de la Construction de Caen (ESITC-Caen), 1, rue Pierre et Marie Curie, 14610 Epron, France

Publié par Fouzia Khadraoui-Mehir

[Dossier Biosourcés #16] BTONLIN et CobBauge, 2 programmes de développement de matériaux biosourcés pour la construction

BTONLIN et CobBauge,

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