Synthèse des connaissances sur les bétons et mortiers ?· Synthèse des connaissances sur les bétons…

  • Published on
    10-Sep-2018

  • View
    212

  • Download
    0

Transcript

Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre Novembre 2008 Les premiers ouvrages en btons et mortiers ont t raliss il y a plus de 20 ans en France. Depuis ces dbuts de nombreux travaux de recherche ont t mens afin de mieux comprendre le fonctionnement de ces matriaux et den valuer prcisment les performances. Lobjet de ce document est de faire un tat et une analyse des connaissances scientifiques, conomiques, environnementales et sanitaires concernant ce matriau moderne. Cette analyse devra permettre didentifier des pistes de progrs et dorienter les futurs programmes de recherche. Rdacteur : Yves HUSTACHE Expert scientifique : Laurent ARNAUD Sommaire 1 Prface ............................................................................................................................................. 8 2 Introduction ................................................................................................................................... 10 3 Le chanvre : techniques culturales et premire transformation .................................................. 11 4 Caractristiques des matires premires ...................................................................................... 13 4.1 Le granulat chanvre ............................................................................................................... 13 4.1.1 Dfinition ....................................................................................................................... 13 4.1.2 Caractristiques chimiques ........................................................................................... 14 4.1.3 Caractristiques morphologiques ................................................................................. 15 4.1.4 Rapport fibres/chnevotte et interface ........................................................................ 19 4.1.5 Masse volumique du granulat chanvre ......................................................................... 19 4.1.6 Caractristiques mcaniques ........................................................................................ 20 4.1.7 Caractristiques thermiques ......................................................................................... 20 4.1.8 Autres vgtaux ............................................................................................................. 21 4.2 Les liants ................................................................................................................................ 22 4.2.1 Dfinitions ..................................................................................................................... 22 4.2.2 Caractristiques minralogiques ................................................................................... 22 4.2.3 Caractristiques physiques et normalisation ................................................................ 23 4.2.4 Formulation ................................................................................................................... 23 4.2.5 Autres types de liants .................................................................................................... 24 4.3 Les interactions ..................................................................................................................... 24 4.3.1 Interactions liant-eau : prise du liant ............................................................................ 24 4.3.2 Interactions granulat chanvre-eau ................................................................................ 25 4.3.3 Interaction granulat chanvre - liant ............................................................................... 27 4.3.4 Interactions granulat chanvre-liant-eau ........................................................................ 27 4.4 Influence des conditions externes ......................................................................................... 27 5 Les btons et mortiers de chanvre ................................................................................................ 28 5.1 Dfinition ............................................................................................................................... 28 5.2 Microstructure ....................................................................................................................... 28 5.3 Masse volumique .................................................................................................................. 33 5.3.1 Masse volumique apparente ......................................................................................... 33 5.3.2 Concentration volumique et composition massique : .................................................. 34 Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 3 5.4 Proprits hydriques ............................................................................................................. 35 5.4.1 Comportement hydrique du bton de chanvre lors du schage : ................................ 36 5.4.2 Comportement hydrique du bton de chanvre aprs schage. ................................... 37 5.5 Proprits hygrothermiques ................................................................................................. 42 5.5.1 Conductivit thermique................................................................................................. 42 5.5.2 Capacit thermique ....................................................................................................... 50 5.5.3 Diffusivit thermique ..................................................................................................... 51 5.5.4 Effusivit thermique ...................................................................................................... 52 5.5.5 Modlisation du comportement hygrothermique dune paroi en bton de chanvre .. 52 5.6 Proprits mcaniques .......................................................................................................... 53 5.6.1 Comportement en compression.................................................................................... 53 5.6.2 Comportement en flexion ............................................................................................. 54 5.6.3 Comportement en traction ........................................................................................... 55 5.6.4 Paramtres dinfluence ................................................................................................. 55 5.6.5 Tableaux rcapitulatifs .................................................................................................. 60 5.7 Permabilit lair ................................................................................................................ 72 5.8 Variations dimensionnelles ................................................................................................... 72 5.8.1 Variations dimensionnelles lors du schage et de lhydratation .................................. 72 5.8.2 Variation dimensionnel en cours du cycle dhumidification schage matriaux .......... 72 5.9 Proprits acoustiques .......................................................................................................... 73 5.10 Tenue larrachement des enduits chanvre ......................................................................... 74 5.11 Durabilit ............................................................................................................................... 75 5.12 Tenue au feu .......................................................................................................................... 76 6 Mise en uvre et systme constructif .......................................................................................... 78 6.1 Manuelle ................................................................................................................................ 78 6.2 Mcanique ............................................................................................................................. 78 6.3 Prfabrication ........................................................................................................................ 78 7 Performances des ouvrages en bton de chanvre ....................................................................... 80 7.1 Performances mcaniques .................................................................................................... 80 7.1.1 Essais de contreventement ........................................................................................... 80 7.2 Performance acoustique ....................................................................................................... 80 7.3 Performances hygrothermiques ............................................................................................ 81 7.4 Performance nergtique ..................................................................................................... 88 7.5 Permabilit lair des ouvrages en bton de chanvre ........................................................ 88 Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 4 8 Etudes environnementales et sanitaires ....................................................................................... 89 8.1 Etudes environnementales .................................................................................................... 89 8.2 Etudes sanitaires ................................................................................................................... 90 9 Etudes socio-conomiques ............................................................................................................ 92 9.1 Organisation de la filire ....................................................................................................... 92 9.2 Environnement march ......................................................................................................... 92 10 Etudes et programmes de recherche en cours ......................................................................... 94 11 Orientation des travaux de recherche ...................................................................................... 96 11.1 Agriculture et premire transformation ............................................................................... 96 11.2 Caractristiques des matires premires .............................................................................. 97 11.3 Caractristiques des btons de chanvre et performances dans louvrage ........................... 98 11.3.1 Proprits mcaniques .................................................................................................. 98 11.3.2 Proprits hygrothermiques ......................................................................................... 98 11.3.3 Proprits acoustiques .................................................................................................. 99 11.3.4 Durabilit ....................................................................................................................... 99 11.3.5 Essais feu ....................................................................................................................... 99 11.4 Mise en uvre et systme constructif ................................................................................ 100 11.5 Performances nergtiques des btiments chanvre. ......................................................... 100 11.6 Caractristiques environnementales et sanitaires .............................................................. 101 11.6.1 Caractristiques environnementales .......................................................................... 101 11.6.2 Sanitaires ..................................................................................................................... 101 12 Conclusion ............................................................................................................................... 102 Liste des figures Figure 1 : principales tapes dobtention du granulat chanvre ............................................................ 11 Figure 2 : Influence des paramtres du processus de production du chanvre sur les caractristiques technico-conomique de la matire premire ..................................................................................... 12 Figure 3 : photo dun granulat chanvre ................................................................................................. 13 Figure 4 : Composition chimique de la chnevotte [52] ....................................................................... 14 Figure 5 : Composition chimique de la fibre de chanvre ....................................................................... 14 Figure 6 : particule de chnevotte ........................................................................................................ 15 Figure 7: Analyse granulomtrique traditionnelle de diffrentes chnevotte CEREZO V. GOURLAY E. 16 Figure 8 : Reprsentations dimensionnelles et granulomtriques de diffrentes chnevotte, ENTPE 16 Figure 9 : photo dune particule de chnevotte au MEB, GARCIA-JALDON (gauche) ; GOURLAY (droite) ............................................................................................................................................................... 17 Figure 10 : porosit de la chnevotte par tomographie et analyse dimage CEYTE I. .......................... 17 Figure 11 : Essais de compression simple et de compression cyclique sur un granulat chanvre CEREZO V. ............................................................................................................................................................ 20 Figure 12 : volution de la conductivit thermique du granulat chanvre en fonction de la masse volumique CORDIER C. .......................................................................................................................... 21 Figure 13 : liant pour bton de chanvre ................................................................................................ 22 Figure 14 : caractristiques des liants servant de base la confection des btons de chanvre ........... 23 Figure 15 : essais de compression sur un liant base de chaux arienne ............................................ 25 Figure 16 : Gain massique et taux de saturation en eau dun granulat chanvre .................................. 25 Figure 17 : Gain massique dun granulat chanvre immerg CEREZO, COUEDEL, GOURLAY ................. 26 Figure 18 : courbes de sorption-dsorption T=20C CEREZO V. (ENTPE) ........................................... 26 Figure 19 : bton faiblement dos en liant ........................................................................................... 28 Figure 20 : bton fortement dos en liant ............................................................................................ 28 Figure 21 : Photo MEB dun bton et dun enduit chanvre COLLET F. .................................................. 28 Figure 22 : distribution porale denduit de chanvre COLLET F. ............................................................ 30 Figure 23 : Porosit de btons de chanvre et enduits chanvre ............................................................. 32 Figure 24 : masses volumiques de btons de chanvre mesures dans le cadre de diffrentes tudes 33 Figure 25 : masses volumiques de btons de chanvre mesures sur des chantillons raliss en conditions chantier .......................................................................................................................... 33 Figure 26 : Variation de la masse volumique en fonction de la distance de projection ELFORDY S. .... 34 Figure 27 : Concentration volumique et composition massique dun bton de chanvre ltat frais, CEREZO V. .............................................................................................................................................. 35 Figure 28 : Concentration volumique et composition massique dun bton de chanvre aprs prise du liant, CEREZO V. ..................................................................................................................................... 35 Figure 29 : Profil de schage dun lment de mur en bton de chanvre de 25 cm, EVRARD A. ......... 36 Figure 30 : permabilit la vapeur mesure dans diffrentes tudes ............................................... 38 Figure 31 : Isothermes de sorption-dsorption 20C pour un enduit chanvre (droite) et pour un bton de chanvre (gauche) COLLET F. ................................................................................................... 39 Figure 32 : Isothermes de sorption-dsorption 20C pour diffrents dosages de bton de chanvre obtenues lENTPE [CEREZO V]. ........................................................................................................... 39 Figure 33 : Isothermes de sorption 20C dun bton de chanvre, EVRARD A. ................................... 40 Figure 34 : Teneur en eau massique de saturation COLLET F. .............................................................. 41 Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 6 Figure 35 : profil dabsorption deau liquide par RMN, EVRARD A. ...................................................... 41 Figure 36 : Conductivit thermique btons de chanvre en fonction de la masse volumique .............. 42 Figure 37 : Variation de la conductivit thermique en fonction de la masse volumique pour une mise en uvre par projection machine ......................................................................................................... 44 Figure 38 : Conductivit des btons de chanvre pour diffrentes conditions dhumidit relatives CEREZO V. .............................................................................................................................................. 45 Figure 39 : Conductivit thermique pour un enduit chanvre (gauche) et un bton de chanvre (droite) en fonction de la teneur en eau COLLET F. ........................................................................................... 45 Figure 40 : mesures exprimentales de la conductivit thermique de diffrentes tudes .................. 49 Figure 41 : Chaleur massique de btons de chanvre et denduits chanvre. ......................................... 50 Figure 42 : Diffusivit des btons de chanvre ....................................................................................... 51 Figure 43 : contrainte en compression vs dformation CEREZO V. ...................................................... 54 Figure 44 : Flexion 3 points sur prouvette de bton de chanvre 6 mois, ENTPE ............................. 55 Figure 45 : Influence du liant sur les proprits du bton 28 jours (Rapport confidentiel non publi ENTPE) ................................................................................................................................................... 56 Figure 46 : influence du dosage en liant sur le comportement mcanique du bton de chanvre, ENTPE (CEREZO V.) ............................................................................................................................................ 57 Figure 47 : Evolution des caractristiques mcaniques des btons de chanvre en fonction du temps ENTPE (CEREZO V.) ................................................................................................................................ 57 Figure 48 : Rsistance la compression en fonction de la finesse du granulat chanvre, ENTPE .......... 59 Figure 49 : Influence du sens de sollicitation sur la rsistance la compression des btons de chanvre ............................................................................................................................................................... 60 Figure 50 : synthse des grandeurs caractristiques des btons de chanvre en compression ............ 68 Figure 51 : synthse des grandeurs caractristiques des btons de chanvre en flexion ...................... 70 Figure 52 : synthse des grandeurs caractristiques des btons de chanvre en traction .................... 71 Figure 53 : variation dimensionnelle dun bton de chanvre en fonction du taux dhumidit, EVRARD. ............................................................................................................................................................... 72 Figure 54 : coefficients dabsorption acoustique btons de chanvre de 10 cm CEREZO V. .................. 73 Figure 55 : coefficients dabsorption acoustique btons de chanvre de 20 cm CEREZO V ................... 73 Figure 56 : coefficients dabsorption acoustique btons de chanvre de 30 cm CEREZO V ................... 73 Figure 57 : essais darrachement denduits chanvre CSTB .................................................................... 74 Figure 58 : nombre de cycles de tenue au gel ....................................................................................... 76 Figure 59 : dispositif exprimental dtude du comportement hygrothermique dun mur SAMRI D. . 81 Figure 60 : comportement hygrothermique : sollicitations statiques, SAMRI D................................... 82 Figure 61 : comportement hygrothermique : sollicitations cycliques, SAMRI D. .................................. 82 Figure 62 : Evolution de la temprature et de lhumidit relative au centre de murs en bton de chanvre (HLC2), blocs perfor terre cuite (VPB), bton cellulaire (AAC30), sous sollicitation statique 83 Figure 63 : Comparaison de lvolution de la temprature mesure au centre du mur en bton de chanvre (T en C,) linterface bton de chanvre enduit chanvre (T en D1) et la surface de lenduit (T en D) avec diffrents modles............................................................................................................... 84 Figure 64 : Comportement hygrothermique dun mur en bton de chanvre (30 cm), sollicitation statique, comparaison mesures et modle (T en C : temprature au centre du mur et T en D temprature en surface), SAMRI D. ...................................................................................................... 85 Figure 65 : Comportement hygrothermique dun mur en bton de chanvre (30 cm), sollicitation cyclique, comparaison mesures et modle, SAMRI D. .......................................................................... 85 Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 7 Figure 66 : performances nergtiques de btiments chanvre ............................................................ 88 Figure 67 : Impacts environnementaux potentiels sur 100 ans dun m2 de mur en bton de chanvre ossature bois INRA ................................................................................................................................ 90 Figure 68 : Analyse fongique de 3 lots de chnevotte brute ................................................................ 90 Figure 69 : Hirarchie du dveloppement de moisissures sur un bton de chanvre brute .................. 91 Figure 70 : march prospectif chnevotte btiment 2015-2030 en Europe ......................................... 92 Figure 71 : march des btons de chanvre 2015-2030 ......................................................................... 93 Figure 72 : Influence des paramtres du processus de production du chanvre sur les caractristiques technico-conomique de la matire premire ..................................................................................... 96 Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 8 1 Prface Se pourrait-il qu lpoque des matriaux hautes technologies et ultra hautes performances, on puisse utiliser valablement de la matire vgtale connue depuis fort longtemps ? Se pourrait-il galement que ces matriaux puissent offrir des performances de hauts niveaux et mme en rvler de nouvelles dans le domaine du btiment ? Lexemple du bton de chanvre est riche denseignements, il mrite quelques attentions Le chanvre est un matriau bien connu de tous pour diverses raisons ! Il fait partie de la mmoire des plus anciens sous la forme de souvenirs de travaux des champs : cette plante tait cultive quasiment partout en France et sa culture couvrait plus de 120 000 hectares au dbut du XXme sicle. Les matriaux issus de sa culture taient alors largement valoriss la fois dans la production de cordage, de divers types de papiers crire ou cigarettes, Ensuite, cette plante qui fait partie de la famille des cannabinaces, est avec le dclin des fibres vgtales, plus connue pour son taux de THC agent psychotrope. Lutilisation du chanvre industriel dans le domaine du btiment nest pas issu dune dmarche scientifique mais il relve plutt dune dmarche ou dune proposition porte par des artisans : un exemple dvolution du chantier au laboratoire, une trajectoire bottom-up ! Les premiers essais sont dats des annes 80. Le chanvre est alors associ la chaux pour des utilisations, dans le cadre de rhabilitations, comme matriau de remplissage de maisons colombages. La dmarche visait alors utiliser (valoriser) un co-produit industriel disponible en grande quantit et donc peu onreux : la chnevotte. Cette partie centrale de la plante de chanvre, majoritaire en volume, ntait alors que modrment utilise comme litire pour animaux. Sa forte porosit lui confre effectivement souplesse et fort pouvoir dabsorption. Les premiers travaux de recherche sur les btons de chanvre ont t initis au dbut des annes 1990 sous limpulsion dorganismes souhaitant valoriser les dbouchs non alimentaires de lagriculture. A cette poque, les recherches sur les matriaux du Gnie Civil se focalisaient sur les btons trs hautes et ultra hautes performances mcaniques : ainsi sont apparus le BFUP (bton fibr ultra hautes performances) permettant la construction douvrages dart avec des gomtries de plus en plus lances et fines. Alors pourquoi, dans le mme temps, le bton de chanvre, matriau base vgtale et performances mcaniques modres, est-il devenu une innovation pour le futur dans le domaine du btiment ? Une partie de la rponse se justifie par les qualits environnementales que lui confre son composant vgtal un moment o cette problmatique est identifie comme prioritaire. La matire premire vgtale est facilement renouvelable, parfaitement recyclable et se Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 9 caractrise par un trs faible impact environnemental grce une culture et une transformation trs respectueuses. Le chanvre dans la construction permet dune part, la valorisation de la biomasse notamment en constituant un puits carbone et, dautre part, la prservation de granulats minraux en limitant les volumes extraits. Cette seule justification environnementale serait bien insuffisante dans un domaine conservateur et trs fortement rglement. Lautre partie de la rponse, fondamentale et complmentaire, rside dans les caractristiques scientifiques et techniques des btons de chanvre qui nont rien de traditionnelles, bien au contraire. La lecture de cette synthse montre que ce matriau tire profit dune porosit multi - chelles, microscopique dans le liant, msoscopique de la chnevotte et macroscopique du fait de larrangement imparfait des particules. Cette porosit naturelle permet dexpliquer des performances techniques remarquables : lgret, dformabilit, isolation et climatisation thermique, transferts hygrothermiques, absorption acoustique, Le bton de chanvre permet donc de conjuguer dexcellentes qualits propres aux matriaux (comme les besoins en nergie grise) et les qualits quil apporte aux constructions (comme la consommation dnergie de louvrage, la qualit des ambiances acoustiques, hygrothermiques, ). Cependant, toutes ces caractristiques ne sont pas optimales pour un mlange unique mais elles sont accessibles par un dimensionnement performant du mlange qui doit prendre en compte les caractristiques propres des matires premires ! Ce sont ces connaissances qui permettent aujourdhui dtablir les normes et garanties, incontournables et souhaitables, pour lutilisation performante de ces matriaux. La voie semble maintenant ouverte pour une forme nouvelle dingnierie, celle consistant en la matrise de ce systme complexe multi poreux, une forme dingnierie de la porosit ! Cest le challenge qui est lanc pour les annes venir. Lensemble des acteurs runis au sein de lassociation Construire en chanvre y contribuera sans relche. Laurent ARNAUD Docteur Habilit Diriger des Recherches Ecole Nationale des Travaux Publics de lEtat Commentaire emprunt au Prof. Henri Van Damme (ESPCI) avec mes remerciements. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 10 2 Introduction Les premiers ouvrages en btons et mortiers ont t raliss il y a plus de 20 ans en France. Depuis ces dbuts de nombreux travaux de recherche ont t mens afin de caractriser les matires premires utilises pour confectionner ces btons lgers, afin de mieux comprendre le fonctionnement de ces matriaux et den valuer prcisment les performances. Lobjet de ce document est de faire un tat et une analyse des connaissances scientifiques, conomiques, environnementales et sanitaires concernant ce matriau moderne. Cette analyse devra permettre didentifier des pistes de progrs et dorienter les futurs programmes de recherche. Ce document de synthse traitera successivement : 1. Des techniques culturales et de la premire transformation du chanvre 2. Des matires premires utilises pour fabriquer des btons et mortiers de chanvre. 3. Des caractristiques et des proprits des btons et mortiers de chanvre. 4. Des techniques de mise en uvre de ces btons et mortiers 5. Des performances des ouvrages raliss avec ces btons et mortiers 6. Des caractristiques environnementales et sanitaires de ces matriaux 7. Des perspectives socio-conomiques lies au dveloppement de ces matriaux. La ralisation de ce document a t cofinance par Construire en CHANVRE, FRD et LHOIST. NB : Cette synthse des connaissances sappuie sur les travaux de recherche et essais ayant fait lobjet de rapports ou de publications non confidentiels. On pourra faire rfrence dans notre synthse des tudes sur dautres vgtaux ou dautres btons lorsque les rsultats de ces travaux de recherche peuvent prsenter des similitudes avec le chanvre et les btons et mortiers de chanvre. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre11 3 Le chanvre : techniques culturales et premire transformation Les btons et mortiers de chanvre sont ralississue de la plante de chanvre. La plante de chanvre est une plante annuelle croissance rapide pouvant atteindre des hauteurs de plus de 2 m et cultive depuis plusieurs sicle pour ces fibres et pour sa graine.La matire premire chanvreprocessus en plusieurs tapes successives schmatisquinitialement, les processus qui conduisent la matire premire chanvre nont pas tdvelopps spcifiquement pour une utilisation du chanvre dans le btiment. Gnralement les processus utiliss aujourdhui permettent dobtenir plusieurs cocahiers des charges diffrents) destins diffrents marchs. Figure 1 : principales tapes dobtention du granulat chanvreLes caractristiques technicocot) de la matire premire ce processus. BOUYER T. [18]variabilit qui vont influencer la qualit (donc les caractristiques) de la matire premire et par consquent la qualit du bton de chanvre. Dans le cadre dune dmarche de progrs et doptimisation des matires premires, il est important dvaluer limpact des dinfluence du processus (date de semis, fertilisation, technique de rcolte, tectransformation) sur les caractristiques technicofigure 2). Ce travail na pour linstant pas t ralis de faon systmatique. On peut toutefois identifier un programme de recherche en Belgique pilot padont lun des objectifs est de dfinir un cahier des charges de ltape processus pour obtenir un granulat chanvre optimis pour le btiment. Cette dmarche ne Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre: techniques culturales et premire transformationLes btons et mortiers de chanvre sont raliss partir dune matire premire vgtale de la plante de chanvre. La plante de chanvre est une plante annuelle croissance rapide pouvant atteindre des hauteurs de plus de 2 m et cultive depuis plusieurs sicle pour ces fibres et pour sa graine.chanvre utilise pour raliser des btons est obtenue tapes successives schmatis figure 1. On rappellera quinitialement, les processus qui conduisent la matire premire chanvre nont pas tdvelopps spcifiquement pour une utilisation du chanvre dans le btiment. Gnralement les processus utiliss aujourdhui permettent dobtenir plusieurs co-produits (avec des cahiers des charges diffrents) destins diffrents marchs. principales tapes dobtention du granulat chanvreLes caractristiques technico-conomiques (caractristiques physico-chimiques, volumes, cot) de la matire premire chanvre utilise pour les btons dpendront fortement de [18] a identifi chaque tape du processus les sources de variabilit qui vont influencer la qualit (donc les caractristiques) de la matire premire et quent la qualit du bton de chanvre. Dans le cadre dune dmarche de progrs et doptimisation des matires premires, il est important dvaluer limpact des du processus (date de semis, fertilisation, technique de rcolte, tectransformation) sur les caractristiques technico-conomique de la matire premire (Cf. figure 2). Ce travail na pour linstant pas t ralis de faon systmatique. On peut toutefois identifier un programme de recherche en Belgique pilot par le CSTC (BCC BAT) dont lun des objectifs est de dfinir un cahier des charges de ltape transformationprocessus pour obtenir un granulat chanvre optimis pour le btiment. Cette dmarche ne Slection varitale et production de semencesCulture (travail des sols, semis, fertilisations, rcolte...)StockageTransformation(dfibrage, massicotage...)Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 : techniques culturales et premire transformation partir dune matire premire vgtale La plante de chanvre est une plante annuelle croissance rapide pouvant atteindre des hauteurs de plus de 2 m et cultive depuis plusieurs sicle pour ces fibres et pour sa graine. est obtenue suivant un figure 1. On rappellera quinitialement, les processus qui conduisent la matire premire chanvre nont pas t dvelopps spcifiquement pour une utilisation du chanvre dans le btiment. Gnralement produits (avec des principales tapes dobtention du granulat chanvre chimiques, volumes, utilise pour les btons dpendront fortement de a identifi chaque tape du processus les sources de variabilit qui vont influencer la qualit (donc les caractristiques) de la matire premire et quent la qualit du bton de chanvre. Dans le cadre dune dmarche de progrs et doptimisation des matires premires, il est important dvaluer limpact des paramtres du processus (date de semis, fertilisation, technique de rcolte, technique de conomique de la matire premire (Cf. figure 2). Ce travail na pour linstant pas t ralis de faon systmatique. On peut r le CSTC (BCC BAT) transformation du processus pour obtenir un granulat chanvre optimis pour le btiment. Cette dmarche ne Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre12 concerne que ltape transformationtapes. Processus Pi : paramtres dinfluence Figure 2 : Influence des paramtres du processus de production du chanvre sur les caractristiques technicoPi : varitSlection varitale et production de semencesPi : densit de semisPi : fertilisation Pi : technique de rcolte Pi : rouissageCulturePi : conditions de stockage Pi : dure du stockagePi : ...StockagePi : technique de transformation Pi : conditionnement Pi...TransformationSynthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvretransformation , elle pourrait toutefois tre largie aux autres : paramtres dinfluence Caractristiques technicoconomiques de la matire premire chanvre: Influence des paramtres du processus de production du chanvre sur les caractristiques technico-conomique de la matire premire Pi : densit de semisPi : fertilisationPi : technique de rcoltePi : conditions de stockagePi : dure du stockagePi : technique de transformationPi : conditionnement Caractristiques chimiques Caractristiques gomtriques Porosit Rendements Cots Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 toutefois tre largie aux autres Caractristiques technico-conomiques de la matire premire chanvre : Influence des paramtres du processus de production du chanvre sur les caractristiques Caractristiques chimiques Caractristiques gomtriques Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre13 4 Caractristiques des matires premires Les btons et mortiers de chanvre sont gnralement confecchanvre, de liants et deau. On sintressera principalement dans ces 3 composants et aux interactionsmlanges pour confectionner des btons de chanvre. On pourra tre amen voquer des tudes menes sur dautres matires premires qui pourraient prsenter des similitudes en termes de caractristiqu 4.1 Le granulat chanvre4.1.1 Dfinition Figure 3 : photo dun granulat chanvreChaque constituant (chnevotte, fibres et Par sa chimie, c'est--dire par les molcules qui le constitue Par sa morphologie Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvrees matires premires Les btons et mortiers de chanvre sont gnralement confectionns partir de granulats On sintressera principalement dans ce paragraphe aux caractristiques intrinsquesaux interactions quelles pourront avoir entre elles lorsquelles sont mlanges pour confectionner des btons de chanvre. n pourra tre amen voquer des tudes menes sur dautres matires premires qui pourraient prsenter des similitudes en termes de caractristiques et de comportements.Le granulat chanvre Le granulat chanvre est un granulat vgtal issu de la transformation mcanique de la tige de la plante de chanvre. Il est constitu de (partie interne de la tige de chanvre reprsentant 40% 60% de sa masse), de fibresde la tige de chanvre reprsentant 20% 35% de sa masse) et de fines. photo dun granulat chanvre Chaque constituant (chnevotte, fibres et fines) du granulat chanvre peut tre caractrisdire par les molcules qui le constituent et leur arrangement.Granulat chanvreLiantEauSynthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 tionns partir de granulats caractristiques intrinsques de quelles pourront avoir entre elles lorsquelles sont n pourra tre amen voquer des tudes menes sur dautres matires premires qui es et de comportements. Le granulat chanvre est un granulat vgtal issu de la transformation mcanique de la tige de la . Il est constitu de chnevotte (partie interne de la tige de chanvre reprsentant fibres (partie externe de la tige de chanvre reprsentant 20% 35% de s) du granulat chanvre peut tre caractris : et leur arrangement. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 14 4.1.2 Caractristiques chimiques 4.1.2.1 La chnevotte La chnevotte est constitue de cellulose, dhmicellulose, de pectine, de lignine et dautres lments en plus faibles quantits tels que des cires, des cendres ou encore des protines. Des analyses chimiques ralises par le CERMAV (Centre de Recherche sur les Macromolcules Vgtales, Grenoble) [52] donnent la composition en poids suivante : Rsidus cellulosiques Hmicellulose Pectines Lignines Cendres Cires protines 48 % 12% 6% 28% 2% 1% 3% Figure 4 : Composition chimique de la chnevotte [52] Ces diffrentes analyses font tat de la composition chimique de la chnevotte, il serait toutefois intressant de connaitre plus prcisment larrangement et lorganisation de ces diffrentes molcules entre elles (quel type dhmicellulose ?) : en effet, la structuration molculaire a sans doute une influence sur les proprits mcaniques des particules de chnevotte et donc sur les proprits du bton de chanvre. 4.1.2.2 Les fibres Comme la chnevotte, elles sont constitues de cellulose, dhmicellulose, de pectine, de lignine et dautres lments en plus faibles quantits tels que des cires, des cendres ou encore des protines. Le tableau ci-dessous donne, titre dexemple, la composition chimique en poids de fibres de chanvre (essais raliss dans le cadre de deux tudes [52] et [88]). Rsidus cellulosiques Hmicellulose Pectines Lignines Cendres Cires protines [52] C. Garcia-Jaldon et al 55% 16% 18% 4% 4% 1% 2% [88] D. Sedan et al 56,1% 10,9% 20,1% 6% 7,9% Figure 5 : Composition chimique de la fibre de chanvre Concernant larrangement de ces diffrentes molcules il est aujourdhui assez bien connu. En effet, les molcules de cellulose alignes constituent la base de la structure, elles sont lies entre elles par des pectines, des lignines et des hmicelluloses [88]. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 15 4.1.2.3 Les fines Les fines prsentent dans le granulat chanvre est issue des diffrentes tapes de la rcolte et des transformations que va subir la paille de chanvre. La nature de ces fines va donc fortement dpendre de ces tapes de transformation. Ces fines sont dorigines organique et minrale. Toutefois il nexiste pas dtude dtaille sur la composition chimique de ces fines. 4.1.3 Caractristiques morphologiques Concernant les caractristiques morphologiques, on sintressera plus particulirement : la forme, aux dimensions et la microstructure du granulat chanvre. 4.1.3.1 La chnevotte La morphologie de la chnevotte peut tre considre un niveau macroscopique et un niveau microscopique. Au niveau macroscopique : La chnevotte est constitue de particules dont la forme peut tre assimile un paralllpipde rectangle (Cf. figure 6) Figure 6 : particule de chnevotte La distribution granulomtrique de ces particules ne peut tre que partiellement tablie par tamisage. En effet, lors des vibrations des dispositifs dessais de granulomtrie, les particules lgres de chanvre se rorientent. Seule lune des dimensions (en gnral, la largeur) peut tre approche. Des mesures granulomtrie ont t ralises pour diffrents types de chnevotte dans le cadre de diffrentes tudes (CEREZO V. [24] et GOURLAY E. [55]). Les courbes granulomtriques sont reprsentes ci-dessous. Largeur Longueur Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre16 Figure 7: Analyse granulomtrique traditionnelle de diffrentes chnevotte La mesure de la distribution granulomtrique par tamisage, si elle est relativement bien reproductible ne donne que des ordres de grandeur dune des tailles des particules. figure 7 la taille des particules varie de 0,1mm 12 mm environ. Toutefois, cette mthode ne permet pas davoir une mesure exacte et relle des deux dimensions (longueur et largeur). Afin davoir des mesures prcises des deux dimensions (longueur ede mesure par analyse dimage a t dveloppe par lENTPE (Ecole Nationale des Travaux Publics de lEtat) [61], [25]. Cette mthode permet de dterminer, pour un chantillon type, les dimensions (longueur et largeur) de chaque particule et davoir une reprsentation visuelle de la granulomtrie cf. figure 8. Figure 8 : Reprsentations dimensionnelles et granulomtriques de diffrentes chnevotte, ENTPE Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvrelyse granulomtrique traditionnelle de diffrentes chnevotte CEREZO V. GOURLAY E.La mesure de la distribution granulomtrique par tamisage, si elle est relativement bien reproductible ne donne que des ordres de grandeur dune des tailles des particules. figure 7 la taille des particules varie de 0,1mm 12 mm environ. Toutefois, cette mthode ne permet pas davoir une mesure exacte et relle des deux dimensions (longueur et Afin davoir des mesures prcises des deux dimensions (longueur et largeur), une mthode de mesure par analyse dimage a t dveloppe par lENTPE (Ecole Nationale des Travaux Cette mthode permet de dterminer, pour un chantillon type, les dimensions (longueur et largeur) de chaque particule et davoir une reprsentation visuelle de la granulomtrie cf. : Reprsentations dimensionnelles et granulomtriques de diffrentes chnevotte, ENTPE Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 CEREZO V. GOURLAY E. La mesure de la distribution granulomtrique par tamisage, si elle est relativement bien reproductible ne donne que des ordres de grandeur dune des tailles des particules. Sur la figure 7 la taille des particules varie de 0,1mm 12 mm environ. Toutefois, cette mthode ne permet pas davoir une mesure exacte et relle des deux dimensions (longueur et t largeur), une mthode de mesure par analyse dimage a t dveloppe par lENTPE (Ecole Nationale des Travaux Cette mthode permet de dterminer, pour un chantillon type, les dimensions (longueur et largeur) de chaque particule et davoir une reprsentation visuelle de la granulomtrie cf. : Reprsentations dimensionnelles et granulomtriques de diffrentes chnevotte, ENTPE Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre17 Cette mthode sappuyant sur une procdure de mesure simple, un logiciel danalyse dimage libre daccs et des outils du commerce (appareils photo facilement tre utilise dans un environnement industriel comme outil de contrle qualit. Au niveau microscopique : La partie interne de la tige de chanvre est constitue de bois (constitu de cellules de parenchyme, de fibres et de vaismdullaire) [52]. Il est donc important de caractriser la microstructure de la chnevotte et plus prcisment sa porosit. Les pores des particules de chnevotte sont des tubes traversant dans le sens de laLa taille des pores peut tre value photo au microscope lectronique balayage. Les mesures effectue partir de la photo figure 9 [52] prsentent des diamtres de pores compris entre 10 et 40 m. Figure 9 : photo dune particule de chnevotte au MEB, GARCIAUne mthode de mesure plus systmatique a t dveloppCette mthode sappuie sur la technologie de la tomographie. Cette technique radiologique consiste raliser une srie de clichs de plans de coupe perpendiculaires la longueur de la particule de chnevotte. Ces clichs sodobtenir la taille des pores et la porosit de la particule.Il a notamment t montr dans ce travail que les pores des particules de chanvre sont cylindriques et traversent de par en par les particuleFigure 10 : porosit de la chnevotte par tomographie et analyse dimage CEYTE I.Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvreCette mthode sappuyant sur une procdure de mesure simple, un logiciel danalyse dimage libre daccs et des outils du commerce (appareils photo facilement tre utilise dans un environnement industriel comme outil de contrle qualit.La partie interne de la tige de chanvre est constitue de bois (constitu de cellules de parenchyme, de fibres et de vaisseaux conducteurs) et de moelle (constitue de parenchyme Il est donc important de caractriser la microstructure de la chnevotte et plus prcisment Les pores des particules de chnevotte sont des tubes traversant dans le sens de laLa taille des pores peut tre value manuellement par mesure directe partir dune photo au microscope lectronique balayage. Les mesures effectue partir de la photo prsentent des diamtres de pores compris entre 10 et 40 m.: photo dune particule de chnevotte au MEB, GARCIA-JALDON (gauche)Une mthode de mesure plus systmatique a t dveloppe par lENTPE (Cf. figure 10). Cette mthode sappuie sur la technologie de la tomographie. Cette technique radiologique consiste raliser une srie de clichs de plans de coupe perpendiculaires la longueur de la particule de chnevotte. Ces clichs sont ensuite traits par analyse dimage et permettent dobtenir la taille des pores et la porosit de la particule. Il a notamment t montr dans ce travail que les pores des particules de chanvre sont cylindriques et traversent de par en par les particules : porosit de la chnevotte par tomographie et analyse dimage CEYTE I.Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 Cette mthode sappuyant sur une procdure de mesure simple, un logiciel danalyse dimage libre daccs et des outils du commerce (appareils photo numrique) peut facilement tre utilise dans un environnement industriel comme outil de contrle qualit. La partie interne de la tige de chanvre est constitue de bois (constitu de cellules de seaux conducteurs) et de moelle (constitue de parenchyme Il est donc important de caractriser la microstructure de la chnevotte et plus prcisment Les pores des particules de chnevotte sont des tubes traversant dans le sens de la longueur. par mesure directe partir dune photo au microscope lectronique balayage. Les mesures effectue partir de la photo prsentent des diamtres de pores compris entre 10 et 40 m. (gauche) ; GOURLAY (droite) e par lENTPE (Cf. figure 10). Cette mthode sappuie sur la technologie de la tomographie. Cette technique radiologique consiste raliser une srie de clichs de plans de coupe perpendiculaires la longueur de la nt ensuite traits par analyse dimage et permettent Il a notamment t montr dans ce travail que les pores des particules de chanvre sont : porosit de la chnevotte par tomographie et analyse dimage CEYTE I. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 18 Cette mthode a mis en vidence lexistence de pores de petite taille (environ 0,07 mm = 70 m) et des pores de plus grande taille (environ 0,4 mm = 400m). On constate une diffrence importante avec les tailles annonces par GARCIA-JALDON [52] (10 40 m), toutefois il ne sagissait, dans ce cas, que dordres de grandeur tablis visuellement. Il est galement possible que le mode de culture, les conditions climatiques, la position en hauteur de la particule par rapport la tige aient une influence sur la micro morphologie de la partie interne de la tige de chanvre. Des travaux devraient tre consacrs vrifier ces hypothses car il est maintenant bien dmontr que cette microstructure est la source de certaines proprits fondamentales des btons de chanvre. Par ailleurs, la porosit des particules de chnevotte obtenue par cette mthode est de lordre de 57% [55] (Il sagit dun ordre de grandeur car les mesures nont port que sur deux types de chnevotte). Avec une autre mthode CEREZO V. [24] tablissait une porosit du granulat chanvre denviron 78%. La porosit des particules de chnevotte peut aussi tre caractrise par la surface spcifique des pores (surface interne des pores par unit de masse de matire) et par le volume poreux (volume des pores par unit de masse de matire). Les mesures effectues par GOURLAY E. [55] sur des chnevottes dorigines diffrentes (France, Belgique, Grande Bretagne, Allemagne) donnent des surfaces spcifiques comprises entre 13,8 m2/g et 29 m2/g et des volumes poreux compris entre 2,2 cm3/g et 3,4 cm3/g. Ce qui traduit une forte variabilit du paramtre porosit en fonction de lorigine de la chnevotte. Les causes de cette variabilit restent encore dterminer (varit, culture, conditions climatiques, transformation). 4.1.3.2 Les fibres Les principales caractristiques morphologiques des fibres sont la finesse et la longueur. Ces grandeurs peuvent tre obtenues par diffrentes mthodes [17]. La finesse des fibres peut tre obtenue suivant deux mthodes : par mesure gravimtrique (pese de fibres et calcul de la finesse gravimtrique en tex par la formule de MSSIG), par mesure de la largeur des fibres avec un scanner. La longueur des fibres peut tre mesure manuellement ou automatiquement avec un systme Almeter. Concernant la finesse des fibres de chanvre, dans louvrage collectif de BOULOC P. [17], les mesures ralises par systme optique donnent des valeurs comprises entre 7m et 76m. Concernant la longueur des fibres de chanvre, GARCIA-JALDON [52] annonce des longueurs moyennes comprises entre 20 et 30 mm pour des fibres corticales lmentaires de chanvre. BOULOC P. [17] prsente des longueurs mesure par Almeter comprises entre 13 et 47,8 mm pour diffrents chantillons. Concernant la mesure des caractristiques morphologiques des fibres prsentes dans le granulat chanvre, les essais raliss par CEYTE I. [25] montrent que les mthodes tomographiques permettent de dterminer la longueur des faisceaux de fibres. Les Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 19 longueurs mesures sont comprises entre 1 et 4 mm (les fibres prsentes dans le granulat sont donc des fibres qui ont t coupes lors de la transformation des pailles de chanvre). 4.1.3.3 Les fines On convient gnralement que les fines prsentent dans le granulat chanvre sont des particules dont la taille reste infrieure 0,5 mm. Aucune autre caractrisation gomtrique na t ralise sur les fines. 4.1.4 Rapport fibres/chnevotte et interface Les quantits de fibres prsentes dans le granulat chanvre dpendent directement du processus de transformation de la paille de chanvre. Soit le granulat chanvre est issu dun processus qui spare la fibre de la chnevotte dans ce cas les quantits de fibres sont faibles (Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 20 4.1.6 Caractristiques mcaniques Chnevotte Il est difficile de dterminer les caractristiques mcaniques des particules de chnevotte prises sparment. En revanche, le comportement en compression dune prouvette cylindrique constitue seulement de particules de chnevotte en vrac a t test par CEREZO V. [24]. Les rsultats de ces essais montrent une ductilit trs importante avec une forte compressibilit de la chnevotte et une rigidification du matriau sous leffet de la compression Cf. figure 11. Figure 11 : Essais de compression simple et de compression cyclique sur un granulat chanvre CEREZO V. Fibres Les fibres de chanvre sont connues pour leurs proprits mcaniques. Les caractristiques mcaniques que lon peut trouver dans la littrature [17] sont les suivantes : traction : 600 -900 MPa (contrainte maximale en traction), E : 40-60 GPa (module dYoung). 4.1.7 Caractristiques thermiques La conductivit thermique a t mesure par CORDIER C. [34] lENTPE pour un type de granulat chanvre dont lorigine est la Chanvrire de LAube. Pour une masse volumique de 155 kg/m3, la conductivit thermique du matriau sec () mesure est de 0,058 W/(mK). Par ailleurs, dans le cadre de ce travail, une loi dvolution de la conductivit thermique en fonction de la masse volumique (et donc de sa compacit) a t tablie Cf. figure 12. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 21 Figure 12 : volution de la conductivit thermique du granulat chanvre en fonction de la masse volumique CORDIER C. Les mesures de conductivit ont t ralises sur un seul type de granulat (mme origine). Des mesures complmentaires pourraient tre menes sur des granulats dorigines diverses afin dvaluer la variation de conductivit thermique en fonction des carts de masse volumique souligns plus haut. 4.1.8 Autres vgtaux Les vgtaux sont essentiellement utiliss dans les btons soit comme granulat lger (pour limiter les efforts de mise de mise en place et amliorer les performances thermiques du bton) soit comme renfort (pour amliorer les performances mcaniques). Concernant lutilisation dun vgtal comme granulat lger pour bton, le granulat chanvre est sans aucun doute aujourdhui celui ayant fait lobjet du plus grand nombre de travaux de recherche et de caractrisation. Compte tenu des similitudes en termes de caractristiques chimiques et morphologiques, on peut raisonnablement penser que dautres granulats vgtaux (anas de lin, miscanthus) pourraient faire lobjet de dveloppements pour des utilisations similaires. Concernant lutilisation dun vgtal comme renfort pour bton des tudes ont t menes sur lutilisation de fibres telles que les fibres de sisal, de coco [83], bambou... Un tat de ces travaux de recherche a t ralis par ARSENE M.A. [14]. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 22 4.2 Les liants 4.2.1 Dfinitions Les liants actuellement utiliss ou en cours de dveloppement pour confectionner des btons de chanvre sont des liants minraux base de chaux arienne, de chaux hydraulique naturelle ou de ciment naturel prompt. Ils sont utiliss en ltat ou prformuls en mlange avec dautres liants hydrauliques et ventuellement des addjuvantations. Figure 13 : liant pour bton de chanvre Ces liants minraux sont produits par cuisson de diffrentes roches [80] : Les chaux ariennes sont obtenues partir de calcaire pur, donc de carbonate de calcium. Les chaux hydrauliques naturelles sont obtenues partir de calcaire argileux et de marnes, donc contenant de la silice et de lalumine. Les ciments naturels prompts sont obtenus partir dun calcaire argileux de qualit constante. 4.2.2 Caractristiques minralogiques Les caractristiques minralogiques de ces diffrents liants dpendent des matires premires utilises pour leur fabrication et des tempratures de cuisson. Les chaux ariennes sont principalement constitues de dihydroxyde de calcium (Ca(OH)2) aussi appel portlandite [66]. Les chaux hydrauliques naturelles sont constitues de dihydroxyde de calcium (Ca(OH)2), de silicates dicalciques (C2S en notation des cimentiers), de silicates tricalciques (C3S en notation des cimentiers) et daluminates monocalciques. Les proportions de ces diffrents constituants dpendant des quantits dargiles initiales [73]. Le ciment naturel prompt est constitu principalement de silicates dicalciques et daluminates monocalciques [73]. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 23 4.2.3 Caractristiques physiques et normalisation Ces liants peuvent tre caractriss par leurs proprits physico-chimiques telles que : La surface spcifique (surface blaine) qui caractrise la finesse des particules et qui correspond la surface totale des particules dun gramme de matriau. La masse volumique apparente Le poids spcifique correspondant la masse dun volume de matire (sans les vides entre les particules). Lindice dhydraulicit : rapport entre silicates - aluminates et carbonate de calcium. La rsistance la compression. La puret La ractivit (pour la chaux arienne) Certaines de ces proprits sont donnes dans le tableau ci-dessous cf. figures 14. Chaux arienne Chaux hydraulique naturelle Ciment naturel prompt Surface spcifique (cm2/g) 8000 - 20000 3000 - 10000 7000 Masse volumique apparente (kg/m3) 490 - 700 400 - 1000 800 - 1300 Poids spcifique (kg/m3) 2200 2500 2600 2900 2980 Rsistance la compression 28 jours (MPa) 2 2 15 30 Figure 14 : caractristiques des liants servant de base la confection des btons de chanvre Ces diffrents liants font lobjet de normes, la norme NF EN 459-1 pour les chaux ariennes et les chaux hydrauliques et la norme NF P 15-314 pour le ciment naturel prompt. Pour les chaux, ces normes dfinissent des exigences en termes de proprits chimiques, physiques et mcaniques et leurs niveaux limites afin de classifier les diffrentes chaux. 4.2.4 Formulation Les liants cits dans les paragraphes prcdents servent de base la formulation de liants pour les btons de chanvre. Ils sont utiliss seuls ou en mlange (selon les recettes des fabricants) et peuvent tre adjuvants. Ladjonction dadjuvants vise modifier les proprits mcaniques, physiques (porosit, permabilit) ou de mise en uvre (ouvrabilit) des mortiers. La nature des adjuvants et leurs proportions font partie des secrets de fabrication des fabricants de liant. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 24 4.2.5 Autres types de liants Les liants voqus dans les paragraphes prcdents sont les bases utilises actuellement ou en cours de dveloppement pour confectionner des btons et mortiers de chanvre. Dautres types de liants minraux tels que largile, le pltre ou encore les ciments nont pas fait lobjet dtudes approfondies pour une utilisation avec le granulat chanvre tel que dfini dans le paragraphe 3.1. On relve toutefois quelques tudes (CEBTP [27], [70], GUIZIOU C. [58]) faisant tat de travaux raliss sur des mlanges pltre/chaux arienne/granulat chanvre et ciment/chaux hydraulique/granulat chanvre/sable ou encore hmihydrates/chanvre et anhydrites/chanvre. Les essais raliss dans le cadre de ces travaux concernent les proprits mcaniques et les caractristiques lies la durabilit et la stabilit dimensionnelle des btons. Par ailleurs certaines tudes dont on parlera dans les paragraphes 3.3 Interactions et 4.6 Proprits mcaniques ont t menes sur des mlanges fibres de chanvre ciment [88], [91] 4.3 Les interactions Quatre types dinteractions interviennent lors de la confection dun bton de chanvre : Linteraction liant-eau Linteraction granulat chanvre-eau Linteraction granulat chanvre-liant Linteraction granulat chanvre-liant-eau 4.3.1 Interactions liant-eau : prise du liant Les diffrents types de liants prsents dans les paragraphes prcdents vont faire leur prise en prsence deau. Ils interagissent donc directement avec leau. Ces interactions sont diffrentes en fonction de la nature du liant et elles conduisent : Pour la chaux arienne, la formation de carbonate de calcium. En effet, lhydroxyde de calcium dans leau va ragir avec le dioxyde de carbone en solution dans leau pour former du carbonate de calcium [66]. Cette raction est aussi appele prise arienne. Pour la chaux hydraulique, la formation de silicates hydrats et de carbonate de calcium. Les silicates (silicates dicalciques et tricalciques) vont se dissoudre dans leau et prcipiter sous forme de silicates hydrats (prise hydraulique), par ailleurs, comme pour la chaux arienne lhydroxyde de calcium dissout dans leau va ragir avec le dioxyde de carbone en solution dans leau pour former du carbonate de calcium (prise arienne). Pour le ciment naturel prompt, la formation daluminates hydrats et de silicates hydrats. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 25 Ces diffrentes ractions ont lieu en plusieurs tapes assez complexes, nous ne citons ici que les principales ractions. Par ailleurs ces ractions se droulent sur des priodes plus ou moins longues en fonction de la nature du liant. Ainsi, CEREZO V. [24] a montr en tudiant les cintiques de schage que, pour des liants base de chaux arienne le schage pouvait durer plus de 2 ans. Ce sont ces ractions de prise qui structure le matriau au niveau molculaire, les proprits mcaniques de ce dernier en dpendront donc fortement. CEREZO V. [24] a montr, pour un liant base de chaux arienne, que les proprits mcaniques voluaient encore aprs 36 mois de schage Cf. figure 15. Cependant, les caractristiques mcaniques atteintes aprs 1 2 mois permettent la poursuite dun chantier. Figure 15 : essais de compression sur un liant base de chaux arienne 4.3.2 Interactions granulat chanvre-eau Les interactions granulat chanvre eau peuvent tre caractrises par : o La sensibilit du granulat chanvre leau liquide o La sensibilit du granulat chanvre leau en phase vapeur. Concernant la sensibilit du granulat chanvre leau liquide (cintiques dabsorption et dsorption). Elle a t caractrise par CEREZO V [24] et par GOURLAY E [55] suivant des procdures diffrentes. Les rsultats sont prsents dans le tableau figure 16 et sur les graphes figure 17. Temps moyen ncessaire pour atteindre un taux de saturation >95% Gain massique saturation Etude CEREZO V 5 min environ 230% Etude GOURLAY E 10 min environ 335% Figure 16 : Gain massique et taux de saturation en eau dun granulat chanvre Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 26 NB : ltude mene par CEREZO V. portait sur un type de granulat chanvre alors que ltude ralise par GOURLAY E. concerne des granulats chanvre dorigines diverses (France, Belgique, Allemagne, Angleterre). Figure 17 : Gain massique dun granulat chanvre immerg CEREZO, COUEDEL, GOURLAY De la mme faon GOURLAY E [55] a tudi les cintiques de dsorption et a montr que lquilibre est atteint au bout dune trentaine dheures et que la perte de masse nest alors que de 80%. Ce qui signifie quil reste une quantit importante deau. Concernant la sensibilit du granulat chanvre leau en phase vapeur Le granulat chanvre est sensible la vapeur deau prsente dans lair. Cette sensibilit est caractrise par les courbes de sorption - dsorption temprature constante. Ces courbes sont prsentes par CEREZO V. [24], Cf. figure 18. Figure 18 : courbes de sorption-dsorption T=20C CEREZO V. (ENTPE) La sensibilit du granulat chanvre leau (vapeur et liquide) dpend de sa microstructure, notamment de sa porosit (taille et forme des pores). Toutefois daprs GOURLAY E [55], la gomtrie des pores ne permet pas dexpliquer elle seule la sensibilit leau. En effet, Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 27 dans le cadre de ces travaux sur diffrents granulats chanvre, il na pu tablir de corrlation entre la surface spcifique des pores et la sensibilit leau. 4.3.3 Interaction granulat chanvre - liant Il sagit avant tout dinteractions physiques lies la taille des pores du granulat et la taille des particules de liants. En effet, il est possible que les particules de liant pntrent lintrieur du granulat, ce qui peut influencer les caractristiques mcaniques du bton. Ces phnomnes nont pas encore t caractriss. 4.3.4 Interactions granulat chanvre-liant-eau Aucune tude ne met en vidence les dissolutions des molcules constituant le granulat chanvre en phase aqueuse et en prsence de liant et linfluence de ces dissolutions sur les autres ractions (ractions de prise par exemple). On peut toutefois citer certaines tudes qui apportent des lments de rflexion. GOVIN A [56] a tudi limpact de produits alcalin sur le bois et a analys les produits de dgradation On sait par exemple, que les hmicelluloses peuvent tre attaques en milieu alcalin et converties en oligosaccharides solubles. Dans le cadre de ces mmes travaux, il a mis en vidence le pouvoir retardateur et inhibiteur du bois sur lhydratation et donc la prise du ciment. Par ailleurs, SEDAN D. [88] a montr que les fibres de chanvre pouvaient fixer les ions calcium et expliquer ainsi des retards de prise observs sur des mlanges fibres de chanvre - ciment ou fibres de chanvre et chaux hydraulique. 4.4 Influence des conditions externes Le granulat chanvre, le liant et leau lorsquils sont mlangs puis lors des ractions de prise et durcissement, peuvent tre conditionns par leur environnement. Cet environnement est caractris par sa temprature, son taux dhumidit relative et sa pression. Chacune de ces caractristiques peut sans doute avoir une influence sur les matires premires et les diffrentes interactions que nous avons dcrites dans les paragraphes prcdents. Des premiers rsultats sur linfluence des conditions externes ont t apports par lENTPE [62]. Dans cette tude, le paramtre variable est le taux dhumidit relative (la temprature tant maintenue constante 20C). Ces travaux montrent que les ambiances sches (infrieures 30% HR) et les ambiances satures en humidit (de lordre de 100 % HR) ralentissent la prise quelque soit la nature du liant (les liants tests dans le cadre de cette tude sont des liants base de chaux arienne et de chaux hydrauliques). Il convient de complter ces travaux en tudiant des cycles dhumidit relative et en prenant en compte le paramtre temprature afin de se rapprocher des conditions de mise en uvre chantier. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre28 5 Les btons et mortiers de chanvre5.1 Dfinition Les btons de chanvre sont dfinis comme tant un conglomrat constitu dun granulat vgtal issu de la plante de chanvre et dun liant minral5.2 Microstructure La microstructure du bton de chanvre dpendra directement des proportions entre le granulat chanvre et le liant Cf. figure 19, 20. Figure 19 : bton faiblement dos en liantDans le cas de btons faiblement doss en partiellement les particules de chanvre mais les lient entre elles. Au contraire dans le cas de btons fortement doss en liant (figure 20), les particules de chanvre sont noyes dans une matrice constitue par le liant.COLLET F. [31] a ralis des observations au MEB de la microstructure de btons et denduits chanvre Cf. figure 21. Elle constate une bonne adhrence entre la matrice de liant et le granulat chanvre. Figure 21 : Photo MEB dun bton et dun enduit chanvre COLLET F. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvreLes btons et mortiers de chanvre nt dfinis comme tant un conglomrat constitu dun granulat vgtal issu de la plante de chanvre et dun liant minral [33]. u bton de chanvre dpendra directement des proportions entre le granulat chanvre et le liant Cf. figure 19, 20. : bton faiblement dos en liant Figure 20 : bton fortement dos en liantDans le cas de btons faiblement doss en liant (figure 19), le liant nenrobe que partiellement les particules de chanvre mais les lient entre elles. Au contraire dans le cas de btons fortement doss en liant (figure 20), les particules de chanvre sont noyes dans une iant. a ralis des observations au MEB de la microstructure de btons et denduits . Elle constate une bonne adhrence entre la matrice de liant et le : Photo MEB dun bton et dun enduit chanvre COLLET F. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 nt dfinis comme tant un conglomrat constitu dun granulat u bton de chanvre dpendra directement des proportions entre le : bton fortement dos en liant liant (figure 19), le liant nenrobe que partiellement les particules de chanvre mais les lient entre elles. Au contraire dans le cas de btons fortement doss en liant (figure 20), les particules de chanvre sont noyes dans une a ralis des observations au MEB de la microstructure de btons et denduits . Elle constate une bonne adhrence entre la matrice de liant et le : Photo MEB dun bton et dun enduit chanvre COLLET F. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 29 Les btons de chanvre prsentent 3 types de porosit : Une porosit intra-particulaire : il sagit de la porosit des particules de chanvre. La taille de ces pores varie de 10 m 400 m (Cf. 3.1.3). Une porosit inter-particulaire : cette porosit est lie larrangement des particules de chanvre entre elles. Elle est trs importante dans le cas de btons faiblement doss en liant et peut atteindre plusieurs mm. Une microporosit : il sagit de la porosit du liant. Cette porosit est de lordre du m. Dans leur majorit, les pores sont interconnects. Cette porosit, trs caractristique des btons et mortier de chanvre, a une influence dterminante sur leurs proprits thermique, hygrothermique et acoustique. Le rseau poreux des btons et mortiers de chanvre a t tudi dans le cadre de diffrentes tudes et des mesures de porosits ont t ralises avec diffrentes mthodes (mthode pycnomtrique, porosimtre mercure, porosit accessible leau). Les rsultats sont prsents dans le tableau de synthse figure 23. La distribution porale dun enduit chanvre a t tablie par COLLET F. [31] par porosimtrie mercure cf. figure 22. Il faut toutefois tre prudent avec les rsultats obtenus par porosimtrie mercure, en effet, lors de la mise en pression le matriau (et notamment les particules de chanvre) peut tre en partie dtruit. Les rsultats sont donc fausss, seuls les essais sur les enduits chanvre (plus fort dosage en liant) peuvent tre pris en compte. Par ailleurs, on notera, comme le souligne GOYER S. [57] que la porosit des btons de chanvre volue au cours du temps avec la prise du liant. Cela est confirm par LAWRENCE R.M.H. [67] qui a montr que la porosit globale diminuait avec la carbonatation pour des mortiers base de chaux arienne. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 30 Figure 22 : distribution porale denduit de chanvre COLLET F. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 31 Etudes Matire premire bton de chanvre Masse volumique du bton Kg/m3 Technique de mesure Porosit % Diamtre mdian m Surface spcifique m2/kg COLLET F. Liant : Tradical PF70 70 Chanvre : chanvribat 390-425 pycnomtre 76,5-78,4 Liant : Tradical PFE Chanvre : chanvribat 785 63,1 Liant : Tradical PF70 70 Chanvre : chanvribat 390-425 Porosimtre mercure 64,4-68,9 0,69-0,78 22389-26660 Liant : Tradical PFE Chanvre : chanvribat 785 65,6 1,10 14790 CEBTP Chaux arienne DL85/pltre gros/chanvre* 620 73,9 % Chaux arienne DL85/chanvre* 740 67 % Chaux arienne DL85/chanvre*/sable 1050 56,5 % Chaux hydraulique NHL 3,5/chanvre*/sable 970 60,4 % Ciment CPA/NHL 3,5/chanvre*/sable 1010 59,4 % EVRARD A. Liant : Tradical PF70 Chanvre : Chanvribat 480 Pycnomtre hlium 73% * granulat chanvre trait au silicate de sodium et de potassium. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 32 Etudes Matire premire bton de chanvre Masse volumique du bton Kg/m3 Technique de mesure Porosit % Diamtre mdian m Surface spcifique m2/kg GOYER S. ENTPE Liant : Tradical PF70 Chanvre : chanvribat 440 Porosit accessible leau 74-78 Liant : Tradical PF70 Chanvre : chanvribat 390 73-76 Liant : Tradical PFE Chanvre : chanvribat 800 56 GOURLAY E Liant : Tradical PF70 Chanvre : origines diverses Europe 247 - 386 Calcul 77-85 Figure 23 : Porosit de btons de chanvre et enduits chanvre Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 33 5.3 Masse volumique 5.3.1 Masse volumique apparente Les masses volumiques apparentes des btons de chanvre ont t values dans le cadre de diffrentes tudes, les rsultats sont prsents dans le tableau ci-dessous figure 24 et figure 25. Echantillons laboratoires : les prouvettes utilises pour les mesures ont t ralises en laboratoires. Dosage liant/granulat mur Dosage liant/granulat enduit Dosage liant/granulat sol Dosage liant/granulat toit CEREZO [24] 391 kg/m3 782 kg/m3 460 kg/m3 256 kg/m3 COLLET [31] 390-425 kg/m3 (sec) 405-440 kg/m3 (23C-50%HR) 785 kg/m3 (sec) 805 kg/m3 (23C-50%HR) EVRARD [49] 400,66 kg/m3 GOURLAY [55] 247,3-386,1 kg/m3 (granulats de diffrentes origines) Figure 24 : masses volumiques de btons de chanvre mesures dans le cadre de diffrentes tudes Echantillons conditions chantiers : les prouvettes utilises pour les mesures ont t prleves sur des murets raliss en conditions chantier avec deux techniques de mise en uvre (mise en uvre manuelle et mise en uvre par projection machine). Dosage liant/granulat mur Mise en uvre manuelle Dosage liant/granulat mur Mise en uvre projection machine ENTPE [38] 397 kg/m3 548 kg/m3 CSTB [38] 391,05 kg/m3 486,70 kg/m3 FFB Champagne Ardenne [50] 530-582 kg/m3 Figure 25 : masses volumiques de btons de chanvre mesures sur des chantillons raliss en conditions chantier Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre34 Paramtres dinfluences : Les variations constates entre les des diffrentes tudes dpendent sans doute de la procdure utilise pour raliser les chantillons et notamment de la force de compactage. CEREZO V. de compactage pouvait entrainer une variation de la donc prconis, pour la ralisation des chantillchaque couche de 0,05MPa. Cette procdure permet dobtenir une excellente rptabilit pour les chantillons ainsi raliss.Par ailleurs, on remarque que les en uvre par projection machine sont plus leves que les de chanvre mis en uvre manuellement. ELFORDY S. volumique dlments en bton de chanvre projet variait en fonction de la distance de projection Cf. figure 26. Figure 26 : Variation de la masse volumiqueLa masse volumique apparente semble auE [55] a montr pour diffrentes chnevottes que celle contenant un taux de 7% en masse prsentait une masse volumique maximale. Il convient de vrifier cette dpendance en faisant varier la teneur en fibres et en mesurant la masse volumique apparente atteinte pourles mmes granulats chanvre et une mme procdure de fabrication dchantillon. 5.3.2 Concentration volumique et composition massique CEREZO V. [24] a tabli une reprsentation visuelle de la concentration volumique et de la composition massique des btons de chanvre ltat frais et aprs la prise du liant. Ces reprsentations prsentes figures 27quantits respectives des composants Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvreLes variations constates entre les masses volumiques apparentes obtenues dans le cadre des diffrentes tudes dpendent sans doute de la procdure utilise pour raliser les chantillons et notamment de la force de compactage. CEREZO V. [24] a montr que la force de compactage pouvait entrainer une variation de la masse volumique jusqu 40%.donc prconis, pour la ralisation des chantillons, une contrainte de compactage pour chaque couche de 0,05MPa. Cette procdure permet dobtenir une excellente rptabilit pour les chantillons ainsi raliss. Par ailleurs, on remarque que les masses volumiques apparentes des btons de chanvre mis uvre par projection machine sont plus leves que les masses volumiquede chanvre mis en uvre manuellement. ELFORDY S. [44] a montr de plus dlments en bton de chanvre projet variait en fonction de la distance de masse volumique en fonction de la distance de projection ELFORDY S.apparente semble aussi tre influence par le taux de fibres. montr pour diffrentes chnevottes que celle contenant un taux de 7% en masse prsentait une masse volumique maximale. Il convient de vrifier cette dpendance en faisant varier la teneur en fibres et en mesurant la masse volumique apparente atteinte pourles mmes granulats chanvre et une mme procdure de fabrication dchantillon. Concentration volumique et composition massique : a tabli une reprsentation visuelle de la concentration volumique et de la composition massique des btons de chanvre ltat frais et aprs la prise du liant. Ces s figures 27-28, permettent davoir une vue synthtique quantits respectives des composants. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 s apparentes obtenues dans le cadre des diffrentes tudes dpendent sans doute de la procdure utilise pour raliser les a montr que la force jusqu 40%. Elle a ons, une contrainte de compactage pour chaque couche de 0,05MPa. Cette procdure permet dobtenir une excellente rptabilit s apparentes des btons de chanvre mis masses volumiques des btons de plus que la masse dlments en bton de chanvre projet variait en fonction de la distance de en fonction de la distance de projection ELFORDY S. ssi tre influence par le taux de fibres. GOURLAY montr pour diffrentes chnevottes que celle contenant un taux de 7% en masse prsentait une masse volumique maximale. Il convient de vrifier cette dpendance en faisant varier la teneur en fibres et en mesurant la masse volumique apparente atteinte pour les mmes granulats chanvre et une mme procdure de fabrication dchantillon. a tabli une reprsentation visuelle de la concentration volumique et de la composition massique des btons de chanvre ltat frais et aprs la prise du liant. Ces voir une vue synthtique sur les Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 35 Figure 27 : Concentration volumique et composition massique dun bton de chanvre ltat frais, CEREZO V. Figure 28 : Concentration volumique et composition massique dun bton de chanvre aprs prise du liant, CEREZO V. Remarques concernant les matires premires : les rsultats prsents ci-dessus concernent des btons de chanvre raliss avec deux types de liants prformuls : le Tradical PF70 et le Tradical PFE (ancienne appellation : Tradichanvre) (BCB). Pour le granulat, seuls les rsultats issus des travaux de GOURLAY E concernent des granulats dorigines diffrentes. 5.4 Proprits hydriques La microstructure des btons de chanvre et plus particulirement la porosit leurs confre des proprits hydriques particulires. La prsence de leau dans le matriau peut se faire sous trois formes diffrentes correspondant diffrents types de liaisons : o Leau lie (qui a ragi avec le liant) o Leau attache par liaisons mcaniques (forces de capillarit) o Leau libre Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre36 La teneur en eau des btons de chanvre varie donc la fois lors des phases de prise et durcissement mais galement lors du schage ou deEn fonction des conditions hydriques externes, diffrents phnomnes dadsorption physiques vont avoir lieu. Il convient de diffrentier le comportement hydrique du bton de chanvre lors du schage et aprs schage. 5.4.1 Comportement hydrique du bton de chanvre lors du schageLe schage est caractris par les courbes de cintiques de schage. Ces courbes reprsentent les pertes de masse (donc deau) du bton de chanvre en fonction du temps. Des courbes de schage ont t tablies dans le cadre de diffrentes tudes (CEBTPMontholier [21], FFB ChampagnelENTPE avec GOYER [57]). Toutes les courbes mettent en vidence deux cintiques de schage avec tout dabord des pertes de masse importantes sur une dure pouvant aller jusqu 60 jours (en fonction des tudes), puis la cintique se ralentitbeaucoup plus lent (pertes de masse plus faiblessignificative, on a atteint un tat sec pour le matriau de schage et le temps de schage peuvent dpendre de diffrents paramtres tels que les conditions externes ou encore des paramtres intrinsques au bpermabilit, nature des matires premires, mode de fabrication). Ainsi, une force de compactage plus leve va rduire la porosit est de la sorte ralentir le processus de schage. Par ailleurs, EVRARD A. [49] a tabli le profil de schage dun lment de bton de chanvre de 25 cm dpaisseur et non recouvert dun enduit (Cf. figure 29).Figure 29 : Profil de schage dun lment de On notera que ces rsultats concernent un seul couple de matires premires, le PF70 pour le liant et le Chanvribat pour le granulat chanvre.Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvreLa teneur en eau des btons de chanvre varie donc la fois lors des phases de prise et durcissement mais galement lors du schage ou de lhumidification au cours du temps. En fonction des conditions hydriques externes, diffrents phnomnes dadsorption Il convient de diffrentier le comportement hydrique du bton de chanvre lors du schage et Comportement hydrique du bton de chanvre lors du schage : Le schage est caractris par les courbes de cintiques de schage. Ces courbes reprsentent les pertes de masse (donc deau) du bton de chanvre en fonction du temps. nt t tablies dans le cadre de diffrentes tudes (CEBTP, FFB Champagne-Ardenne projet AGROBAT [50], EVRARD). Toutes les courbes mettent en vidence deux cintiques de vec tout dabord des pertes de masse importantes sur une dure pouvant aller jusqu 60 jours (en fonction des tudes), puis la cintique se ralentit : le schage est ensuite beaucoup plus lent (pertes de masse plus faibles). Lorsque la masse nvolue plussignificative, on a atteint un tat sec pour le matriau temps de schagede schage et le temps de schage peuvent dpendre de diffrents paramtres tels que les conditions externes ou encore des paramtres intrinsques au bton de chanvre (porosit, permabilit, nature des matires premires, mode de fabrication). Ainsi, une force de compactage plus leve va rduire la porosit est de la sorte ralentir le processus de a tabli le profil de schage dun lment de bton de chanvre de 25 cm dpaisseur et non recouvert dun enduit (Cf. figure 29). : Profil de schage dun lment de mur en bton de chanvre de 25 cm, EVRARD A.On notera que ces rsultats concernent un seul couple de matires premires, le hanvribat pour le granulat chanvre. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 La teneur en eau des btons de chanvre varie donc la fois lors des phases de prise et lhumidification au cours du temps. En fonction des conditions hydriques externes, diffrents phnomnes dadsorption Il convient de diffrentier le comportement hydrique du bton de chanvre lors du schage et Le schage est caractris par les courbes de cintiques de schage. Ces courbes reprsentent les pertes de masse (donc deau) du bton de chanvre en fonction du temps. nt t tablies dans le cadre de diffrentes tudes (CEBTP-projet , EVRARD A. [49], et ). Toutes les courbes mettent en vidence deux cintiques de vec tout dabord des pertes de masse importantes sur une dure pouvant aller : le schage est ensuite Lorsque la masse nvolue plus de faon temps de schage . Les cintiques de schage et le temps de schage peuvent dpendre de diffrents paramtres tels que les ton de chanvre (porosit, permabilit, nature des matires premires, mode de fabrication). Ainsi, une force de compactage plus leve va rduire la porosit est de la sorte ralentir le processus de a tabli le profil de schage dun lment de bton de chanvre mur en bton de chanvre de 25 cm, EVRARD A. On notera que ces rsultats concernent un seul couple de matires premires, le Tradical Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 37 5.4.2 Comportement hydrique du bton de chanvre aprs schage. Deux types de comportement sont considrer : o Le comportement par rapport leau en phase vapeur dans lair o Le comportement par rapport leau en phase liquide soit dans le cas o le bton de chanvre serait mis en contact avec de leau liquide soit lorsque de la vapeur se condense au sein du matriau. Il est maintenant bien tabli quen fonction de la teneur en eau de lair, les matriaux peuvent fixer ou librer des molcules deau avec le milieu environnant. Ces phnomnes de sorption physique puis de condensation capillaire vont avoir lieu dans les pores des btons de chanvre et ce dautant plus que la porosit et plus prcisment, la permabilit du bton seront leves. Daprs GOYER S [57], pour une HR de 50% la condensation capillaire apparait pour des pores de rayon infrieur 0,1m. La transition est relativement complexe mais le rseau fortement dvelopp des btons de chanvre permet un change de volumes importants deau. Une fois des mnisques forms dans un pore, leau sous forme liquide peut se dplacer en fonction des pressions dair appliques ou par effet de capillarit. Le comportement hygroscopique des btons de chanvre peut tre caractris par : o La permabilit la vapeur deau. o Les isothermes de sorption-dsorption o Le coefficient de diffusion hydrique 5.4.2.1 Permabilit la vapeur deau La permabilit la vapeur deau reprsente la quantit de gaz transmise travers une surface par unit de temps, de pression et dpaisseur. La permabilit la vapeur deau (), ainsi que le facteur de rsistance la vapeur deau ( = avec a (permabilit la vapeur de lair)= 2 10-10 kg/(m.s.Pa)) ont t mesurs dans le cadre de diffrentes tudes, les rsultats de ces mesures sont synthtiss dans le tableau figure 30. Par ailleurs, GOYER S. [57] a modlis la permabilit la vapeur des btons de chanvre par homognisation auto-cohrente en fonction de la permabilit des diffrents constituants du bton de chanvre (liant : Tradical70 + granulat chanvre Chanvribat) et de lhygromtrie. EVRARD A. [49] a tabli le facteur de rsistance la vapeur pour des btons de chanvre (liant : Tradical70 + granulat chanvre Chanvribat) ayant t mis en uvre avec diffrentes techniques de mlanges et de compactages. Les valeurs de sont comprises entre 3,59 et 7,68 avec une augmentation de la rsistance la vapeur lorsque la force de compactage crot. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 38 Etudes Matire premire bton de chanvre Masse volumique du bton Kg/m3 Technique de mesure Permabilit (sec) Kg/(m.s.Pa) Fact rsistance (sec) Permabilit (humide) Kg/(m.s.Pa) Fact rsistance (humide) COLLET F. Liant : Tradical PF70 Chanvre : Chanvribat 405-440 EN ISO 12572 1,7 10-11 (HR 50%) 11,7 (HR 50%) 2,3 10-11 (HR 85%) 8,7 (HR 85%) Liant : Tradical PFE Chanvre : Chanvribat 805 1,5 10-11 (HR 50%) 13 (HR 50%) 1,9 10-11 (HR 85%) 10,6 (HR 85%) CEBTP NHL2 Granulat : Chanvribat 476 2,6 NHL3,5 Granulat : Chanvribat 563 3,6 NHL5Z Granulat : Chanvribat 540 7,5 Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 495 12,9 EVRARD A Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 480 EN ISO 12572 1,56 10-7 4,85 4,76 Figure 30 : permabilit la vapeur mesure dans diffrentes tudes Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 39 On constate quelques diffrences entre les mesures de COLLET F. [31] et EVRARD A. [49], SAMRI D. [86] explique ces diffrences par le fait que dans le cas des essais raliss par COLLET F. les rsistances hydriques aux limites de lchantillon ainsi que la couche dair nont pas t pris en compte. 5.4.2.2 Isothermes de sorption-dsorption Il sagit de courbes essentielles qui synthtisent lensemble des phnomnes et indiquent la teneur en eau massique du bton de chanvre en fonction du taux dhumidit relative de lair temprature donne. Les isothermes de sorption-dsorption ont t tablies 20C par CEREZO V. [24], COLLET F. [31] et EVRARD A. [49], pour des btons de chanvre raliss avec les liants suivants : Tradical PF70 et Tradical PFE (ancienne appellation : Tradichanvre) et le granulat chanvre suivant : Chanvribat. Ces isothermes sont prsentes figures 31, 32 et 33. Figure 31 : Isothermes de sorption-dsorption 20C pour un enduit chanvre (droite) et pour un bton de chanvre (gauche) COLLET F. Figure 32 : Isothermes de sorption-dsorption 20C pour diffrents dosages de bton de chanvre obtenues lENTPE [CEREZO V]. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre40 Figure 33 : Isothermes de sorption 20C dun bton de chanvre, EVRARD A.Dans le cadre de la thse de courbes peuvent se dduire de celles des matires premireshumidit relative donne, ltat dquilibre du bton, en fonction de sa composition, est donc proche de celui atteint par chaque composant dans les mme Enfin, il convient de souligner lcart des valeurs de teneur en eau pour les courbes de sorption et dsorption pour des conditions environnantes identiques. Cet cart est li des tats nergtiques diffrents lors de ces deux processus phdifficult importante au moment de modliser les transferts dhumidit au sein du matriau. 5.4.2.3 Coefficient de diffusion hydriqueLa diffusivit hydrique correspond la vitesse dmatriau des gradients dhumidit relative HR.la modlisation des transferts hydriques dans les btons de chanvre. Une question est notamment importante, elle concerne lvaluation du moteur printeneurs en eau au sein du matriau, moteur essentiellement attach aux dplacements de la vapeur deau ou celle de leau liquide. Le coefficient de diffusion hydrique isotherme a t calcul en fonction de la teneur en eau massique pour le bton de chanvre et lenduit chanvre chaux par COLLET F.[57] et EVRARD A [49], ce coefficient est compris entre 10Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre: Isothermes de sorption 20C dun bton de chanvre, EVRARD A.Dans le cadre de la thse de CEREZO V., les travaux de lENTPE ont montr que ces courbes peuvent se dduire de celles des matires premires : pour une condition en humidit relative donne, ltat dquilibre du bton, en fonction de sa composition, est donc proche de celui atteint par chaque composant dans les mmes conditions.Enfin, il convient de souligner lcart des valeurs de teneur en eau pour les courbes de sorption et dsorption pour des conditions environnantes identiques. Cet cart est li des tats nergtiques diffrents lors de ces deux processus physiques. Il constitue une difficult importante au moment de modliser les transferts dhumidit au sein du Coefficient de diffusion hydrique ou diffusivit hydrique La diffusivit hydrique correspond la vitesse de dplacement de leau dhumidit relative HR. Cest un paramtre important en vue de la modlisation des transferts hydriques dans les btons de chanvre. Une question est notamment importante, elle concerne lvaluation du moteur principal dvolution des teneurs en eau au sein du matriau, moteur essentiellement attach aux dplacements de la vapeur deau ou celle de leau liquide. Le coefficient de diffusion hydrique isotherme a t calcul en fonction de la teneur en eau que pour le bton de chanvre et lenduit chanvre chaux par COLLET F., ce coefficient est compris entre 10-10 m2/s et 10-5 m2Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 : Isothermes de sorption 20C dun bton de chanvre, EVRARD A. ont montr que ces : pour une condition en humidit relative donne, ltat dquilibre du bton, en fonction de sa composition, est s conditions. Enfin, il convient de souligner lcart des valeurs de teneur en eau pour les courbes de sorption et dsorption pour des conditions environnantes identiques. Cet cart est li ysiques. Il constitue une difficult importante au moment de modliser les transferts dhumidit au sein du e dplacement de leau liquide au sein du Cest un paramtre important en vue de la modlisation des transferts hydriques dans les btons de chanvre. Une question est cipal dvolution des teneurs en eau au sein du matriau, moteur essentiellement attach aux dplacements de Le coefficient de diffusion hydrique isotherme a t calcul en fonction de la teneur en eau que pour le bton de chanvre et lenduit chanvre chaux par COLLET F. [32], GOYER S. 2/s. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre41 5.4.2.4 Comportement par rapport leau en phase liquide Le bton de chanvre sec est suppos ne plus contenir deau libre, toutefois, il convient de connaitre son comportementphase liquide. Du fait de sa porosit (Cf. 5.2), le bton de chanvre va absorber leau liquide par capillarit. Ce comportement est li la nature de la porosit des btons de chanvre et au fait que les pores sont connects.La quantit deau liquide maximale quil peut absorber est dfinie par la teneur en eau de saturation. Elle a t mesure par COLLET F.figure 34). (liantgranulatTeneur en eau massique de saturation Figure 34 : Teneur en eau massique de saturation COLLET F.Ces phnomnes dabsorptionEVRARD A. a tabli le profil (par rsonnance magntique nuclaire) de la teneur en eau liquide (en fonction de lpaisseur) dun chantillon de bton de chanvre de 4cmx4cmx25cm dont une des faces est mise en contact avec de leau liquide Cf. figure 35. Figure 35 : profil Des mesures exprimentales ont permis de dterminer le coefficient dabsorption capillaire. EVRARD A. la tabli 7,36 10dabsorption denviron 4,42 10eau initial plus important dans le cas des essais raliss par EVRARD A.Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvreComportement par rapport leau en phase liquide Le bton de chanvre sec est suppos ne plus contenir deau libre, toutefois, il convient de connaitre son comportement dans le cas o ce dernier est mis en contact avec de leau en phase liquide. Du fait de sa porosit (Cf. 5.2), le bton de chanvre va absorber leau liquide . Ce comportement est li la nature de la porosit des btons de chanvre et fait que les pores sont connects. La quantit deau liquide maximale quil peut absorber est dfinie par la teneur en eau de saturation. Elle a t mesure par COLLET F. [31] pour des btons et des enduits chanvre (Cf. Enduit (liant : Tradical PFE+ granulat : Chanvribat) Bton de chanvre A (liant : Tradical70+ granulat : Chanvribat) Bton de chanvre granulat87% 163,6% : Teneur en eau massique de saturation COLLET F. Ces phnomnes dabsorption capillaire ont t tudis par EVRARD A. [49]le profil (par rsonnance magntique nuclaire) de la teneur en eau liquide (en fonction de lpaisseur) dun chantillon de bton de chanvre de 4cmx4cmx25cm dont une des faces est mise en contact avec de leau liquide Cf. figure 35. : profil dabsorption deau liquide par RMN, EVRARD A.Des mesures exprimentales ont permis de dterminer le coefficient dabsorption capillaire. EVRARD A. la tabli 7,36 10-2 kg.m2.s-1/2, en revanche GOYER S trouve un coefficient 10-2 kg.m2.s-1/2. Elle explique cette diffrence par un dosage en eau initial plus important dans le cas des essais raliss par EVRARD A. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 Le bton de chanvre sec est suppos ne plus contenir deau libre, toutefois, il convient de dans le cas o ce dernier est mis en contact avec de leau en phase liquide. Du fait de sa porosit (Cf. 5.2), le bton de chanvre va absorber leau liquide . Ce comportement est li la nature de la porosit des btons de chanvre et La quantit deau liquide maximale quil peut absorber est dfinie par la teneur en eau de pour des btons et des enduits chanvre (Cf. Bton de chanvre B (liant : Tradical70+ granulat : Chanvribat) 168,3% [49] et GOYER S [57]. le profil (par rsonnance magntique nuclaire) de la teneur en eau liquide (en fonction de lpaisseur) dun chantillon de bton de chanvre de 4cmx4cmx25cm dabsorption deau liquide par RMN, EVRARD A. Des mesures exprimentales ont permis de dterminer le coefficient dabsorption capillaire. , en revanche GOYER S trouve un coefficient . Elle explique cette diffrence par un dosage en Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre42 5.5 Proprits hygrothermique Diffrentes grandeurs caractrisent les proppour les matriaux du btiment,thermique (C), la diffusivit ou encore leffusivit.Ces diffrentes caractristiques ont t values dans de nombreuses tudes pour les btons et mortiers de chanvre.5.5.1 Conductivit thermiqueLa conductivit thermique caractrise la capacit dun matriau transmettre la chaleur par conduction. La conductivit thermique du bton de chanvre dpend des paramtres suivants Nature et dosage des mat Mode de fabrication de lchantillon (force de compactage, distance de projection) Teneur en eau du matriau.1. Nature et dosage des matires premiresLes premires mesures ralises et prsentesde la chnevotte en vrac : lair contenu la fois lintrieur des particules mais galement entre les particules conduit des conductivitfonction de la compacit ( 110( 0,028 W/mK), cette qualit bnficie aussi au bton de chanvre.CEREZO V. [24] a mesur la conductivit thermique de btons de chanvre secs, raliss partir de diffrents dosages, et a montr quelle varie de 0,06 W/(mK) et 0,19 W/(mK) en fonction de la kg/m3 (Cf. figure 36). Figure 36 : Conductivit thermique btons de chanvre en fonction de la Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvrehygrothermiques Diffrentes grandeurs caractrisent les proprits thermiques dun matriau. pour les matriaux du btiment, on peut citer : la conductivit thermique ( ou encore leffusivit. Ces diffrentes caractristiques ont t values dans de nombreuses tudes pour les mortiers de chanvre. Conductivit thermique La conductivit thermique caractrise la capacit dun matriau transmettre la chaleur La conductivit thermique du bton de chanvre dpend des paramtres suivantsNature et dosage des matires premires Mode de fabrication de lchantillon (force de compactage, distance de projection)Teneur en eau du matriau. Nature et dosage des matires premires Les premires mesures ralises et prsentes dans [13] montrent la trs faible conductivit : lair contenu la fois lintrieur des particules mais galement entre les particules conduit des conductivits thermiques de lordre de 0,04 110 kg/m3). Lair prsentant une faible conductivit thermique ette qualit bnficie aussi au bton de chanvre. a mesur la conductivit thermique de btons de chanvre secs, raliss partir de diffrents dosages, et a montr quelle varie de faon quasiW/(mK) et 0,19 W/(mK) en fonction de la masse volumique sur lintervalle 200: Conductivit thermique btons de chanvre en fonction de la masse volumiqueSynthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 rits thermiques dun matriau. Principalement : la conductivit thermique (), la capacit Ces diffrentes caractristiques ont t values dans de nombreuses tudes pour les La conductivit thermique caractrise la capacit dun matriau transmettre la chaleur La conductivit thermique du bton de chanvre dpend des paramtres suivants : Mode de fabrication de lchantillon (force de compactage, distance de projection) montrent la trs faible conductivit : lair contenu la fois lintrieur des particules mais galement de lordre de 0,048 W/(mK) en Lair prsentant une faible conductivit thermique a mesur la conductivit thermique de btons de chanvre secs, raliss faon quasi-linaire entre sur lintervalle 200 - 840 masse volumique Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 43 NB : Dans les rsultats prsents ci-dessus, les variations de masses volumiques des diffrents btons de chanvre tests sont dues aux dosages et non au compactage lors de la mise en uvre de lchantillon. Les matires premires utilises sont : liant Tradical PF70 + granulat chanvre Chanvribat. La nature du liant et le granulat chanvre, peut tre dans une moindre mesure, ont une influence vidente sur la conductivit thermique du bton de chanvre. ARNAUD L. et al. et CEREZO V., [4],[5],[8],[24] a modlis la conductivit thermique en fonction de la connaissance des caractristiques (conductivit thermique) et des concentrations volumiques des constituants. La formule obtenue est la suivante : = 1 + 1 3 +1 + 3 1 1 3 1 2 + 1 Avec = 1 1 + 1 Et = + 111 1 + 1 = "#$%&'( &*+# (%*$ * ",'-# -* ( .,#'($%,* /$,* l : conductivit thermique du liant pc : conductivit thermique des particules de chanvre a : conductivit thermique de lair ambiant 20C l : masse volumique du liant pc : masse volumique particules chanvre en vrac Des rsultats de mesures de conductivit thermique pour diffrents liants (tude CEBTP [27], [70], tude GUIZIOU C. [58]) et pour diffrents granulats chanvre (tude GOURLAY E. [55]) sont prsents dans le tableau de synthse figure 40. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre44 2. Mode de fabrication d Le mode de fabrication de lchantillon influence directement la porosit du matriau donc la conductivit thermique car lair prsente une trs faible conductivit thermique. ELFORDY S [44] a tabli la variation de la conductivit de btons de chanvre raliss par projection pour diffrentes distances de projection (Cf. figure 37). Remarque : le rapport dessais ne prcise pashygromtriques dans lesquelles ont t raliss les essaismanire trs significative la mesureFigure 37 : Variation de la conductivit thermique en fonction de la Pour le mme type de mise en uvre, les essais mens dans le cadre du projet AGROBAT (FFB Champagne-Ardenne) [50]peut entrainer une variation de la conductivit thermique de 40%.3. Teneur en eau du matriau Nous avons vu dans le paragraphe 5.4 que le bton de chanvre tait sensible lhumidit. Le transfert de vapeur au sein du matriau et la formation deau liquide dans le matriau par condensation capillaire notamment va entrainer une augmentation sensible de la conductivit thermique du matriau car leau prsente une conductivit leve au regard des autres composants. Linfluence de leau sur la conductivit thermique du bton de chanvre a t tudie par CEREZO V. [24] et COLLET F.conductivit thermique sur des btons humides ont t ralises (avec deux mthodes de mesures : en rgime permanent et en rgime transitoirSynthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvreMode de fabrication de lchantillon Le mode de fabrication de lchantillon influence directement la porosit du matriau donc la conductivit thermique car lair prsente une trs faible conductivit thermique. a tabli la variation de la conductivit de btons de chanvre raliss par projection pour diffrentes distances de projection (Cf. figure 37). : le rapport dessais ne prcise pas les teneurs en eau et les conditions hygromtriques dans lesquelles ont t raliss les essais, or ce paramtre peut influer de manire trs significative la mesure. : Variation de la conductivit thermique en fonction de la masse volumiqueen uvre par projection machine Pour le mme type de mise en uvre, les essais mens dans le cadre du projet AGROBAT [50], montre quune variation de 23% de la masse volumique peut entrainer une variation de la conductivit thermique de 40%. Teneur en eau du matriau Nous avons vu dans le paragraphe 5.4 que le bton de chanvre tait sensible lhumidit. vapeur au sein du matriau et la formation deau liquide dans le matriau par condensation capillaire notamment va entrainer une augmentation sensible de la conductivit thermique du matriau car leau prsente une conductivit leve au regard Linfluence de leau sur la conductivit thermique du bton de chanvre a t tudie par et COLLET F. [31] Pour les deux tudes des mesures exprimentales de conductivit thermique sur des btons humides ont t ralises (avec deux mthodes de rgime permanent et en rgime transitoire). Dans les deux cas, limpact de Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 Le mode de fabrication de lchantillon influence directement la porosit du matriau donc la conductivit thermique car lair prsente une trs faible conductivit thermique. a tabli la variation de la conductivit de btons de chanvre raliss par les teneurs en eau et les conditions , or ce paramtre peut influer de masse volumique pour une mise Pour le mme type de mise en uvre, les essais mens dans le cadre du projet AGROBAT ntre quune variation de 23% de la masse volumique Nous avons vu dans le paragraphe 5.4 que le bton de chanvre tait sensible lhumidit. vapeur au sein du matriau et la formation deau liquide dans le matriau par condensation capillaire notamment va entrainer une augmentation sensible de la conductivit thermique du matriau car leau prsente une conductivit leve au regard Linfluence de leau sur la conductivit thermique du bton de chanvre a t tudie par Pour les deux tudes des mesures exprimentales de conductivit thermique sur des btons humides ont t ralises (avec deux mthodes de e). Dans les deux cas, limpact de Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 45 lhumidit sur la conductivit thermique des btons de chanvre a aussi t modlise par diffrentes mthodes (modle parallle, homognisation autocohrente), ces modles sont en accord avec les rsultats exprimentaux. Les principaux rsultats des mesures exprimentales sont prsents figure 38 et 39, ils mettent en vidence la forte variabilit de la conductivit thermique du matriau avec lhygromtrie de lenvironnement. Figure 38 : Conductivit des btons de chanvre pour diffrentes conditions dhumidit relatives CEREZO V. On constate que la conductivit thermique est plus sensible lhumidit pour les btons de chanvre de faible masse volumique. En moyenne elle augmente de 0,02 W/(mK) entre ltat sec et HR=75%. Figure 39 : Conductivit thermique pour un enduit chanvre (gauche) et un bton de chanvre (droite) en fonction de la teneur en eau COLLET F. La conductivit thermique de lenduit chanvre est moins sensible lhumidit que le bton de chanvre. Les variations de conductivit thermique sont de lordre de 0,01 W/(mK) en fonction de la teneur en eau pour des humidits relatives allant de 0% 80%. Le tableau prsent figure 40, synthtise les rsultats de mesures exprimentales de diffrentes tudes. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 46 Etudes Matires premires Masse volumique des btons de chanvre kg/m3 Fabrication des chantillons Nb dchantillons tests Mthode exprimentale Condition hygromtriques Conductivit thermique W/(mK) CEREZO V. ENTPE Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 200 En laboratoire manuellement avec force de compactage constante 47 Boites thermiques HR : 0 % 0,06 444 0,10 506 0,11 200 25 HR : 50 % 0,089 444 0,12 506 0,13 200 8 HR : 75 % 0,1 444 0,14 506 0,15 COLLET F Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 405 440 En laboratoire manuellement 4 Plaque chaude garde Ambiante laboratoire 0,110 0,124 Liant : Tradical PFE Granulat : Chanvribat 805 En laboratoire manuellement 2 Plaque chaude garde Ambiante laboratoire 0,194 Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 392,9 10 Rgime transitoire CT mtre HR : 0-2% 0,11 405,4 10 HR : 50 % 0,12 412,4 10 HR : 80 % 0,12 Liant : Tradical PFE Granulat : Chanvribat 754,1 10 HR : 0-2% 0,21 764,6 10 HR : 50 % 0,21 783 10 HR : 80 % 0,21 AGROBAT-FFB Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 454 559 Sur chantier par projection machine 12 Plaque chaude garde Ambiante laboratoire 0,14 0,184 Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 47 Etudes Matires premires Masse volumique des btons de chanvre kg/m3 Fabrication des chantillons Nb dchantillons tests Mthode exprimentale Condition hygromtriques Conductivit thermique W/(mK) ASCNI-CSTB Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 391,05 Manuel en condition chantier 2 Plaque chaude garde Ambiante laboratoire 0,119 Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 486,7 Projection machine en conditions chantier 2 Ambiante laboratoire 0,1395 Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 364,85 Manuel en condition chantier 2 sec 0,0977 Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 440,8 Projection machine en conditions chantier 2 sec 0,1016 Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 421,1 Manuel en condition chantier 2 Ambiante laboratoire 0,1026 Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 398,2 2 sec 0,0901 CEBTP NHL2 Granulat : Chanvribat 476 En laboratoire manuellement Plaque chaude garde Ambiante laboratoire 0,10 NHL3,5 Granulat : Chanvribat 563 0,15 NHL5Z Granulat : Chanvribat 540 0,11 Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 495 0,13 Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 48 Etudes Matires premires Masse volumique des btons de chanvre kg/m3 Fabrication des chantillons Nb dchantillons tests Mthode exprimentale Condition hygromtriques Conductivit thermique W/(mK) GOURLAY E ENTPE Liant : Tradical PF70 Granulat : LCDA classique 247 En laboratoire manuellement 10 Plaque chaude garde Ambiante laboratoire 0,094 Liant : Tradical PF70 Granulat : LCDA grise. 316 0,109 Liant : Tradical PF70 Granulat : LCDA moyenne. 370 0,106 Liant : Tradical PF70 Granulat : LCDA fibr. 355 0,102 Liant : Tradical PF70 Granulat : Hemcore. 297 0,102 Liant : Tradical PF70 Granulat : BAFA. 294 0,101 Liant : Tradical PF70 Granulat : NAFGO 364 0,112 Liant : Tradical PF70 Granulat : Hanfasser 296 0,087 Liant : Tradical PF70 Granulat : CF1 386 0,105 Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 49 Liant : Tradical PF70 Granulat : CF2. 386 0,112 Etudes Matires premires Masse volumique des btons de chanvre kg/m3 Fabrication des chantillons Nb dchantillons tests Mthode exprimentale Condition hygromtriques Conductivit thermique W/(mK) ELFORDY S (cf. p 44) Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 417 551 Par projection machine Plaque chaude garde Ambiante laboratoire 0,179 0,542 GUIZIOU ENTPE Liant : hmihydrates Granulat : Chanvribat 343 En laboratoire manuellement 3 Boites thermiques Ambiante laboratoire 0,095 Liant : Ciment prompt naturel Granulat : Chanvribat 382 0,109 Liant : hmihydrates+adj Granulat : Chanvribat 268 0,106 Liant : hmihydrates+adj Granulat : Chanvribat 504 0,143 Liant : hmihydrates Granulat : Chanvribat 425 0,117 Liant : anhydrite Granulat : Chanvribat 564 0,14 EVRARD A. Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 480 En laboratoire manuellement 3 Plaque chaude garde sec 0,115 Figure 40 : mesures exprimentales de la conductivit thermique de diffrentes tudes Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 50 5.5.2 Capacit thermique La capacit thermique est une grandeur qui permet de quantifier la capacit qua un corps absorber ou restituer de lnergie par change thermique. En dautres termes, la capacit thermique du matriau caractrise la capacit du matriau stocker de la chaleur. Cette grandeur a t dtermine dans le cadre de diffrentes tudes : La capacit thermique massique du bton de chanvre et de lenduit chanvre chaux a t calcule partir des mesures de conductivit et de diffusivit thermique par COLLET F. [31] pour diffrentes humidits relatives avec la formule suivante : & = Avec : c : chaleur massique : masse volumique a : diffusivit Par ailleurs, la chaleur massique des btons de chanvre a aussi t mesure par EVRARD A. [49] pour le bton de chanvre sec et calcul pour diffrents taux dhumidit relative. Tous les rsultats sont synthtiss dans le tableau figure 41. Masse volumique Kg/m3 HR Chaleur massique J/(kg.K) Commentaire COLLET F. Bton de chanvre 329,9 0-2% 1000 Calcul partir de la conductivit et de la diffusivit 405,4 50% 940 412,4 80% 990 Enduit chanvre 754,1 0-2% 1070 764,6 50% 1030 783 80% 1070 EVRARD A Bton de chanvre 440 0% 1560 Mesure 32% 1631 calcul 50% 1667 65% 1708 80% 1735 93% 1777 100% 3000 Figure 41 : Chaleur massique de btons de chanvre et denduits chanvre. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 51 Les diffrences constates sont sans doute lies aux diffrentes dmarches suivies. En effet, dans un cas (COLLET F.) la chaleur massique est calcule partir de la mesure de diffusivit (mesure par sonde anneau) alors que dans lautre cas (EVRARD A.) la chaleur massique est mesure et la diffusivit est ensuite calcule partir de ces mesures. Ces rsultats peuvent tre obtenus directement par le calcul partir des chaleurs massiques de chaque constituant. La valeur obtenue sec pour de la chnevotte par COUEDEL I. est mesure C 1490 J/(kg K). Remarques : les calculs et mesures ont t raliss pour des btons de chanvre raliss avec du Tradical70 (liant) et du Chanvribat (granulat chanvre). 5.5.3 Diffusivit thermique La diffusivit est la vitesse de pntration et dattnuation dune onde thermique dans un milieu. Elle caractrise donc la capacit dun matriau transmettre une variation de temprature. Elle est directement calcule partir de la conductivit thermique, de la masse volumique et de la chaleur massique suivant la formule : a=/(c) La diffusivit a aussi t mesure partir dune sonde anneau (Cf. COLLET F. [31]). Les principales valeurs sont donnes dans le tableau figure 42. Masse volumique Kg/m3 HR Diffusivit m2/s Commentaire COLLET F. Bton de chanvre 329,9 0-2% 2,72 10-7 Mesur avec une sonde anneau 405,4 50% 3,02 10-7 412,4 80% 2,96 10-7 Enduit chanvre 754,1 0-2% 2,54 10-7 764,6 50% 2,62 10-7 783 80% 2,56 10-7 EVRARD A Bton de chanvre 440 0% 1,68 10-7 Calcul partir des mesures de chaleur massique et de conductivit 32% 1,43 10-7 50% 1,41 10-7 65% 1,38 10-7 80% 1,37 10-7 93% 1,37 10-7 100% 0,98 10-7 Figure 42 : Diffusivit des btons de chanvre Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 52 Concernant les diffrences constates, les mmes remarques que pour la chaleur massique peuvent tre faites. 5.5.4 Effusivit thermique L'effusivit d'un matriau caractrise sa capacit changer de l'nergie thermique avec son environnement, elle reprsente la rapidit avec laquelle le matriau absorbe des calories, plus elle est leve plus le matriau absorbe de lnergie sans se rchauffer. Leffusivit est calcule partir de la relation suivante : Eff=(c)1/2. Leffusivit a t calcule par EVRARD A. [49] et SAMRI D. [86] dans deux tudes diffrentes. EVRARD A trouve la valeur suivante : 286 J.m-2.K-1.s-1/2 pour un bton de chanvre ltat sec ayant une masse volumique denviron 480 kg/m3. SAMRI D tablit leffusivit 213 J.m-2.K-1.s-1/2 et 162 J.m-2.K-1.s-1/2 pour des btons de chanvre de masse volumique respectives de 430 kg/m3 et 317 kg/m3. EVRARD A a par ailleurs tabli la variation de leffusivit en fonction de lhumidit relative, elle est relativement stable jusqu HR=93% (entre 305 et 343 J.m-2.K-1.s-1/2). Remarque : ces rsultats concernent des btons raliss avec le liant Tradical PF70 et le granulat chanvre Chanvribat. 5.5.5 Modlisation du comportement hygrothermique dune paroi en bton de chanvre Deux tudes ont t consacres la modlisation du comportement hygrothermique dune paroi en bton de chanvre, il sagit des thses de SAMRI D. [86] et EVRARD A. [49]. Les rsultats de ces travaux seront prsents dans le paragraphe 7 performances des ouvrages en bton de chanvre . Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 53 5.6 Proprits mcaniques Afin dvaluer les performances mcaniques des btons de chanvre, leurs comportements en compression, en flexion ou encore au cisaillement ont t tudis. De nombreux travaux ont t publis sur des btons de chanvre raliss avec diffrents liants et diffrents granulats chanvre, pour diffrents dosage, mis en uvre manuellement et la machine. Toutes les tudes ont ncessit la mise en place de procdures dessais adaptes au matriau bton de chanvre. Ces procdures prcises notamment : le mode de fabrication des prouvettes dessais, les conditions de conservation des prouvettes, lge des prouvettes lors de lessai, les rglages des machines dessais. 5.6.1 Comportement en compression Le comportement du bton peut se caractriser par des essais de compression simple ou compression cyclique [12],[13]. Ces essais permettent dobtenir les grandeurs caractristiques de base essentiellement notamment pour les dimensionnements de structures : o la rsistance en compression (contrainte maximale avant rupture) o le module dYoung (raideur du matriau) o la dformation la rupture : dformation du matriau au niveau du maximum de contrainte o le coefficient de Poisson (). Dtermin la zone de comportement lastique du matriau, il reprsente le rapport entre dformation radiale et dformation axiale. Toutes ces caractristiques pour les btons de chanvre sont prsentes figure 49. CEREZO V. [24] prsente lallure gnrale de la courbe contrainte vs dformation et dcrit le comportement du bton de chanvre en compression, Cf. figure 43. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre54 Figure 43 : contrainte en compression vs dformationDans la phase initiale lors de la mise en charge le bton de chanvre prsente un comportement quasi lastique linaire.montre clairement que le matriau est lastoplastique ds les plus faibles sollicitations. Cependant en premire approche, il sera considrer comme lastique linaire. La dformation devient ensuite non linliant. Le comportement est alors lastoductilit marqu. Jusquau maximum de contrainte (efforts, ensuite les particules de granulat chanvre prennent le relai. Le comportement est alors considr comme non fragile, le bton de chanvre conserve une certaine cohsion lui permettant de continuer reprendre les efforts mme lorsquil est endommag.Dun point de vue mcanique, ce comportement est tout fait intressant, puisque le matriau montre une grande souplesse lui permettant de sadapter des sollicitations (variations dimensionnelles, tassements localiss, vibration, ) sans rupture fragile, sans fissure macroscopique. 5.6.2 Comportement en flexionLe comportement en flexion des btons de chanvre a Les essais de flexions trois ou quatre points permettent de dterminer la rsistance la flexion du bton de chanvre (Cf. figductile. Ils confirment les observations prcdentesreprendre les efforts malgr lapparition de fissures. Ce sont les particules de chanvre qui permettent le pontage de la matrice de liant fissure.Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre: contrainte en compression vs dformation CEREZO V.Dans la phase initiale lors de la mise en charge le bton de chanvre prsente un lastique linaire. Cependant lanalyse de cycles de charge dcharge clairement que le matriau est lastoplastique ds les plus faibles sollicitations. Cependant en premire approche, il sera considrer comme lastique linaire. La dformation devient ensuite non linaire, due la fissuration progressive de la matrice de liant. Le comportement est alors lasto-plastique, il se caractrise de plus par un palier de ductilit marqu. Jusquau maximum de contrainte (max), le liant reprend la majorit des e les particules de granulat chanvre prennent le relai. Le comportement est alors considr comme non fragile, le bton de chanvre conserve une certaine cohsion lui permettant de continuer reprendre les efforts mme lorsquil est endommag.e vue mcanique, ce comportement est tout fait intressant, puisque le matriau montre une grande souplesse lui permettant de sadapter des sollicitations (variations dimensionnelles, tassements localiss, vibration, ) sans rupture fragile, sans Comportement en flexion Le comportement en flexion des btons de chanvre a t tudi par lENTPE et le CSTBLes essais de flexions trois ou quatre points permettent de dterminer la rsistance la flexion du bton de chanvre (Cf. figure 44). Les essais montrent un comportement fortement ductile. Ils confirment les observations prcdentes : le bton de chanvre continue de reprendre les efforts malgr lapparition de fissures. Ce sont les particules de chanvre qui de la matrice de liant fissure. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 CEREZO V. Dans la phase initiale lors de la mise en charge le bton de chanvre prsente un cles de charge dcharge clairement que le matriau est lastoplastique ds les plus faibles sollicitations. Cependant en premire approche, il sera considrer comme lastique linaire. La aire, due la fissuration progressive de la matrice de plastique, il se caractrise de plus par un palier de ), le liant reprend la majorit des e les particules de granulat chanvre prennent le relai. Le comportement est alors considr comme non fragile, le bton de chanvre conserve une certaine cohsion lui permettant de continuer reprendre les efforts mme lorsquil est endommag. e vue mcanique, ce comportement est tout fait intressant, puisque le matriau montre une grande souplesse lui permettant de sadapter des sollicitations (variations dimensionnelles, tassements localiss, vibration, ) sans rupture fragile, sans t tudi par lENTPE et le CSTB. Les essais de flexions trois ou quatre points permettent de dterminer la rsistance la ure 44). Les essais montrent un comportement fortement : le bton de chanvre continue de reprendre les efforts malgr lapparition de fissures. Ce sont les particules de chanvre qui Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre55 Figure 44 : Flexion 3 points sur prouvette de bton de chanvre 6 moisLes valeurs de rsistance la flexion des btons de chanvre sont prsentes 5.6.5 Tableaux rcapitulatifs. 5.6.3 Comportement en tractionLes essais de rsistance la traction par essais Brsilien raliss dans le cadre du programme AGROBAT [50] ne permettent pas davoir dinformation la traction du bton de chanvre.La rsistance la traction par flexion a toutefois t calcule Cf. 5.6.5 Tableaux rcapitulatifs. 5.6.4 Paramtres dinfluenceLes diffrentes tudes menes sur les proprits mcaniques montrent que ces dernires sont influences par les paramtres suivantso La nature du liant o Les dosages liant/granulat chanvreo Lge du bton de chanvreo Les conditions de cureo La taille et la nature des particules de granulat chanvo Le compactageo Lorientation des particules dans le mlange qui peuvent conduire introduire de lanisotropie dans le comportement mcanique,Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre: Flexion 3 points sur prouvette de bton de chanvre 6 moisLes valeurs de rsistance la flexion des btons de chanvre sont prsentes 5.6.5 Tableaux traction Les essais de rsistance la traction par essais Brsilien raliss dans le cadre du programme ne permettent pas davoir dinformation significative sur le comportement la traction du bton de chanvre. La rsistance la traction par flexion a toutefois t calcule Cf. 5.6.5 Tableaux Paramtres dinfluence Les diffrentes tudes menes sur les proprits mcaniques des btons de chanvre montrent que ces dernires sont influences par les paramtres suivants : La nature du liant Les dosages liant/granulat chanvre Lge du bton de chanvre Les conditions de cure La taille et la nature des particules de granulat chanvre Le compactage des particules dans le mlange qui peuvent conduire introduire de lanisotropie dans le comportement mcanique,Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 : Flexion 3 points sur prouvette de bton de chanvre 6 mois, ENTPE Les valeurs de rsistance la flexion des btons de chanvre sont prsentes 5.6.5 Tableaux Les essais de rsistance la traction par essais Brsilien raliss dans le cadre du programme significative sur le comportement La rsistance la traction par flexion a toutefois t calcule Cf. 5.6.5 Tableaux des btons de chanvre : des particules dans le mlange qui peuvent conduire introduire de lanisotropie dans le comportement mcanique, Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre56 Influence de la nature du liant La figure 45 reprsente le comportement en compression de diffrents btons raliss avec diffrents liants. Ces rsultats montrent quil est possible damliorer les proprits des btons de chanvre en travaillant sur le liant.Par ailleurs des valeurs de rsistance la compression de btons de chanvre raliss avec diffrents liants sont prsents Figure 45 : Influence du liant sur les proprits du bton Influence du dosage liants/granulat chanvre CEREZO V. [24] a mis en vidence linfluence du dosage liant/granulat chanvre sur le comportement en compression des btons et mortiers de chanvre (Cf. figure 4montr quune augmentation du dosagdiminuait le caractre nonautocohrente est galement propose dans ce travail. Il permet de modliser trs correctement le module dlasticit en fonctioainsi que de la formulation mise en uvre. Cette dmarche est valable pour un dosage suffisant en liant suprieur 19%pour le mlange Toit, la disconaux particules. Remarque : Les essais ont t mens sur des btons de chanvre ralis avec comme liant du Tradical PF70 et comme granulat chanvre du Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvreInfluence de la nature du liant La figure 45 reprsente le comportement en compression de diffrents btons avec diffrents liants. Ces rsultats montrent quil est possible damliorer les proprits des btons de chanvre en travaillant sur le liant. Par ailleurs des valeurs de rsistance la compression de btons de chanvre raliss avec iffrents liants sont prsents 5.6.5 Influence du liant sur les proprits du bton 28 jours (Rapport confidentiel ENTPE) Influence du dosage liants/granulat chanvre a mis en vidence linfluence du dosage liant/granulat chanvre sur le comportement en compression des btons et mortiers de chanvre (Cf. figure 4montr quune augmentation du dosage en liant augmentait la contrainte maximale mais diminuait le caractre non-fragile du matriau. Une modlisation par approche autocohrente est galement propose dans ce travail. Il permet de modliser trs correctement le module dlasticit en fonction des caractristiques des matires premires ainsi que de la formulation mise en uvre. Cette dmarche est valable pour un dosage 19% pour lesquels le liant enrobe les particules. Au contraire pour le mlange Toit, la discontinuit de la matrice du liant fait jouer un rle plus marqu : Les essais ont t mens sur des btons de chanvre ralis avec comme liant du et comme granulat chanvre du Chanvribat. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 La figure 45 reprsente le comportement en compression de diffrents btons de chanvre avec diffrents liants. Ces rsultats montrent quil est possible damliorer les Par ailleurs des valeurs de rsistance la compression de btons de chanvre raliss avec (Rapport confidentiel non publi a mis en vidence linfluence du dosage liant/granulat chanvre sur le comportement en compression des btons et mortiers de chanvre (Cf. figure 46). Elle a e en liant augmentait la contrainte maximale mais fragile du matriau. Une modlisation par approche autocohrente est galement propose dans ce travail. Il permet de modliser trs n des caractristiques des matires premires ainsi que de la formulation mise en uvre. Cette dmarche est valable pour un dosage pour lesquels le liant enrobe les particules. Au contraire tinuit de la matrice du liant fait jouer un rle plus marqu : Les essais ont t mens sur des btons de chanvre ralis avec comme liant du Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre57 Figure 46 : influence du dosage en liant sur le comportement mcanique du bton de chanvre Influence de lge du bton de chanvre Les ractions de prise des liants utiliss pour raliser des btons de chanvre sont plus ou moins longues en fonction de la nature du aux performances mcaniques des btons de chanvre. Le comportement mcanique dpend donc de lge du bton de chanvre.CEREZO V. [24] a montr que les performances mcaniques des btons (module dYoung et rsistance la compression) de chanvre augmentaient au cours des deux premires annes (Cf. figure 47). Figure 47 : Evolution des caractristiques mcaniques desRemarque : Les essais ont t mens sur des btons de chanvre ralis avec comme liant du Tradical PF70 et comme granulat chanvre du Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvrege en liant sur le comportement mcanique du bton de chanvre(CEREZO V.) Influence de lge du bton de chanvre Les ractions de prise des liants utiliss pour raliser des btons de chanvre sont plus ou moins longues en fonction de la nature du liant. Or ces ractions contribuent directement aux performances mcaniques des btons de chanvre. Le comportement mcanique dpend donc de lge du bton de chanvre. a montr que les performances mcaniques des btons (module dYoung et rsistance la compression) de chanvre augmentaient au cours des deux premires annes : Evolution des caractristiques mcaniques des btons de chanvre en fonction du temps ENTPE (CEREZO V.) : Les essais ont t mens sur des btons de chanvre ralis avec comme liant du et comme granulat chanvre du Chanvribat. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 ge en liant sur le comportement mcanique du bton de chanvre, ENTPE Les ractions de prise des liants utiliss pour raliser des btons de chanvre sont plus ou liant. Or ces ractions contribuent directement aux performances mcaniques des btons de chanvre. Le comportement mcanique dpend a montr que les performances mcaniques des btons (module dYoung et rsistance la compression) de chanvre augmentaient au cours des deux premires annes btons de chanvre en fonction du temps : Les essais ont t mens sur des btons de chanvre ralis avec comme liant du Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 58 Influence des conditions de cure Le comportement mcanique en compression des btons de chanvre a t tudi par ARNAUD L. [62] pour diffrentes conditions de cure et pour des btons de chanvre raliss avec diffrents liants. Les conditions de cure ont t dtermines sur la base des conditions mtorologiques (temprature et humidit relative) en France mtropolitaine en identifiant des sites de rfrence. Pour les essais, seule lhumidit relative a t choisie comme variable. Les humidits relatives suivantes ont t choisies : 30% HR, 50% HR, 75% HR, 100% HR. Les btons de chanvre tests dans le cadre de cette tude ont t raliss avec les diffrents liants suivants : Chaux hydraulique NHL2, NHL 3,5 et NHL 3,5Z et liant prformul Tradical PF70. Les essais conduits ont montr des carts significatifs dun point de vue performances mcaniques. Il est important de souligner limpact majeur jou par le liant et la ncessit absolu de se renseigner auprs des fabricants pour prconiser des mlanges et garantir les performances mcaniques. Pour tous les btons tests, les conditions de trs faible humidit relative (30% HR) et de forte humidit relative (suprieures 80% HR) conduisent des rsistances en compression trs faibles (Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 59 Figure 48 : Rsistance la compression en fonction de la finesse du granulat chanvre, ENTPE SEDAN D. et al. [88] constate pour des btons de ciment renforcs uniquement de fibres de chanvre que loptimum de rsistance la flexion est obtenu pour une teneur volumique de fibres de chanvre de 16% environ. De plus, PEYRATOUT C. [79] a montr que laugmentation de la rsistance en flexion dun bton par lajout de fibres de chanvre pouvait encore tre optimise par le traitement des fibres (traitement la soude, lEDTA). Par ailleurs, la longueur des fibres a sans doute aussi une influence sur les performances mcanique des btons de chanvre. Il conviendrait dtudier plus prcisment les variations des performances mcaniques en fonction notamment du rapport entre la longueur des fibres et la longueur des particules de chanvre et du dosage en fibres. Influence du compactage CEREZO V. [24] a montr que laugmentation de la contrainte de compactage augmentait la rigidit du bton de chanvre (augmentation du module dYoung) et augmentait sa rsistance (augmentation de la rsistance max en compression). Dans le cadre de cette tude, il a t possible de doubler la rsistance la compression en augmentant la force de compactage. Il faut toutefois noter quune autre consquence est la diminution de la porosit, et donc on dgrade potentiellement les performances thermiques du matriau. De la mme faon, ELFORDY S. [44] a montr pour des btons de chanvre projets que leur rsistance en compression dpendait de la distance de projection. Influence de lorientation Des essais de rsistance la compression mens par le CSTB [38], ont montr que dans le cas dun bton de chanvre projet il y avait une diffrence significative de comportement en fonction du sens de sollicitation (vertical ou normal au mur), Cf. figure 49. Cette diffrence est beaucoup moins marque lorsquil sagit dune mise en uvre manuelle. Taille des particules de chanvre Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 60 Figure 49 : Influence du sens de sollicitation sur la rsistance la compression des btons de chanvre 5.6.5 Tableaux rcapitulatifs Les tableaux ci-dessous (figure 50, 51 et 52) synthtisent les rsultats de mesures raliss dans le cadre de diffrentes tudes concernant les caractristiques mcaniques des btons et mortiers de chanvre. 00,10,20,30,40,50,60,70,80,910 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3Dplacement %Rsistance la compression MPaCMPCn4CMPCn3CMPCn5CMPCv6CMPCv9CMPCv8Projet verticalProjet normalMur Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 61 Caractristiques en compression Etudes Matires premires Masse volumique kg/m3 Fabrication des chantillons Nb dchantillons tests Age des btons de chanvre Conditions de cure Rsistance la compression (MPa) Module dYoung (MPa) Dformation max Cof. de Poisson ENTPE [CEREZO V.] Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 256 En laboratoire avec force de compactage constante, forme cylindrique (16x32) >200 28 j 20C 50% HR 0,06 2,5 0,15 0,05 6 mois 0,2 5 24 mois 0,27 5 391 28 j 0,2 12,5 0,16 0,08 0,16 6 mois 0,38 30 0,12 24 mois 0,45 55 0,06 460 28 j 0,47 27,5 0,18 6 mois 0,58 47,5 0,07 24 mois 0,76 67,5 0,05 609 28 j 0,71 103 0,06 0,2 6 mois 0,98 125 0,04 24 mois 1,2 163 0,04 Liant : Tradical PFE Granulat : Chanvribat 840 En laboratoire avec force de compactage constante, forme cylindrique (16x32) 30 mois 20C 50% HR 0,75 110 0,15 0,35 Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 62 Etudes Matires premires Masse volumique kg/m3 Fabrication des chantillons Nb dchantillons tests Age des btons de chanvre Conditions de cure Rsistance la compression max (MPa) Module dYoung (MPa) Dformation max Cof. de Poisson AGROBAT-FFB Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 379 442 Sur chantier par projection machine Cylindrique : 16x32 cm 17 28 jours Ambiance labo 20C HR 40 70% 88 jours 0,97 27% 167 jours 0,89 35% Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 520 570 Sur chantier par projection machine Carotte : 15x28 cm 17 28 jours Ambiance labo 20C HR 40 70% 0,85 13% 88 jours 1,26 5% 150-190 167 jours 1,66 18% ELFORDY S Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 291 607 Par projection machine Cubes : 50x50x50 mm 53 >30 jours Ambiance labo 0,18 0,850 4 35 Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 63 Etudes Matires premires Masse volumique kg/m3 Fabrication des chantillons Nb dchantillons tests Age des btons de chanvre Conditions de cure Rsistance la compression max Module dYoung (MPa) Dformation max Cof. de Poisson GOURLAY E. Liant : Tradical PF70 Granulat : LCDA classique 247 En laboratoire avec force de compactage constante, forme cylindrique (106mmx212mm) 10 >30 jours Ambiance labo 0,05 1,49 0,098 Liant : Tradical PF70 Granulat : LCDA grise. 316 0,13 4,48 0,057 Liant : Tradical PF70 Granulat : LCDA moyenne. 370 0,08 2,23 0,097 Liant : Tradical PF70 Granulat : LCDA fibr. 355 0,08 1,74 0,089 Liant : Tradical PF70 Granulat : Hemcore. 297 0,1 1,51 0,193 Liant : Tradical PF70 Granulat : BAFA. 294 0,06 1,37 0,074 Liant : Tradical PF70 Granulat : NAFGO 364 0,14 2,98 0,107 Liant : Tradical PF70 Granulat : Hanfasser 296 0,07 0,95 0,272 Liant : Tradical PF70 Granulat : CF1 386 0,1 1,50 0,170 Liant : Tradical PF70 Granulat : CF2. 386 0,24 2,07 0,166 Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 64 Etudes Matires premires Masse vol. kg/m3 Fabrication des chantillons Nb dchantillons tests Age des btons de chanvre Conditions de cure RCompression max (MPa) Module dYoung (MPa) Dformation max Cof. de Poisson ENTPE-CenC NHL2 + Chanvribat En laboratoire, forme cylindrique (110mmx220mm) 8 28 jours 20C 30% HR 0,17 20C 50% HR 0,18 20C 75% HR 0,09 20C 100% HR 0,09 NHL 3,5 + Chanvribat 8 20C 30% HR 0,09 20C 50% HR 0,15 20C 75% HR 0,11 20C 100% HR 0,11 NHL 3,5 Z + Chanvribat 8 20C 30% HR 0,17 20C 50% HR 0,3 20C 75% HR 0,18 20C 100% HR 0,16 Tradical PF70 + Chanvribat 8 20C 30% HR 0,35 20C 50% HR 0,32 20C 75% HR 0,28 20C 100% HR 0,20 Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 65 Etudes Matires premires Masse volumique kg/m3 Fabrication des chantillons Nb dchantillons tests Age des btons de chanvre Conditions de cure RCompression max (MPa) Module dYoung (MPa) Dformation max Cof. de Poisson CEBTP Liant : Pltre + chaux DL Granulat : trait* 620 En laboratoire Prismes 7x7X28 cm 3 4 mois Ambiance laboratoire 0,9 Liant : DL Granulat : trait* 740 0,8 Liant : DL + sable Granulat : trait* 1050 0,5 Liant : NHL3,5 + sable Granulat : trait* 970 0,85 Liant : CPA 42,5 + NHL3,5 + sable Granulat : trait* 1010 2,45 * granulat chanvre trait au silicate de sodium et de potassium Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 66 Etudes Matires premires Masse volumique kg/m3 Fabrication des chantillons Nb dch. tests Age des btons de chanvre Conditions de cure Rsistance compression max (MPa) Module dYoung (MPa) Dformation max Cof. de Poisson CEBTP NHL3,5+sable Chanvre : non trait 1186 (14jours) En laboratoire Prismes 28 jours Ambiance laboratoire 0,8 NHL3,5+sable Chanvre : trait* 1253 (14jours) 0,6-0,8 DL + sable Chanvre : non trait 1142 (14jours) 0,8-1,1 DL + sable Chanvre : trait* 1124 (14jours) 0,8-1,1 CPA 42,5 + sable Chanvre : non trait 1086 (14jours) 1-2,6 CPA 42,5 + sable Chanvre : trait* 1320 (14jours) 1-4 Pltre Chanvre : non trait 913 (14jours) 2,6-3,9 Pltre Chanvre : trait* 944 (14jours) 3,4-8,7 NHL 3,5 + pltre Chanvre : non trait 859 (14jours) 2,8-3,6 NHL 3,5 + pltre Chanvre : trait* 947 (14jours) 3,1-6,2 * traitement au silicate Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 67 Etudes Matires premires Masse volumique kg/m3 Fabrication des chantillons Nb dch. tests Age des btons de chanvre Conditions de cure Rsistance compression max (MPa) Module dYoung (MPa) Dformation max Cof. de Poisson CEBTP NHL2 Granulat : Chanvribat 476 En laboratoire Ambiance laboratoire 0,46 NHL3,5 Granulat : Chanvribat 563 0,16 NHL5Z Granulat : Chanvribat 540 0,52 Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 495 1,46 CSTB-ENTPE Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 397 Conditions chantier, manuellement et prlvement des prismes 20x20x20 cm Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 68 Etudes Matires premires Masse volumique kg/m3 Fabrication des chantillons Nb dch. tests Age des btons de chanvre Conditions de cure Rsistance compression max (MPa) Module dYoung (MPa) Dformation max Cof. de Poisson Universit de Bath (KIOY) NHL 3,5 Granulat : Hemcore 620 En laboratoire 3 mois Ambiance laboratoire 1,15 22,5% NHL 3,5 Granulat : Isochanvre 500 1,01 25% NHL3,5 Granulat : Hemcore sable 700 1,15 22% Tradical PF70 Granulat : Hemcore 610 1,98 15% Tradical PF70 Granulat : Hemcore sable 830 1,88 10% Figure 50 : synthse des grandeurs caractristiques des btons de chanvre en compression Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 69 Comportement en flexion Etudes Matires premires Masse volumique kg/m3 Fabrication des chantillons Nb dchantillons tests Age des btons de chanvre Conditions de cure Rsistance la flexion (MPa) AGROBAT-FFB Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 379 442 Sur chantier par projection machine Prisme : 15x15x58 cm 2 168 jours Ambiance labo 20C HR 40 70% 0,16-0,17 ELFORDY S Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 430 607 Par projection machine Prismes : 100x15x30 cm 5 >30 jours Ambiance labo 0,749 1,209 GOURLAY E. Liant : Tradical PF70 Granulat chanvre : de diverses origines 247,3 386,1 En laboratoire avec force de compactage constante, forme Prismes : 7x7x28 cm 10 >30 jours Ambiance labo 0,009 0,1 Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 70 Etudes Matires premires Masse Vol. kg/m3 Fabrication des chantillons Nb dchantillons tests Age des btons de chanvre Conditions de cure Rsistance la flexion (MPa) CSTB-ENTPE Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 397 Conditions chantier, manuellement et prlvement des prismes 56x14x14 cm Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 71 Comportement en traction Etudes Matires premires Masse volumique kg/m3 Fabrication des chantillons Nb dchantillons tests Age des btons de chanvre Conditions de cure Rsistance la traction (par flexion) (MPa) AGROBAT-FFB Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 379 442 Sur chantier par projection machine Prisme : 15x15x58 cm 2 168 jours Ambiance labo 20C HR 40 70% 0,09-0,1 ENTPE- CenC Liant : Tradical PF70 Granulat : Chanvribat 397 Conditions chantier, manuellement et prlvement des prismes 56x14x14 cm 2 6 mois Ambiance labo 0,1 Figure 52 : synthse des grandeurs caractristiques des btons de chanvre en traction Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre72 5.7 Permabilit lair Des mesures de permabilit lair ont t ralises par CEREZO V.mortiers de chanvre. La permabilit lair obtenue varie de 1,7 10fonction du dosage. Ces valeurs de permabilit sont leves relativement dautres matriaux (bton cellulaire exprimentales ont t difficiles raliser.EVRARD A [49] a mesur la permabilit lair dun bton de chanvre de 480 kg/m3 4,6 10-2 m3/m.s.Pade cisaillement de lair)). Remarque : ces rsultats ont t obtenus partir de btons raliss avec le liant PF70 et le granulat chanvre Chanvribat5.8 Variations dimensionnelles5.8.1 Variations dimensionnelles lors du schaLes variations dimensionnelles des btons de chanvre CEBTP [21]. Les mesures montrent des dformations mm/m aprs 75 jours de schage.Ces valeurs peuvent apparatre leves cependant les travaux mens lENTPE sur le sujet par CEREZO V. [24] montrent que les chantillons soumis une contrainte normale (matriau sous charge ce qui est le cas pour un chantillon sous contrainte dans un mur par exemple) le retrait dimensionnel est trs larIl faut cependant rester attentif au dosage en eau du bton de chanvrequantit peut conduire des tassements marqus lors de la phase de schage. 5.8.2 Variation dimensionnel en cours du cycle dhumidification schage matriauxEVRARD A. [49] a mesur les variations dimensionnelles dun bton de chanvre sec plac dans diffrentes atmosphres humides. Les rsultats sont prsents sur le g53. Figure 53 : variation dimensionnelle dun bton de chanvre en fonction du taux dhuRemarque : ces rsultats ont t obtenus partir de btons raliss avec le liant PF70 et le granulat chanvre ChanvribatSynthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvreDes mesures de permabilit lair ont t ralises par CEREZO V. [24]mortiers de chanvre. La permabilit lair obtenue varie de 1,7 10-9fonction du dosage. Ces valeurs de permabilit sont leves relativement dautres : 10-14 m2). CEREZO V. note toutefois que les mesures exprimentales ont t difficiles raliser. a mesur la permabilit lair dun bton de chanvre de /m.s.Pa soit 8,5 10-7 m2 (4,6 10-2 m3/m.s.Pax1,84 10: ces rsultats ont t obtenus partir de btons raliss avec le liant Chanvribat. Variations dimensionnelles Variations dimensionnelles lors du schage et de lhydratation Les variations dimensionnelles des btons de chanvre lors du schage ont t tablies par le . Les mesures montrent des dformations de retrait 20C, 50% HR, d'environ de schage. Ces valeurs peuvent apparatre leves cependant les travaux mens lENTPE sur le sujet montrent que les chantillons soumis une contrainte normale (matriau sous charge ce qui est le cas pour un chantillon sous contrainte dans un mur par exemple) le retrait dimensionnel est trs largement limit. Il faut cependant rester attentif au dosage en eau du bton de chanvrequantit peut conduire des tassements marqus lors de la phase de schage.Variation dimensionnel en cours du cycle dhumidification schage matriauxa mesur les variations dimensionnelles dun bton de chanvre sec plac dans diffrentes atmosphres humides. Les rsultats sont prsents sur le g : variation dimensionnelle dun bton de chanvre en fonction du taux dhu: ces rsultats ont t obtenus partir de btons raliss avec le liant Chanvribat. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 [24] sur des btons et 9 6,6 10-9 m2 en fonction du dosage. Ces valeurs de permabilit sont leves relativement dautres ). CEREZO V. note toutefois que les mesures a mesur la permabilit lair dun bton de chanvre de masse volumique x1,84 10-5 Pa.s (viscosit : ces rsultats ont t obtenus partir de btons raliss avec le liant Tradical ont t tablies par le de retrait 20C, 50% HR, d'environ 3 Ces valeurs peuvent apparatre leves cependant les travaux mens lENTPE sur le sujet montrent que les chantillons soumis une contrainte normale (matriau sous charge ce qui est le cas pour un chantillon sous contrainte dans un mur par Il faut cependant rester attentif au dosage en eau du bton de chanvre : une trop forte quantit peut conduire des tassements marqus lors de la phase de schage. Variation dimensionnel en cours du cycle dhumidification schage matriaux a mesur les variations dimensionnelles dun bton de chanvre sec plac dans diffrentes atmosphres humides. Les rsultats sont prsents sur le graphique figure : variation dimensionnelle dun bton de chanvre en fonction du taux dhumidit, EVRARD. : ces rsultats ont t obtenus partir de btons raliss avec le liant Tradical Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 73 5.9 Proprits acoustiques Le coefficient dabsorption acoustique a t mesur par ARNAUD L. et CEREZO V. [10], [24] diffrentes frquences, pour diffrentes formulations de btons de chanvre au tube de Kundt. Les rsultats pour des paisseurs de bton de chanvre de 10 cm, 20 cm et 30 cm, pour diffrentes formulations sont prsents sur la figure 54, 55, 56. Figure 54 : coefficients dabsorption acoustique btons de chanvre de 10 cm CEREZO V. Figure 55 : coefficients dabsorption acoustique btons de chanvre de 20 cm CEREZO V Figure 56 : coefficients dabsorption acoustique btons de chanvre de 30 cm CEREZO V Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 74 Un premier point remarquable doit tre soulign : les mesures rvlent des valeurs trs leves. Ces coefficients prouvent une trs forte capacit dabsorption pour le matriau. De manire classique, les mesures ralises lENTPE montrent que plus lchantillon de matriau poreux test, est pais, plus les variations de en fonction de la frquence sont leves. Globalement les dosages intermdiaires, correspondant lapplication mur sont les plus absorbants. Les pics dabsorption se situent entre 100Hz et 200Hz (>0,9), entre 400Hz et 500 Hz ( >0,6) et entre 1000Hz et 2000Hz. Ces rsultats reprsentent une premire approche des caractristiques acoustiques des btons et mortiers de chanvre. Ils dmontrent un intrt rel concernant lacoustique, des tudes plus approfondies mriteraient dtre menes afin de valoriser plus encore ces performances. Ltude pourrait sorienter vers les performances des enduits qui constituent systmatiquement une couche initiale essentielle vis vis de ces performances pour les bruits ariens. 5.10 Tenue larrachement des enduits chanvre Des essais darrachement denduits chanvre sur diffrents supports ont t raliss par le CSTB [38]. Le protocole dessais suivi sinspire des protocoles dessais de lATE systme disolation thermique extrieur. Dans le cadre de cette tude les enduits chanvre ont t raliss sur diffrents murets conformment aux Rgles professionnelles dexcution denduits en btons et mortier de chanvre. Les supports tests sont les suivants : Brique, Blocs ciment Bton lisse Bton cellulaire Les rsultats des mesures sont prsents figure 57. Support Rsistance la traction kPa Dformation mm Type de rupture Bloc 70,76 0,60,4 Cohsive Bton cellulaire 59,37,4 0,20,1 Cohsive Brique 28,224,3 0,40,4 Bton banch 66,66,2 0,20,1 cohsive Figure 57 : essais darrachement denduits chanvre CSTB Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 75 Dans le cas des supports bloc, bton cellulaire et bton banch la rupture est cohsive dans lenduit alors que dans le cas de la brique la rupture lieu linterface gobetis-brique, ce qui explique la dispersion des rsultats dans ce cas. Par ailleurs, des essais darrachement denduits au mortier de chanvre ont t raliss par le CEBTP [21] sur support paille et sur support bton de chanvre. Dans le cas du support paille, la rupture est cohsive dans lenduit ou cohsive au niveau du treillis et la rsistance la traction est de 10 kPa. Dans le cas du support bton de chanvre, la rupture est cohsive dans lenduit ou cohsive enduit cohsive bton de chanvre, la rsistance la traction est infrieure 10 kPa. Remarque : Le liant utilis pour ces enduits est le Tradical PFE (ancienne appellation Tradichanvre), le granulat chanvre est le Chanvribat. 5.11 Durabilit Les principaux essais de durabilit raliss ce jour sur les btons de chanvre concernent : Essais de cycles alterns dhumidification (8h 20C et HR 90-95%) puis schage (16h 20C et HR 65%) et suivi de lvolution de la rsistance en flexion, essais raliss par le CEBTP [27] en 1997 ; Essais de gel (NF P 10 513), raliss par le CEBTP [27] en 1997 ; Essais de rsistance vis--vis des termites, raliss par le CTBA [40] en 1990. Concernant les essais de cycles dhumidification, les mlanges tests sont les suivants : pltre/chaux arienne DL/chanvre*, chaux arienne DL/chanvre*, chaux arienne DL/sable/chanvre*, NHL3,5/sable/Chanvre*, Ciment CPA/NHL3,5/sable/chanvre*. Aprs les cycles dhumidification - schage, le CEBTP note que le mlange pltre/chaux arienne/chanvre prsente une diminution de la rsistance la flexion alors que pour tous les autres mlanges la rsistance la flexion prsente une stabilit, voire une augmentation de 60% pour le mlange chaux arienne DL/sable/chanvre*. En ce qui concerne les essais au gel, le principe de lessai est le suivant : les prouvettes (7x7x28cm) sont places dans leau pendant 6 heures et sont ensuite soumises des cycles de 12 h (6 heures de gel lair -15C / 6 heures de dgel dans leau +5C). On considre que lorsque la chute du volume apparent atteint 1%, lprouvette est altre Les rsultats sont synthtiss dans le tableau figure 58. * les essais ont t raliss en 1997 avec du chanvre trait aux silicates Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 76 Mlanges Nb de cycles de tenue au gel pltre/chaux arienne DL/chanvre* 4 chaux arienne DL/chanvre* 4 chaux arienne DL/sable/chanvre* 4 NHL3,5/sable/Chanvre*, 20 Ciment CPA/NHL3,5/sable/chanvre*. >48 NHL2/chanvre 2 NHL3,5/chanvre Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 77 Observer la propagation des flammes Mesurer les taux de CO2, les tempratures, lopacit des fumes et la production de gouttelettes. Les conclusions de ces essais sont les suivantes : Le bton de chanvre propage trs lentement le feu en se consumant en profondeur et n'occasionne aucun dbris susceptible de propager le feu. Il pourrait donc bnficier de l'Euroclasse B. On peut penser quil peut mme tre class A2 (produits peu ou trs peu combustibles). Pour le vrifier des essais complmentaires sont ncessaires. On soulignera aussi que le bton de chanvre obtiendrait la classe additionnelle d0 puisqu'il ne produit ni goutte, ni dbris enflamms. Des essais de rsistance au feu ont t raliss par le CSTB [39] sur un mur en blocs de bton de chanvre + enduit dans le cadre dune ATEX. Lessai a consist soumettre une face dun mur en blocs de bton de chanvre (face avec lenduit) de trs hautes tempratures (>1000C). Ce test permet de connaitre le temps pendant lequel le systme test assure sa fonction. Les enseignements de cet essai sont les suivants : Le matriau ne sest pas enflamm et llvation de la temprature de la face extrieure du mur a t relativement faible (70C maximum pour une temprature de la face intrieure de 1000C). Le classement tabli la suite de cet essai est E 90 (rsistance au feu 90 min) et EI 90 (rsistance au feu et isolation au feu 90 min). En conclusion, il est important de retenir que malgr ses composants vgtaux, le bton de chanvre rsiste trs bien au feu, aussi bien la flamme qu une augmentation forte de temprature. Dune part, il limite de manire importante les transferts de chaleur et dautre part, cette combustion lente ne saccompagne daucune mission de composs nfastes. Il remplit ainsi les conditions ncessaires lobtention dune trs bonne classification au feu. Remarque : ces essais ont t raliss pour un bton de chanvre ralis avec le liant Tradical PF70 et le granulat chanvre Chanvribat. . Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 78 6 Mise en uvre et systme constructif 6.1 Manuelle La mise en uvre manuelle des btons et mortiers de chanvre est dcrite dans les Rgles professionnelles dexcution douvrages en btons et mortiers de chanvre [33]. Ce document, rdig par la profession, a t vis par lAgence Qualit Construction (Commission Prvention Produit). Il est considr, en France, comme le document de rfrence de la mise en uvre par les professionnels du btiment, de lassurance et des bureaux de contrle. Comme tout document normatif, ce document est amen voluer en intgrant de nouvelle technique de mise en uvre (mise en uvre mcanique par exemple), des systmes dossatures adapts et optimiss au bton de chanvre et des fonctions priphriques telles que le chauffage par le sol. 6.2 Mcanique Concernant la mise en uvre mcanique, aujourdhui une seule technique existe, il sagit de la projection machine des btons et mortiers de chanvre. Cette technique consiste projeter le bton de chanvre sur une surface verticale ou horizontale avec une machine projeter les btons adapte. Cette technique a t dcrite dans le cadre du programme AGROBAT-FFB Champagne Ardenne [50] et les caractristiques des btons de chanvre obtenus par projection machine ont t tudis dans diffrentes tudes [50], [38], [44]. Ces caractristiques ont t prsentes dans les paragraphes prcdents de cette synthse (Cf. 5 Les btons et mortiers de chanvre). 6.3 Prfabrication En prfabrication dlments en bton de chanvre on trouve aujourdhui essentiellement des blocs maonner pour raliser des murs, des cloisons ou des doublages. Ces blocs nont pas les caractristiques mcaniques suffisantes pour tre porteurs, ils sont utiliss systmatiquement avec une ossature porteuse. Ils sont fabriqus aujourdhui, sur des lignes de production ddies, toutefois des travaux de recherche et des ralisations ont montr que la fabrication de ces blocs sur des chanes courantes de fabrication de plots en ciment est possible [19], [29], [30]. En effet, des blocs (20x50x10) de btons de chanvre (ciment + Canobiote*) ont t fabriqus dans les annes 90 pour la ralisation de cloisons intrieures pour des pavillons raliss par lOPAC de lAube (pavillons Okos). *Canobiote : chnevotte minralise par silication Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 79 MAUPETIT M [71] lENTPE, a travaill sur la fabrication de blocs en bton de chanvre par autoclavage (mise en temprature et pression de vapeur), il a montr que cette technique pouvait amliorer sensiblement les caractristiques mcaniques en compression des btons et mortiers de chanvre sous rserve de travailler sur la formulation des liants et notamment sur le rapport CaO/SiO2. La mise en uvre de blocs prfabriqus non porteurs est dcrite dans le document [15] pour le produit CHANVRIBLOC. Concernant la mise en uvre de blocs prfabriqus porteurs, elle a fait lobjet dune tude ralise par YAGUE T. [95]. Ce dernier propose un systme constructif associ complet dont il a ralis ltude mcanique. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 80 7 Performances des ouvrages en bton de chanvre 7.1 Performances mcaniques 7.1.1 Essais de contreventement Lutilisation du bton de chanvre comme matriau de remplissage dune structure porteuse pose la question de sa contribution au comportement mcanique de louvrage. Des essais de contreventement ont t raliss dans le cadre du programme AGROBAT-FFB Champagne-Ardenne [51]. Ces essais ont t raliss sur des panneaux ossature bois-bton de chanvre de dimension 4,20 m x 2,50 m x 0,25 m. La procdure dessais sinspire de la norme EN 594 "Essai de raideur et rsistance au contreventement des murs ossature en bois Mthodes d'essais". Le principe de lessai est le suivant : le panneau est positionn horizontalement sur des appuis glissants "acier inoxydable - tflon". La mise en charge dans le plan du mur, est ralise l'aide de masses. Un vrin hydraulique cre l'action du vent. La mesure des dplacements est ralise en diffrents points et suivant les deux directions dans le plan des diffrents lments du mur (structure et matriau de remplissage). Au moment de rdaction de cette synthse, les rsultats des essais ne sont pas disponibles. Toutefois, les premiers essais mettent en vidence le comportement suivant : lors des applications progressives de la charge de cisaillement, la structure bois se dforme rapidement et mobilise le bton de chanvre qui est donc sollicit. Le bton travaille donc mcaniquement et il convient dattendre le rapport de ces essais pour savoir sil est suffisant pour servir de contreventement. La rupture du mur est progressive (comportement lastoplastique) et des fissures apparaissant progressivement dans le bton sur la diagonale comprime. 7.2 Performance acoustique Seules quelques mesures acoustiques ont t ralises in situ par le BRE (Building Research Establishment) Haverhill (Suffolk) en 2001 [96]. Toutefois, actuellement aucune tude ne fait un tat complet des performances acoustiques de parois en btons et mortiers de chanvre (Indice daffaiblissement acoustique pondr, rduction du niveau de bruit de choc) ou de btiments intgrant du bton de chanvre (isolement acoustique standardis pondr et niveau de pression du bruit de choc standardis). Ces mesures dpendant la fois des caractristiques des matriaux mis en uvre mais galement du systme constructif (liaisons notamment) utilis. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre81 7.3 Performances hygrothermique Deux tudes ont t consacres la caractrisation et la modlisation du comportement hygrothermique dune paroi en bton de chanvre, deux quipes travaillent sur le sujet, lune lENTPE depuis 2004, lautre lUCL depuis 2005. Ces travauxsoutenance de thses de doctorat, il sagit des thses de SAMRI D.Ces travaux ont montr lextrme difficult du sujet puisque la physique des transferts de vapeur deau et deau liquide au sein du matriau est complexe, mais galement la ncessit absolue de tenir compte de cthermiques des logements. A lENTPE, ARNAUD L. et SAMRI D. hygrothermique dun mur en bton de chanvre par une approche exprimentale et dautre part, modlis ce comportement.Le dispositif exprimental mis en place pour cette tude est schmatis figure 5Figure 59 : dispositif exprimental dtude du comportement hygrothermique dun mur SAMRI D.Les murs en bton de chanvre tests dans le cadre de cette tude sont les suivants Mur en bton de chanvre de 15 cm Mur en bton de chanvre de 30 cm Mur en bton de chanenduit chaux-sable). Mur en bton de chanvre de 30 cm avec enduits (intrieur enduit chanvre, extrieur enduit chaux-sable). Les performances de ces murs ont t compares celles de murs simidautres matriaux (bton cellulaire et blocs perfors de terre cuite).Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvreothermiques Deux tudes ont t consacres la caractrisation et la modlisation du comportement hygrothermique dune paroi en bton de chanvre, deux quipes travaillent sur le sujet, lune lENTPE depuis 2004, lautre lUCL depuis 2005. Ces travaux ont chacun conduit la soutenance de thses de doctorat, il sagit des thses de SAMRI D. [86] et EVRARD A. Ces travaux ont montr lextrme difficult du sujet puisque la physique des transferts de vapeur deau et deau liquide au sein du matriau est complexe, mais galement la ncessit absolue de tenir compte de ces transferts au moment dvaluer et classer les performances SAMRI D. [9],[10],[11],[86] a dune part, tudi le comportement hygrothermique dun mur en bton de chanvre par une approche exprimentale et dautre part, modlis ce comportement. Le dispositif exprimental mis en place pour cette tude est schmatis figure 5: dispositif exprimental dtude du comportement hygrothermique dun mur SAMRI D.Les murs en bton de chanvre tests dans le cadre de cette tude sont les suivantsMur en bton de chanvre de 15 cm Mur en bton de chanvre de 30 cm Mur en bton de chanvre de 15 cm avec enduits (intrieur enduit chanvre, extrieur Mur en bton de chanvre de 30 cm avec enduits (intrieur enduit chanvre, extrieur Les performances de ces murs ont t compares celles de murs similaires fabriqus avec dautres matriaux (bton cellulaire et blocs perfors de terre cuite). Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 Deux tudes ont t consacres la caractrisation et la modlisation du comportement hygrothermique dune paroi en bton de chanvre, deux quipes travaillent sur le sujet, lune ont chacun conduit la et EVRARD A. [49]. Ces travaux ont montr lextrme difficult du sujet puisque la physique des transferts de vapeur deau et deau liquide au sein du matriau est complexe, mais galement la ncessit es transferts au moment dvaluer et classer les performances a dune part, tudi le comportement hygrothermique dun mur en bton de chanvre par une approche exprimentale et dautre Le dispositif exprimental mis en place pour cette tude est schmatis figure 59. : dispositif exprimental dtude du comportement hygrothermique dun mur SAMRI D. Les murs en bton de chanvre tests dans le cadre de cette tude sont les suivants : vre de 15 cm avec enduits (intrieur enduit chanvre, extrieur Mur en bton de chanvre de 30 cm avec enduits (intrieur enduit chanvre, extrieur laires fabriqus avec Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre82 Ces murs ont t soumis diffrentes sollicitations thermiques et hydriquessollicitations statiques, cf. figure avec des sauts rapides) et des sollicitations cycliques, cf. figure 6paliers) pour simuler les conditions climatiques journalire et saisonnire. Linstrumentation choisie permet du suivre les variations de temprature et dhumidit relative au milieu des murs et en surface de parois (intrieure et extrieure). Figure 60 : comportement hygrothermiqueFigure 61 : comportement hygrotDans le cas de btons de chanvre non enduits, les rsultats mettent en vidence les phnomnes suivants : Lors de variations brusques de temprature sur la face intrieure, des variations importantes dhumiditchanvre. Ces variations sont bien plus marques que pour les deux autres matriaux (bton cellulaire et blocs perfors de terre cuite Des variations de temprature non linaires apparaissent lorsdu matriau : lors dconstate lapparitionSynthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvreCes murs ont t soumis diffrentes sollicitations thermiques et hydriquessollicitations statiques, cf. figure 60 (variations de tempratures et dhygromtrie par paliers avec des sauts rapides) et des sollicitations cycliques, cf. figure 61 (successions de rampes et paliers) pour simuler les conditions climatiques journalire et saisonnire. Linstrumentation e permet du suivre les variations de temprature et dhumidit relative au milieu des murs et en surface de parois (intrieure et extrieure). : comportement hygrothermique : sollicitations statiques, SAMRI D.: comportement hygrothermique : sollicitations cycliques, SAMRI D.Dans le cas de btons de chanvre non enduits, les rsultats mettent en vidence les e variations brusques de temprature sur la face intrieure, des variations importantes dhumidit relative sont observes dans le cas des murs en bton de chanvre. Ces variations sont bien plus marques que pour les deux autres matriaux bton cellulaire et blocs perfors de terre cuite). Des variations de temprature non linaires apparaissent lors des volutions au sein lors dune augmentation de temprature brusque constate lapparition de phnomnes de vaporisation. Au sein du mur, ces Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 Ces murs ont t soumis diffrentes sollicitations thermiques et hydriques : des (variations de tempratures et dhygromtrie par paliers (successions de rampes et paliers) pour simuler les conditions climatiques journalire et saisonnire. Linstrumentation e permet du suivre les variations de temprature et dhumidit relative au milieu des : sollicitations statiques, SAMRI D. : sollicitations cycliques, SAMRI D. Dans le cas de btons de chanvre non enduits, les rsultats mettent en vidence les e variations brusques de temprature sur la face intrieure, des variations relative sont observes dans le cas des murs en bton de chanvre. Ces variations sont bien plus marques que pour les deux autres matriaux des volutions au sein brusque en extrieur on . Au sein du mur, ces Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre83 phnomnes se traduisent par une temprature qui augmentait atteint un palier trs rapidement li au caractre endothermique du phnomne (cf. figure Au contraire, lors dune chute de temprature en extrieur, la temprature au sein du mur dcroit, atteint un palier et augmente lgrement (alextrieure continue diminuer). Laugmentation de temprature est denviron 2C. Ce comportement met en vidence des phnomnes de condensation au sein du mur (phnomnes exothermiques). Ces phnomnes sont confirms par une diminution de lhumidit relative au sein du mur.Les phnomnes non linaires de changement de phase (vaporisation/condensation) saccompagnent de manire importante de dgagement ou dabsorption dnergie. Ils jouent donc un rle fondamental dans le de chanvre et doivent tre pris en compte pour la comprhension des performances thermiques des btons de chanvre. La comparaison avec les performances des autres matriaux montre une amplitude en temprature ale bton de chanvre. Ces effets de changement de phase conduisent amortir de manire trs significative les variations de temprature extrieures et par la mme, confrent au bton de chanvre une plus grande capacFigure 62 : Evolution de la temprature et de lhumidit relative au centre de murs en bton de chanvre (HLC2), blocs perfor terre cuite (VPB), bton cellulaire (AAC30), sous sollicitation statiqueLes enduits viennent modifier ce comportement en agissant comme des filtres aux transferts hygrothermiques. Par exemple, dans le cas de btons de chanvre, les paliers de stabilisation de la temprature au cur du mur constats, sont beaucoup moins marqus.remarque une augmentation du taux dhumidit relative linterface bton de chanvreenduit chanvre intrieur, signe dune accumulation de vapeur deau et dun changement de phase. Globalement la gestion de leau au sein du mur est modifie. Par ailleurs, le couplage entre temprature et humidit relative est moins marqu. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvrephnomnes se traduisent par une augmentation de lhumidit relativere qui augmentait atteint un palier trs rapidement li au caractre endothermique du phnomne (cf. figure 62). Au contraire, lors dune chute de temprature en extrieur, la temprature au sein du mur dcroit, atteint un palier et augmente lgrement (alors que la temprature extrieure continue diminuer). Laugmentation de temprature est denviron 2C. Ce comportement met en vidence des phnomnes de condensation au sein du mur (phnomnes exothermiques). Ces phnomnes sont confirms par une ion de lhumidit relative au sein du mur. Les phnomnes non linaires de changement de phase (vaporisation/condensation) saccompagnent de manire importante de dgagement ou dabsorption dnergie. Ils jouent donc un rle fondamental dans le comportement hygrothermique dun mur en bton de chanvre et doivent tre pris en compte pour la comprhension des performances thermiques des btons de chanvre. La comparaison avec les performances des autres matriaux montre une amplitude en temprature au sein de matriau bien plus faible pour le bton de chanvre. Ces effets de changement de phase conduisent amortir de manire trs significative les variations de temprature extrieures et par la mme, confrent au bton de chanvre une plus grande capacit isoler. : Evolution de la temprature et de lhumidit relative au centre de murs en bton de chanvre (HLC2), blocs perfor terre cuite (VPB), bton cellulaire (AAC30), sous sollicitation statiqueLes enduits viennent modifier ce comportement en agissant comme des filtres aux transferts hygrothermiques. Par exemple, dans le cas de btons de chanvre, les paliers de stabilisation de la temprature au cur du mur constats, sont beaucoup moins marqus.remarque une augmentation du taux dhumidit relative linterface bton de chanvreenduit chanvre intrieur, signe dune accumulation de vapeur deau et dun changement de phase. Globalement la gestion de leau au sein du mur est modifie. Par ailleurs, le couplage entre temprature et humidit relative est moins marqu. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 augmentation de lhumidit relative, la re qui augmentait atteint un palier trs rapidement li au caractre Au contraire, lors dune chute de temprature en extrieur, la temprature au sein ors que la temprature extrieure continue diminuer). Laugmentation de temprature est denviron 2C. Ce comportement met en vidence des phnomnes de condensation au sein du mur (phnomnes exothermiques). Ces phnomnes sont confirms par une Les phnomnes non linaires de changement de phase (vaporisation/condensation) saccompagnent de manire importante de dgagement ou dabsorption dnergie. Ils comportement hygrothermique dun mur en bton de chanvre et doivent tre pris en compte pour la comprhension des performances thermiques des btons de chanvre. La comparaison avec les performances des autres u sein de matriau bien plus faible pour le bton de chanvre. Ces effets de changement de phase conduisent amortir de manire trs significative les variations de temprature extrieures et par la mme, confrent au : Evolution de la temprature et de lhumidit relative au centre de murs en bton de chanvre (HLC2), blocs perfor terre cuite (VPB), bton cellulaire (AAC30), sous sollicitation statique Les enduits viennent modifier ce comportement en agissant comme des filtres aux transferts hygrothermiques. Par exemple, dans le cas de btons de chanvre, les paliers de stabilisation de la temprature au cur du mur constats, sont beaucoup moins marqus. De plus, on remarque une augmentation du taux dhumidit relative linterface bton de chanvre-enduit chanvre intrieur, signe dune accumulation de vapeur deau et dun changement de Par ailleurs, le couplage entre temprature et humidit relative est moins marqu. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre84 Les enduits ont donc une influence sur la conductivit thermique du matriau, sur son inertie et sur les transferts de masse (flux de vapeur aux interfaces). Il convient dfixer la formulation en fonction des caractristiques du matriau constitutif du mur.A la suite de ces mesures, SAMRI D. effectue une comparaison des comportements hygrothermiques exprimentaux ainsi tablis et des comportements thermiques thorattendus avec un modle de conduction thermique pure. Dans le cas dun mur en bton de chanvre non enduit, il apparat clairement quil ne suffit pas de prendre en compte la teneur en eau dans le calcul du coefficient de diffusivit thermique pour que le comportement hygrothermique exprimental du mur corresponde au comportement hygrothermique thorique. Il en conclut que les phnomnes de conduction seuls ne suffisent pas modliser le comportement thermique du mur en bton de chanvre.Un modle plus complet a alors t dvelopp. Il prend en compte une variation temporelle de lhumidit relative et par la mme les variations nergtiques lies. Une comparaison des valeurs de temprature au centre du mur est propose figure clairement lapport li la prise en compte du changement de phase. La modlisation permet de reprsenter fidlement les variations de temprature sur cet exemple. Toutes les diffrences entre rsultats exprimentaux et thoriques mises en vidence, montrent que la modlisation du comportement hygrothermique du mur en bton de chanvre (enduit ou non) ncessite la prise en compte des transferts de masse et de chaleur au sein du matriau. Sur la base de ces constats, afin de modliser plus justement le comphygrothermique dun mur en bton de chanvre, SAMRI D. a choisi le modle de KUNZEL couplant transfert de masse et de chaleur. Il est noter que cest ce modle qui sert de base pour le logiciel de simulation WUFI. Figure 63 : Comparaison de lvolution de la temprature mesure au centre du mur chanvre (T en C,) linterface bton de chanvre enduit chanvre (T en D1) et la surface de lenduit (T Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvreLes enduits ont donc une influence sur la conductivit thermique du matriau, sur son inertie et sur les transferts de masse (flux de vapeur aux interfaces). Il convient dfixer la formulation en fonction des caractristiques du matriau constitutif du mur.A la suite de ces mesures, SAMRI D. effectue une comparaison des comportements hygrothermiques exprimentaux ainsi tablis et des comportements thermiques thorattendus avec un modle de conduction thermique pure. Dans le cas dun mur en bton de chanvre non enduit, il apparat clairement quil ne suffit pas de prendre en compte la teneur en eau dans le calcul du coefficient de diffusivit ue le comportement hygrothermique exprimental du mur corresponde au comportement hygrothermique thorique. Il en conclut que les phnomnes de conduction seuls ne suffisent pas modliser le comportement thermique du mur en bton de chanvre.us complet a alors t dvelopp. Il prend en compte une variation temporelle de lhumidit relative et par la mme les variations nergtiques lies. Une comparaison des valeurs de temprature au centre du mur est propose figure 63. Cette figure montre lairement lapport li la prise en compte du changement de phase. La modlisation permet de reprsenter fidlement les variations de temprature sur cet exemple. Toutes les diffrences entre rsultats exprimentaux et thoriques mises en vidence, ent que la modlisation du comportement hygrothermique du mur en bton de chanvre (enduit ou non) ncessite la prise en compte des transferts de masse et de chaleur Sur la base de ces constats, afin de modliser plus justement le comphygrothermique dun mur en bton de chanvre, SAMRI D. a choisi le modle de KUNZEL couplant transfert de masse et de chaleur. Il est noter que cest ce modle qui sert de base pour le logiciel de simulation WUFI. : Comparaison de lvolution de la temprature mesure au centre du mur chanvre (T en C,) linterface bton de chanvre enduit chanvre (T en D1) et la surface de lenduit (T en D) avec diffrents modles. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 Les enduits ont donc une influence sur la conductivit thermique du matriau, sur son inertie et sur les transferts de masse (flux de vapeur aux interfaces). Il convient donc den fixer la formulation en fonction des caractristiques du matriau constitutif du mur. A la suite de ces mesures, SAMRI D. effectue une comparaison des comportements hygrothermiques exprimentaux ainsi tablis et des comportements thermiques thoriques Dans le cas dun mur en bton de chanvre non enduit, il apparat clairement quil ne suffit pas de prendre en compte la teneur en eau dans le calcul du coefficient de diffusivit ue le comportement hygrothermique exprimental du mur corresponde au comportement hygrothermique thorique. Il en conclut que les phnomnes de conduction seuls ne suffisent pas modliser le comportement thermique du mur en bton de chanvre. us complet a alors t dvelopp. Il prend en compte une variation temporelle de lhumidit relative et par la mme les variations nergtiques lies. Une comparaison des . Cette figure montre lairement lapport li la prise en compte du changement de phase. La modlisation permet de reprsenter fidlement les variations de temprature sur cet exemple. Toutes les diffrences entre rsultats exprimentaux et thoriques mises en vidence, ent que la modlisation du comportement hygrothermique du mur en bton de chanvre (enduit ou non) ncessite la prise en compte des transferts de masse et de chaleur Sur la base de ces constats, afin de modliser plus justement le comportement hygrothermique dun mur en bton de chanvre, SAMRI D. a choisi le modle de KUNZEL couplant transfert de masse et de chaleur. Il est noter que cest ce modle qui sert de base : Comparaison de lvolution de la temprature mesure au centre du mur en bton de chanvre (T en C,) linterface bton de chanvre enduit chanvre (T en D1) et la surface de lenduit (T Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 85 1. Mur en bton de chanvre sans enduit. Cas dune sollicitation statique : Les comparaisons entre modles et mesures exprimentales lors dune sollicitation statique sont prsentes figure 64. Figure 64 : Comportement hygrothermique dun mur en bton de chanvre (30 cm), sollicitation statique, comparaison mesures et modle (T en C : temprature au centre du mur et T en D temprature en surface), SAMRI D. Dans ce cas, le modle de Knzel apporte une rponse plus proche de lexprience, mme sil subsiste quelques diffrences sensibles. SAMRI D. explique ces diffrences par le fait que la quantit deau vaporise est plus importante et que la chaleur ncessaire la vaporisation est sous estime. Cas dune sollicitation cyclique : Les comparaisons entre modles et mesures exprimentales lors de sollicitations cycliques sont prsentes figure 65. Figure 65 : Comportement hygrothermique dun mur en bton de chanvre (30 cm), sollicitation cyclique, comparaison mesures et modle, SAMRI D. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 86 On constate que : Pour la temprature, la modlisation est proche des mesures exprimentales sur les premires priodes, lcart devient ensuite important. Pour lhumidit relative, les carts sont importants Ce travail prouve que lhypothse de coefficients de transferts de masse constants nest plus suffisante et ngliger le phnomne dhystrsis de lisotherme de sorption-dsorption peut conduire des erreurs significatives. Par ailleurs, il est possible que lhumidit absorbe ne soit pas immdiatement disponible localement pour le transfert de masse. 2. Mur en bton de chanvre avec enduit. La prsence denduits intrieur et extrieur modifie les transferts de vapeur deau. Ces milieux agissent comme filtres de surface et doivent en consquence tre penss pour fonctionner correctement avec le bton de chanvre. Porosit et paisseur des enduits sont les paramtres rgler qui permettront doptimiser les performances. Dans les travaux conduits lENTPE, il apparat, pour une sollicitation statique, un dcalage dune heure entre le modle et lexprience. Les enduits jouent un rle de tampon sur les transferts de masse (filtres hydriques). De plus, dans le cas de sollicitations cycliques les dphasages constats mettent en vidence des discontinuits dhumidit relative aux interfaces bton de chanvre-enduit. De son ct, EVRARD A. [49] a modlis, laide du logiciel WUFI, le comportement hygrothermique de murs en bton de chanvre soumis diffrentes sollicitations thermiques et hydriques. Deux types de murs en bton de chanvre ont fait lobjet de la simulation : 30 cm de bton de chanvre + un enduit extrieur la chaux de 2 cm et un enduit intrieur la chaux de 1,5 cm. 28,4 cm de bton de chanvre + un bardage bois extrieur de 2,2 cm (avec lame dair de 2 cm + un enduit intrieur la chaux de 1,5 cm. Les U des deux parois ainsi constitues sont identiques et valent U=0,439 W/(m2K). La valeur de la conductivit thermique retenue pour le calcul de U est de 0,145 W/(mK). Lors de sollicitations thermiques (sans tenir compte des transferts dhumidit), les simulations apportent linformation suivante : Lors du choc thermique de 10C (passage de 20C 10C lextrieur), ladaptation de la temprature est lente dans le bton de chanvre. Le flux de chaleur, travers la paroi, atteint le rgime permanent au bout de 70 h environ. Seulement 20% du transfert dnergie a t effectu au bout de 24h. On peut donc considrer que le bton de chanvre amortit les variations de tempratures brutales. Lors de cycles thermiques sinusodaux, le dlai pour atteindre les tempratures extrmes lintrieur est denviron 15 h (un maximum de temprature lextrieur 14h se retrouverait donc lintrieur 5h du matin le lendemain). Lors de cycle thermique intrieur (passage de 20C 18C) le mur en bton de chanvre prsente une faible variation de sa temprature de surface. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 87 Sur lensemble des simulations ralises, EVRARD A. prsente les conclusions suivantes : Dans le cas de cycles hydriques, le flux dhumidit travers le mur de chanvre est important relativement dautres murs types (briques+polystyrne, laine de verre avec ossature bois, bton cellulaire). En dautres termes, un mur en bton de chanvre peut rguler lhumidit dune pice qui serait soumis une augmentation dhumidit relative. Les transferts dhumidit au sein du mur en bton de chanvre lors des cycles hydriques crent une chaleur latente dissipe lintrieur. La nature du revtement (type denduit, bardage) peut entrainer des comportements hygrothermique du mur en bton de chanvre trs diffrents. Par exemple, lors dune sollicitation correspondant un cycle climatique annuel de rfrence (donc des conditions climatiques lextrieur) un mur en bton de chanvre avec enduit permet le transfert de lextrieur lintrieur de 700 g/m2 de vapeur deau. Alors que pour un mur en bton de chanvre avec bardage le transfert global de vapeur deau est invers, il est de lintrieur vers lextrieur denviron 1000 g/m2. Les diffrences de comportements hygrothermiques de mur constitus de diffrents matriaux (briques+polystyrne, bton cellulaire) mais ayant la mme valeur de U, montrent que cette seule grandeur ne permet pas de caractriser la performance thermique dune paroi. Les sollicitations thermiques et hydriques auxquels les murs ont t soumis, dans le cadre de ces travaux, concernent soit lextrieur, soit lintrieur, le couplage des deux na pas t ralis. Il est raisonnable de penser quun tel couplage ait une influence importante sur le comportement hygrothermique de la paroi. Par ailleurs, les principaux rsultats issus des diffrentes simulations mriteraient une confirmation exprimentale. En conclusion, il convient de souligner que ce comportement hygrothermique des btons de chanvre constitue une spcificit remarquable du matriau qui, suivant les deux tudes menes par SAMRI D. et EVRARD A., semble confrer des performances suprieures aux autres matriaux du btiment. Il est maintenant bien tabli que la seule conduction pure ne permet pas dexpliquer et de comprendre les performances thermiques dune paroi en bton de chanvre. Dautres phnomnes tels que les transferts de masse et de chaleur au sein du matriau doivent tre pris en compte pour une modlisation plus raliste du comportement de la paroi. Par ailleurs, ces tudes mettent en vidence le rle important des enduits sur le comportement hygrothermique du mur. Les modlisations tablies dans le cadre de ces diffrents travaux donnent des rsultats assez proches de lexprience, toutefois elles peuvent encore tre affines et permettront, terme, de dfinir des parois en bton de chanvre optimises en terme de comportement hygrothermique. Reste aujourdhui tablir le lien entre comportement hygrothermique de la paroi et performance thermique du btiment. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 88 7.4 Performance nergtique Il nexiste pas actuellement dtude faisant un tat des performances nergtiques dun chantillon reprsentatif de btiments intgrant des btons de chanvre. Toutefois les consommations dnergie de certains btiments intgrant des lments en btons de chanvre ont t mesures. Ces consommations sont prsentes figure 66. Btiment Type de btiment Application chanvre Consommation Chauffage calcule kWh/(m2.an) Consommation Chauffage constate kWh/(m2.an) Montholier Maison individuelle Mur de 30 cm 70 Maison Diocsaine Immeuble de bureaux Enduit chanvre 8 cm sur mur en maonnerie de pierres 61 Pedraza Maison individuelle Mur de 28 cm Toiture 25 cm 91 80 Figure 66 : performances nergtiques de btiments chanvre On notera, que les performances nergtiques thoriques calcules daprs les logiciels de calculs de consommation dnergie habituellement utiliss (TRNSys, Comfie Playade, IES virtual environnement, ESPR) donnent, pour les ouvrages en btons de chanvre des consommations errones dans la mesure o ils ne tiennent compte que de la conduction pure. Les transferts dhumidit relative et les changements de phase au sein du matriau ne sont, aujourdhui, pas modliss. 7.5 Permabilit lair des ouvrages en bton de chanvre Ce paramtre est trs important. En effet, une faible permabilit lair est attendue pour limiter les pertes nergtiques par flux dair. Mais il ne faut pas confondre (ny identifier !) permabilit lair et la vapeur deau. On rappelle que pour obtenir le label BBC-Effinergie la permabilit lair dune maison individuelle doit tre infrieure 0,6 m3/(h.m2). La permabilit lair dun btiment chanvre a t mesure dans le cadre du projet Montholier [21] suivant la norme NF EN 13829, sur une maison individuelle dont les murs sont en bton de chanvre. Ces mesures mettent en vidence une permabilit moyenne de 1,5 m3/(h.m2) due principalement des dfauts de mise en uvre. On peut raisonnablement penser que ltanchit lair dun btiment en bton de chanvre peut tre amliore si lensemble du btiment est en bton de chanvre (mur+isolation de sol+isolation de toiture). En effet, on cre ainsi une continuit matriau entre les murs, la toiture et les sols. Par ailleurs les enduits vont permettre de limiter la permabilit lair du bton de chanvre. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 89 8 Etudes environnementales et sanitaires 8.1 Etudes environnementales Une analyse du cycle de vie (ACV) dun mur en bton de chanvre a t ralise par INRA [61] la demande du Ministre de lAgriculture et de lADEME. Cette tude a t suivie par un comit de pilotage comportant des spcialistes de la filire et des analyses de cycle de vie, elle a fait lobjet dune revue critique ralise par ECOBILAN (PRICEWATERHOUSECOOPERS). Lunit fonctionnelle ayant fait lobjet de cette analyse est un mur de 1 m2, de 26 cm dpaisseur constitu dun bton de chanvre (ralis partir du granulat Chanvribat et du liant Tradical PF70) et dune ossature bois. La rsistance thermique du mur ainsi constitu est de 2,36 m2.K/W. La dure de vie typique (DVT) de lunit fonctionnelle est de 100 ans. Les indicateurs dimpacts retenus dans cette tude ont t choisis et valus selon les recommandations de la norme franaise (NF 01-010 qui sappuie sur les normes ISO 14062, 14020, 14040, 14044 et 14025) rgissant la qualit environnementale et sanitaire des produits de construction. Le tableau figure 67 synthtise les diffrents impacts sur 100 ans du mur. Daprs ces valuations ralises par lINRA, sur lensemble du cycle de vie, 1 m2 de mur en bton et mortier de chanvre absorbe 75,7 kg de CO2 quivalent et en met 40,2 kg soit au final un bilan favorable de 35,5 kg de CO2 quivalent. Il faut noter que, conformment aux prescriptions de cette revue critique lACV ne comporte pas comparaison avec dautres matriaux de construction comme cela tait prvue initialement, mais lon pourra trouver des donnes concernant des matriaux comparables (unit fonctionnelles, performances) dans la base INIES (http://www.inies.fr), base gre par lADEME et regroupant les FDES des matriaux de construction Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre90 Impacts Matires premire ChnevotteEpuisement des ressources (kg Sb eq) 2,8 10-2 Acidification atmosphrique (kg SO2 eq) 5,1 10-2 Effet de serre 100 ans Dont stockage carbone (kg CO2 eq) -45,9 -52,2Destruction de la couche dozone (kg CFC eq) 7,1 10-7 Formation dozone photochimique (kg C2H4 eq) 7,1 10-4 Energie non renouvelable (MJ) 52,3 Pollution air (m3) 674 Pollution eau (m3) 4,3 Production de dchets (kg) 6 Figure 67 : Impacts environnementaux potentiels sur 100 ans dun m8.2 Etudes sanitaires La rsistance fongique et bactrienne des btons de chanvretudie par l'Institut de la Sant Publique BRUXELLESDEOUX suivant la norme BS 1982 : Part 3 1990Une premire partie de ltude a consist raliser une analyse fongique de plusieurs lots de chnevotte brute. Les rsultats de cette analyse sont prsents figure * CFU : Colony Forming Unit = Unit pouvant gnrer une colonieFigure 68 : Analyse fongique de 3 lots de chnevotte bruteSynthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvreMatires premire Mise en uvre Vie en uvre Fin de vie Chnevotte Autres MP 7,7 10-2 1,2 10-3 0 0 4,8 10-2 1,3 10-3 0 0 52,2 23,1 -9,9 0,2 -13,6 -13,6 0 3,3 10-6 3,4 10-7 0 0 4,2 10-3 5,0 10-5 0 0 265,8 19,9 0 0 207,2 14,6 0 0 2,2 6,1 10-2 0 0 0,9 0 98 : Impacts environnementaux potentiels sur 100 ans dun m2 de mur en ossature bois INRA La rsistance fongique et bactrienne des btons de chanvre pour la ralisation de murl'Institut de la Sant Publique BRUXELLES [21] sous lautorit du docteur la norme BS 1982 : Part 3 1990. Une premire partie de ltude a consist raliser une analyse fongique de plusieurs lots de rsultats de cette analyse sont prsents figure 68. Colony Forming Unit = Unit pouvant gnrer une colonie : Analyse fongique de 3 lots de chnevotte brute Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 Fin de transport TOTAL 2,6 10-2 1,3 10-1 5,1 10-3 1,0 10-1 6,7 10-1 -35,5 -75,7 5,7 10-6 9,9 10-6 3,8 10-4 5,4 10-3 56,3 394,2 128,2 1024 1,1 10-1 6,7 104,9 de mur en bton de chanvre pour la ralisation de mur a t sous lautorit du docteur Une premire partie de ltude a consist raliser une analyse fongique de plusieurs lots de Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre91 Une deuxime partie de ltude permis de hirarchiser le dveloppement de sur un bton de chanvre brute. Les rsultats sont prsents figure 6 Figure 69 : Hirarchie du dveloppement de moisissures sur un bton de chanvre bruteOn rappellera que toutes ces analyses ont t ralises sur des btons de chanvre brutes pour la ralisation de murs, or dans la pratique, ils sont rarement laiss sans protection (enduit ou bardage). On peut aussi citer une tude de qualit microbiologique (moisissures et bactries)et de la fibre de chanvre. Selon cette tude les quantits dlments microbiologiques (bactries et moisissures) sont comprises entre 10de prlvement et des conditions externes dhumidit relative. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvreUne deuxime partie de ltude permis de hirarchiser le dveloppement de sur un bton de chanvre brute. Les rsultats sont prsents figure 69. : Hirarchie du dveloppement de moisissures sur un bton de chanvre bruteque toutes ces analyses ont t ralises sur des btons de chanvre brutes pour la ralisation de murs, or dans la pratique, ils sont rarement laiss sans protection On peut aussi citer une tude de NIKTER M. [77] de lUniversit de Helsinki (moisissures et bactries) de la plante de chanvre Selon cette tude les quantits dlments microbiologiques (bactries et moisissures) sont comprises entre 103 et 109 cfu/gdw en fonction de la priode de prlvement et des conditions externes dhumidit relative. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 Une deuxime partie de ltude permis de hirarchiser le dveloppement de moisissures : Hirarchie du dveloppement de moisissures sur un bton de chanvre brute que toutes ces analyses ont t ralises sur des btons de chanvre brutes pour la ralisation de murs, or dans la pratique, ils sont rarement laiss sans protection de lUniversit de Helsinki qui a tudi la chanvre (jusqu la rcolte) Selon cette tude les quantits dlments microbiologiques en fonction de la priode Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 92 9 Etudes socio-conomiques 9.1 Organisation de la filire Une premire tude de la filire chanvre en France a t mene par GARNIER E. [53]. Elle propose, une approche systmique de la filire. Cette tude montre que lexistence dorganisations collectives structurantes au sein de la filire, contribue lui donner identit forte. Par exemple, la mise en place dune structure ddie la diffusion collective de lide chanvre dans la construction, montrent que le systme dveloppe des capacits de pro activit . GARNIER E note aussi la complmentarit des acteurs au sein du systme chanvre et leur autonomie les uns par rapport aux autres. Cette tude est actuellement complte par CARON P. dans le cadre du projet Cannaflax*. 9.2 Environnement march Une tude du march actuel et prospectif Europe des bioproduits a t ralise par le cabinet Alcimed la demande de lADEME [3]. Le march des btons de chanvre a t analys dans le cadre de ces travaux. Lestimation des volumes de march 2015-2030 sappuie sur diffrents scnarii qui prennent en compte le contexte macroconomique. Parmi ces diffrents scnarii, celui quil semble raisonnable de retenir est le suivant : Un essor des bioproduits : Un contexte gopolitique conflictuel, le tarif du baril voluant par ajustements ad hoc ; une prise de conscience socitale en ce qui concerne les bioproduits ; une recherche se mettant en place et se concentrant davantage sur les bioproduits. Sur cette base les valuations sont les suivantes, cf. figure 70 : 2015 2030 Chnevotte (kt) 438,2 689,3 % march de la construction 14,75% 20,18% Figure 70 : march prospectif chnevotte btiment 2015-2030 en Europe Sur la base de ces valuations et avec les hypothses suivantes : H1 : masse volumique de la chnevotte : 100 kg/m3 H2 : march maison individuelle : 242000 logements H3 : rendement paille : 8 t/Ha H4 : 80 m3 de bton de chanvre sont ncessaire pour raliser une maison denviron 100 m2 Le march en quivalent logements individuels et surface cultiv est le suivant, cf. figure 71 : * Cannaflax: analyse des processus d'innovation dans les agro-matriaux fibreux base de chanvre et de lin Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 93 2015 2030 Chnevotte (kt) 438,2 689,3 Btons de chanvre (m3) 4 382 000 6 893 000 Eq. surface cultive (Ha) 109550 172325 Eq. logement individuel 54775 86163 Figure 71 : march des btons de chanvre 2015-2030 Ces chiffres sont mettre en perspective avec la situation actuelle. En effet pour rpondre la demande cela reviendrait multiplier par 10 environ dici 2015, les surfaces de chanvre cultives actuellement en Europe et cela reprsenterait environ 0,16% des surfaces grandes cultures. Par ailleurs, il est important de rappeler que lorsque lon considre un produit innovant tel que peut ltre le bton de chanvre, le march nexiste pas de fait et par consquent il doit tre construit par les acteurs de la filire. Ces prvisions ne pourront tre atteintes que si tous les acteurs investissent dans la construction progressive de ce nouveau march et si les paramtres pris en compte continuent voluer favorablement (march de la construction, prix du ptrole, volution socitale, rglementation). Au niveau rgional, une enqute [28] a t mene par la Chambre de Mtiers et de lArtisanat de Haute Sane sur les entreprises artisanales du btiment de Franche-Comt susceptibles de dvelopper ou de sengager dans une dmarche utilisation du chanvre . Dans le cadre de cette tude 596 entreprises du btiment (sur 4592 sollicits) ont rpondu un questionnaire sur leur pratique par rapport aux matriaux chanvre. Sur les entreprises qui ont rpondues 87,1% nont jamais utilise le chanvre comme matriau de construction car, pour la plupart dentre elles, elles nont jamais t sollicites par leur client et souhaitent tre informes sur le matriau. 12,9% des entreprises ayant rpondu ont dj utilis le chanvre et 48,3% sous forme de btons et mortiers (soit environ 37 entreprises). Contrairement aux ides reues les entreprises qui utilisent du chanvre nont pas de difficults pour sapprovisionner. Globalement les entreprises constatent une demande croissante pour ce type de matriau et souhaite lutiliser davantage. Peu dentreprises ont suivi une formation (14 entreprises), toutefois 171 entreprises souhaitent tre formes. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 94 10 Etudes et programmes de recherche en cours Parmi les principaux travaux de recherche sur les btons et mortiers de chanvre en cours, on peut citer : Programme 2C2E (Construction Chanvre et Economie dEnergie) 2008-2010. Ce programme sinscrit dans le cadre de lappel projet Prebat. Pilot par lENTPE (Ecole Nationale des Travaux Publics de lEtat), ce projet a pour objectifs : o Damliorer les connaissances et d'optimiser les matriaux, et plus particulirement en ce qui concerne les interactions granulats chanvre/liant. o Dvaluer le comportement du matriau dans louvrage (notamment de poursuivre les travaux sur la modlisation du comportement hygrothermique dune paroi en bton de chanvre), dadapter les systmes constructifs ossature bois au bton de chanvre et danalyser des performances nergtiques des constructions, en particulier pour les constructions existantes o De faire voluer le cadre rglementaire et normatif en incluant la caractrisation des composants. Les partenaires du projet sont les suivants : CNRS (ENTPE), INRA, BCB, Dveloppement Chanvre et Construire en Chanvre. Programme PROCHANVRE 2007-2009. Ce programme est pilot par le laboratoire dEtudes Thermiques, Energtique et Environnement (LET2E) de lUniversit de Bretagne Sud. Il a pour objectifs : o Optimiser les procds de fabrication du bton de chanvre en fonction des formulations et des modes de fabrication (tude des cintiques de schage et de prise, chimie du matriau, caractrisation physique et mcanique et volution dans le temps de ces matriaux). o Mettre en place des bancs de mesure adapts la caractrisation thermo-hydrique des btons de chanvre. o Dterminer les proprits mcaniques, thermiques et hydriques de matriaux type diffrents taux dhumidit. o Dvelopper et valider des modles de simulation destins prdire les phnomnes de transfert et de transport thermique et hydrique dans ces matriaux. Les partenaires du projet sont les suivants : Laboratoire dEtudes Thermiques, Energtique et Environnement (LET2E) de luniversit de Bretagne Sud, Laboratoire de Gnie Civil et Gnie mcanique (LGCGM) de lINSA de Rennes, linstitut de recherche en Gnie civil et Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 95 Mcanique (GeM) de Nantes, la socit SI2C, la socit TERRACHANVRE et la Socit Easy Chanvre. Programme BCC Bat (Btons de chaux et de chanvre) 2008-2009 Ce programme est pilot par le CSTC en Belgique, il a pour objectifs : o Dfinir un cahier des charges concernant la technique de broyage et de calibration du granulat chanvre. o Doptimiser le granulat chanvre afin quil soit compatible avec la technique de projection et quil assure des performances thermiques optimales. o Dfinir un cahier des charges de la technique de mlange et de projection. o Dfinir un cahier des charges des btons de chanvre projets en termes de performances. Les partenaires du projet sont le CSTC et le SIRRIS (centre collectif de l'industrie technologique belge). Programme dveloppement de la construction chanvre-chaux faible impact carbone (Developing hemp-lime low-carbon construction for mainstream uptake through innovation and optimisation) : 2008-2010 Ce programme est pilot par lUniversit de Bath en Angleterre, il a pour objectifs : o Caractriser les btons de chanvre projet (constituants, performances mcaniques, permabilits, comportement hygrothermique, carbonatation de la chaux, rsistance fongique) o Optimisation des mlanges et de la mise en uvre o Instrumentation douvrages en bton de chanvre o Dvelopper un modle afin dvaluer les performances thermiques dun btiment chanvre. o Promouvoir la construction en chanvre (confrences, sminaires, publications) Les partenaires du projet sont : lUniversit de Bath, le BRE (building Research etablisment), National Non-Food Crops Center, Lhoist UK, Lime Technology Ltd, Castel Cement, Wates Group Ltd, Feilden Cleegg Bradley Studio, Hemcore. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre96 11 Orientation des travaux de recherche La synthse des connaissances tablies dans les paragraphes prcdents nous permet de dgager les pistes de travail de recherche et de dveloppements suivants pour chaque grand thme. 11.1 Agriculture et premire transformation Concernant les diffrentes tatravaux de recherche pourraient sattacher valuer limpact des paramtres dinfluence les caractristiques techniques et Processus Pi : paramtres dinfluence Figure 72 : Influence des paramtres du processus de technicoLes futurs programmes de recherche doivent permettrequestions suivantes : Quelle est linfluence des paramtres amont et itinraire culturalPi : varitSlection varitale et production de semencesPi : densit de semisPi : fertilisation Pi : technique de rcolte Pi....CulturePi : conditions de stockage Pi : dure du stockagePi : ...StockagePi : technique de transformation Pi : conditionnement Pi...TransformationSynthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvreOrientation des travaux de recherche La synthse des connaissances tablies dans les paragraphes prcdents nous permet de dgager les pistes de travail de recherche et de dveloppements suivants pour chaque grand Agriculture et premire transformation Concernant les diffrentes tapes amont qui conduisent la matire premire chanvre les travaux de recherche pourraient sattacher valuer limpact des paramtres dinfluence les caractristiques techniques et conomiques de la matire premire Cf. figure aramtres dinfluence Caractristiques techniet conomiques de la matire premire chanvre: Influence des paramtres du processus de production du chanvre sur les caractristiques technico-conomique de la matire premire Les futurs programmes de recherche doivent permettre, par exempleQuelle est linfluence des paramtres amont (varit, conditions climatiques et itinraire cultural) sur la chimie du granulat chanvre. Pi : varitPi : densit de semisPi : fertilisationPi : technique de rcoltePi : conditions de stockagePi : dure du stockagePi : technique de transformationPi : conditionnement Caractristiques chimiques Caractristiques morphologiques Porosit Rendements Cots Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 La synthse des connaissances tablies dans les paragraphes prcdents nous permet de dgager les pistes de travail de recherche et de dveloppements suivants pour chaque grand pes amont qui conduisent la matire premire chanvre les travaux de recherche pourraient sattacher valuer limpact des paramtres dinfluence sur conomiques de la matire premire Cf. figure 72. Caractristiques techniques conomiques de la matire premire chanvre production du chanvre sur les caractristiques , de rpondre aux conditions climatiques Caractristiques chimiques Caractristiques morphologiques Rendements Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 97 Quelle est linfluence des paramtres amonts (varits, itinraire cultural, rcolte, transformation) sur la morphologie du granulat chanvre ? Quelle est linfluence des paramtres amonts (varits, itinraire cultural, rcolte, transformation) sur les rendements potentiels ? Quelle est linfluence des paramtres amonts (varits, itinraire cultural, rcolte, transformation) sur les cots des matires premires ? 11.2 Caractristiques des matires premires Sur le granulat chanvre les thmes de recherche concernent : La composition chimique du granulat chanvre. En effet, la chimie du granulat chanvre (composition chimique et arrangement des molcules entre elles) a sans doute une influence sur les performances des btons de chanvre. Il sagit donc dvaluer cette influence. La morphologie du granulat chanvre (granulomtrie et microstructure). En effet, la morphologie du granulat chanvre a une influence directe sur les proprits des btons de chanvre. Par exemple, de la porosit dpendront les performances thermiques, de la granulomtrie et du rapport fibres/chnevotte dpendront les proprits mcaniques des btons. Sur ces diffrents sujets, dans un objectif doptimisation des performances du matriau les questions quil convient de se poser sont les suivants : La porosit du granulat chanvre suffit-elle expliquer sa sensibilit leau ? Quelle porosit pour une performance thermique des btons optimale ? Quelle granulomtrie pour des performances mcaniques et thermiques optimales ? Sur les interactions granulat-chanvre-liant-eau les travaux pourraient concerner : Lidentification des ractions entre le granulat chanvre et le liant en milieu aqueux et lidentification des produits de ces ractions. Linfluence de ces produits sur les ractions de prise des liants et ventuellement les moyens pour limiter cette influence. On notera que ces thmes de travail seront en partie traits dans le cadre du programme 2C2E (Cf. 10). Sur linfluence des conditions externes les tudes doivent tre compltes en tudiant notamment : Linfluence de conditions hygromtriques sur la prise des btons de chanvre en affinant les limites acceptables. Linfluence du paramtre temprature. Sur la caractrisation des matires premires, les travaux doivent porter sur : Lhomognisation des techniques de mesure. Les particularits du granulat chanvre ont ncessit la mise au point de procdures dessais et de mesure adaptes (mesures dimensionnelles, porosits, masse volumique, ), parfois plusieurs Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 98 mthodes ont t dveloppes (mesures dimensionnelles, porosit). Il sagit donc de dfinir des techniques de mesure de rfrence. 11.3 Caractristiques des btons de chanvre et performances dans louvrage Pour toutes les caractristiques un premier travail dharmonisation des techniques de mesure et de dfinition de techniques de mesures de rfrence doit tre men (procdure de fabrication des chantillons + procdure de mesure). 11.3.1 Proprits mcaniques Comme nous avons pu le voir dans les paragraphes prcdents les btons de chanvre ont t trs largement caractriss mcaniquement. Les travaux de recherche doivent aujourdhui porter sur loptimisation de ces caractristiques mcaniques. Les deux pistes principales concernent : Pour le granulat chanvre : la nature du granulat, sa granulomtrie et le taux de fibres. Pour le liant : la nature du liant et la formulation. Limportant tant damliorer les performances mcaniques du matriau sans dgrader ses performances thermiques. 11.3.2 Proprits hygrothermiques Les proprits hygrothermiques des btons de chanvre ont aussi largement t tudies. Il sagit donc aussi doptimisation de ces proprits. On se rend compte que le comportement hygrothermique du bton de chanvre est subi . Par consquent, les futurs travaux de recherche doivent sattacher trouver la faon de le maitriser afin doptimiser les performances thermique du mur (maitrise des phnomnes dvaporation-condensation par la maitrise de la taille des pores, des masses volumiques, le choix du liant, choix des enduits). Par ailleurs les modlisations tablies montrent des limites, il sagit donc de les affiner. On doit tre capable terme dtablir une correspondance entre comportement hygrothermique dune paroi en bton de chanvre et performance nergtique du btiment. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 99 11.3.3 Proprits acoustiques Il est important de pouvoir rpondre aux exigences de la Rglementation Acoustique. Par consquent : Sur les proprits acoustiques des systmes (ensemble de la paroi : matriau + systme constructif) : Pour les bruits ariens il est ncessaire de mesurer les indices daffaiblissement acoustique Rw (C ; Ctr), RA, RA,tr selon la norme NF EN ISO 140-3 et NF EN ISO 717/1. Pour les bruits de choc il est ncessaire de mesurer la rduction du niveau de bruit de choc pondr (Lw) suivant la norme NF EN ISO 717-2 et NF EN ISO 140-8. Ces grandeurs permettront pour un ouvrage de calculer : L'isolement acoustique standardis pondr au bruit arien vis vis des bruits extrieur et intrieurs (DnT,A,tr et DnT,A). Le bruit de choc standardis (L'n,T,w). Il sagit du bruit peru dans une pice transmis par les structures et gnr par des bruits de choc. Tous ces essais sont assez lourds car ils doivent tre raliss sur chaque type de parois (bton de chanvre + systme constructif). Il est donc important de bien dfinir au dpart les parois tester. Par ailleurs, si lon veut utiliser le bton de chanvre comme matriau de correction acoustique dans une pice il faut tre capable de donner un coefficient dabsorption alpha sabine (NF EN 20354 et NF EN ISO 11654) pour diffrentes formulation denduit et en fonction de la mise en uvre (notamment la finition). 11.3.4 Durabilit Des essais complmentaires de durabilit pourraient tre mens sur les formulations de btons de chanvre utiliss actuellement. On peut voquer notamment des essais de cycles alterns dhumidification/schage et du suivi des proprits mcaniques lors de ces cycles. Par ailleurs, il serait intressant de connaitre le comportement des btons de chanvre actuels par rapport aux champignons lignivores. 11.3.5 Essais feu Concernant la raction au feu : La raction au feu est la proprit dun matriau contribuer un incendie. Afin de complter les essais dj raliss les classements devront tre tablis par des laboratoires accrdits pour des systmes et parois types. Ces essais seront raliss pour des Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 100 btons de chanvre donns (granulat chanvre, liant et dosage), il appartient donc a chaque fabricant de faire faire ces essais. Concernant la rsistance au feu : La rsistance au feu est le temps pendant lequel le matriau assure ses fonctions sous laction dun incendie. Elle sexprime donc sous forme de dure et comprend trois classes (capacit de portance, tanchit au feu, tanchit la chaleur). Des essais de rsistance au feu sur des systmes et parois types en btons de chanvre doivent tre raliss sur des formulations et pour des couples granulat chanvre-liant donns. Il appartient donc a chaque fabricant de faire faire ces essais. 11.4 Mise en uvre et systme constructif Concernant la mise en uvre et les systmes constructifs, les rflexions mener doivent avoir deux objectifs : un objectif technique et un objectif conomique (diminution des cots). Les dveloppements pourraient concerner : Loptimisation des systmes dossature en tenant compte de la contribution mcanique des btons de chanvre La dfinition dun systme constructif type facilement transfrable et utilisable par les entreprises du btiment. Une rflexion sur dautres types de mises en uvre mcanique (autre que la projection). Loptimisation de la fabrication de blocs maonner et des systmes constructifs associs. La prfabrication dlments de grande dimension Dans tous les cas la rflexion doit tre globale et le travail doit porter sur le trio : systme constructif+technique de mise en uvre+ choix du matriau. 11.5 Performances nergtiques des btiments chanvre. Concernant les performances nergtiques des btiments chanvre, une tude du suivi des consommations dnergie plus exhaustive pourrait tre mene. De plus, il est important de pouvoir intgrer, dans les logiciels de calcul utiliss pour tablir les consommations thoriques des btiments, les spcificits du bton de chanvre et notamment le comportement hygrothermique dune paroi en bton de chanvre et des enduits en chanvre. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 101 11.6 Caractristiques environnementales et sanitaires 11.6.1 Caractristiques environnementales En, labsence de norme europenne il conviendrait de vrifier la cohrence de lACV franaise avec des ACV ralis dans dautres pays et cela pour diffrentes utilisations. En ce qui concerne la France les impacts environnementaux (ou fiches de dclaration environnementales et sanitaires : FDES) doivent tre tablis pour les diffrentes formulations (mur, sol, toit, enduit). Elles peuvent tre ralises pour chaque couple granulat chanvre-liant ou pour un ensemble de couples granulat chanvre-liant. 11.6.2 Sanitaires Concernant les aspects sanitaires, un travail global sur les thmatiques suivantes pourrait tre men : Etude des impacts de la manipulation des matires premires (fibres, fines) sur les praticiens Etude des missions de COV (Composs Organiques Volatiles). Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 102 12 Conclusion Cette synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre met en vidence la richesse et la qualit des tudes et travaux de recherche mens depuis plus de dix ans sur le sujet. Aujourdhui, si les caractristiques mcaniques et thermiques des btons de chanvre sont connues et peuvent tre modlises de faon satisfaisante, dautres paramtres tels que les caractristiques acoustiques, ncessitent encore quelques tudes complmentaires. Par ailleurs, le comportement hygrothermique des parois en bton de chanvre a t tabli pour des parois homognes, les travaux futurs devront permettre de comprendre plus prcisment le comportement hygrothermique de parois composes (bton de chanvre et enduit ou bton de chanvre associ a un autre matriau du btiment). De plus, si lon veut sinscrire dans une dmarche de qualit et de normalisation, il apparait aujourdhui ncessaire dhomogniser les diffrentes techniques qui permettent de mesurer les caractristiques et les performances des btons de chanvre. Plus globalement, en sappuyant sur ces rflexions et sur les travaux antrieurs, les dveloppements futurs sur le matriau bton de chanvre devront sattacher optimiser le matriau par rapport ces diffrentes fonctions dans louvrage (confort hygrothermique du btiment, confort acoustique, confort sanitaire). Cette dmarche implique, de fait, une approche qui nest plus une simple approche matriau, mais une approche plus globale intgrant trois lments : le matriau, le systme constructif et la technique de mise en uvre. Par ailleurs, il est important que ces dveloppements soient mis en perspective avec les enjeux environnementaux de la construction et notamment par rapport aux objectifs de performances nergtiques des btiments. On notera aussi que toutes les tudes conomiques mettent en vidence des perspectives de dveloppement potentiel de march importantes. Toutefois, ces prvisions ne pourront tre atteintes que si tous les acteurs de la filire chanvre-construction ont une dmarche proactive dans la construction du march. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 103 Bibliographie [1] ADEME. 2005. Biomasse et environnement, Journe technique organise par lADEME, recueil des interventions, juin 2005. [2] ADEME. Bilan environnemental des filires vgtales pour la chimie, les matriaux et lnergie. Etat des connaissances : Analyse de cycles de vie, octobre 2004. [3] ALCIMED, ADEME. 2007. March actuel des bioproduits industriels et des biocarburants & volutions prvisibles lchance 2015-2030. Avril 2007. [4] ARNAUD L., MONNET H., CORDIER C., SALLET F. 2000. Modlisation par homognisation auto-cohrente de la conductivit thermique des btons et laines de chanvre, Congrs franais de Thermique, Elsevier, p.543-548. [5] ARNAUD L., CORDIER C., SALLET F. 2000. Mechanical and thermal properties of vegetal concrete., In Barbosa N.P, Swamy R.N. & Lynsdale C. editors, Sustainable construction into the next millenium: environmentally friendly and innovative cement based materials, Proc. of the Int. Conf. Joao Pessoa, Brazil, Souza Grafica e Editora, p. 302-311, Brasil. [6] ARNAUD L. 2000. Mechanical and Thermal properties of Hemp mortars and wools: Experimental and theoretical approaches., Confrence invite In Proc. 3th Int. Symp. on Bioresource Hemp and other fibre crops, Wolfsburg (All.), http://www.bioresource-hemp.de/. [7] ARNAUD L., CEREZO V. 2002. Mechanical, thermal and acoustical properties of vegetal concrete as building material, In Proc. of the ASCE congress Cancun 12/2002., sous presse. [8] ARNAUD L., CEREZO V. 2004. Physical properties of concrete with vegetable particles, to appear in Proc. of the TUL-ENTPE Workshop, Szklarska Poreba. Poland, pp155-166, Technical University of Lodz Poland, ISBN : 2-86834-121-7. [9] ARNAUD L., SAMRI D. 2005. Hygro-thermal behaviour of building porous materials, in Proc. Third Int. Biot Conference, Oklahoma (USA) [10] ARNAUD, L., CEREZO, V., SAMRI, D. 2006. Global Approach for the design of building material containing Lime and Vegetable particles. The 6th International Symposium on cement and concrete, 1261-1265, Foreign Languages Press., Xian, China. [11] ARNAUD L., SAMRI D. 2007. Innovative building material based on lime and hemp particles: from ecological to technical interests , to appear in International Conference on Sustainability in the Cement and Concrete Industry, Lillehammer (Norvge), Sept 2007 [12] ARNAUD L., BOUTIN C. 2000. Qualification physique des matriaux de construction base de chanvre, ENTPE, Rapport dtape n 2, Contrat de recherche pour le compte de lAdeme - Agrice - La chanvrire de laube, contrat n CNRS 0711462, 47p. [13] ARNAUD L. et CEREZO V. 2001. Qualification physique des matriaux de construction base de chanvre, Rapport final Contrat de recherche pour le compte de lAdeme - Agrice - La chanvrire de lAube, contrat recherche CNRS 0711462, juin 1998 - aot 2001, 102 pages. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 104 [14] ARSENE M.-A. et al. 2003. Cementitious composites reinforced with vegetable fibers. 27 pages. [15] ATELIER DU CHANVRE, 2007. Chanvribloc, isolation et construction, 27 pages. [16] BIO INTELLIGENCE SERVICE, ADEME, Ministre de lAgriculture. 2007. Evaluation des besoins en labellisation et tiquetage de produits incorporant des matires dorigine renouvelable et comparaison des mthodes existantes. Promotion des bioproduits et biomatriaux. Novembre 2007. [17] BOULOC P. 2006. Le chanvre Industriel, ouvrage collectif. Paris : d. France Agricole, 2006, 431 pages [18] BOUYER T., LHOIST. 2008. De la Qualit du Matriau Bton-Chanvre. rapport de stage. ENGREF. Aot 2008. [19] BUTSCHI P.-Y. et al. 2003. Utilisation du chanvre pour la prfabrication dlments de construction. Congrs annuel de la Socit canadienne de gnie civil, Moncton, Nouveau-Brunswick, Canada, 4-7 juin 2003 [20] CARON P. 2008. Cannaflax : analyse des processus d'innovation dans les agro-matriaux fibreux base de chanvre et de lin. INRA. [21] CEBTP. 2005. Utilisation de matriaux renouvelables en parois de maisons ossature bois. Octobre 2005. 132 pages. [22] CEREZO V. 2000. Comportement mcanique du bton de chanvre avec ajouts de fibres et dformations lors du retrait. TFE lENTPEDGCBURA CNRS. juin 2000. 60 + 45 pages. [23] CEREZO V. 2000. Comportement mcanique des btons de chanvre et dformation lors du schage. Mmoire de DEA. Ecole Doctorale MEGA. septembre 2000. 78 pages. [24] CEREZO V. 2005. Proprits mcaniques, thermique et acoustique dun matriau base de particules vgtales : approche exprimentale et modlisation thorique. Thse ENTPE [25] CEYTE I. 2008. Bton de chanvre, dfinition des caractristiques mcaniques de la chnevotte. TFE lENTPE. Juin 2008. 155 pages. [26] CEYTE I. 2008. . Mmoire de master 2, politique publique et gouvernement compar. pro 2 [27] CHAGNEAUD B. ET COQUILLAT A. 1998. Produits respectueux de lenvironnement et matriaux renouvelables, Rapport de recherche du CEBTP - Dpartement "Maonneries" - Monuments Historiques, recherche 97-029 FNB. juillet 1998. 34 pages. [28] CHAMBRE de METIERS et de LARTISANAT Haute-Sane. 2008. Enqute sur les entreprises artisanales du btiment de Franche-Comt susceptibles de dvelopper ou de sengager dans une dmarche utilisation du chanvre . juillet 2008. 49 pages. [29] CLAUSS P. 1996. L'utilisation du chanvre dans les pavillons d'Okos, compte rendu n4. juin 1996. 9 pages + annexes. [30] CLAUSS P. 1998. Le chanvre comme matriau de construction, Etude du Centre dEtudes Techniques de lEquipement (CETE) de lEst - Laboratoire Rgional des Ponts et Chausses de Strasbourg, tude 95-A-426. 1998. 51 pages + annexes. [31] COLLET F. 2004. Caractrisation hydrique et thermique de matriaux du gnie civil faibles impacts environnementaux. Thse de doctorat gnie civil. INSA de Rennes Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 105 [32] COLLET F. et al. 2008. Porous structure and water vapour sorption of hemp-based materials. Construction and Building Materials, N 22, 2008, p. 12711280 [33] CONSTRUIRE EN CHANVRE. 2007. Construire en Chanvre Rgles professionnelles dexcution. Paris. SEBTP. [34] CORDIER C. 1999. Caractrisation thermique et mcanique des btons de chanvre, TFE lENTPEDGCBURA CNRS. juin 1999. 56 pages + annexes. [35] COUEDEL I. 1998. Le chanvre comme matriau de construction, Premire approche mcanique du bton de chanvre, DEA lENTPEDGCBURA CNRS, Lyon, juillet 1998, 69 pages + annexes. [36] COURGEY S. 1993. La construction de murs base de fibres de chanvre. 1993. 15 pages. [37] COURGEY S, OLIVA J-P. 2006. La conception bioclimatique. Mens : d. Terre Vivante, 2006, 239 pages. [38] CSTB. 2007. Analyse des caractristiques des systmes constructifs non industrialiss. Rapport dtude. Septembre 2007. [39] CSTB. 2005. ATEX CSTB N 1270. [40] CTBA. 1990.. Rsistance vis--vis des termites. Procs verbal dessais PRE/AMP-89.2412. [41] CTBA. 1990.. Rsistance vis--vis des champignons lignivores. Procs verbal dessais PRE/DD/FD 90.89.2416 [42] DESHENAUX C., MACHERET C. 2000. Agglomrs de chanvre, Rapport technique, Ecole dIngnieur et dArchitecte de Fribourg (EIAF). Suisse. 2000, 91 pages. [43] DEOUX S. et P. 1997. Habitat Qualit Sant clefs en mains Le guide de lhabitat sain. d. Medieco, Andorra. 1997. 286 pages. [44] ELFORDY S. et al. 2007. Mechanical and thermal properties of lime and hemp concrete (hempcrete) manufactured by a projection process. Construction and building materials, Elsevier, N 22, p2116-2123 [45] ERNST ET YOUNG AND International. 2005. Evaluation de lorganisation commune de march dans le secteur du lin et du chanvre, Commission europenne Direction Gnrale de lAgriculture. septembre 2005. 123 pages. [46] ERNST ET YOUNG, ADEME. 2005. Etude de march des nouvelles utilisations des fibres vgtales. Dcembre 2005. [47] EVRARD A. et al, 2006. Dynamical interactions between heat and mass flows in Lime and Hemp Concrete. Architecture et climat - UCL, Louvain-la-Neuve, Belgium. [48] EVRARD A. 2006. Sorption behaviour of Lime-Hemp Concrete and its relation to indoor comfort and energy demand: The 23rd Conference on Passive and Low Energy Architecture. Geneva, Switzerland. 6-8 September 2006 [49] EVRARD A. 2008. Transient hygrothermal behaviour of Lime-Hemp Materials. Thse de doctorat sciences de lingnieur : Ecole Polytechnique de Louvain Unit dArchitecture. [50] FFB Champagne Ardenne. 2007. AGROBAT : caractrisation du bton de chanvre. Fvrier 2007. [51] FFB Champagne Ardenne. 2007. AGROBAT : Compte-rendu Runion 15 mai 2007, essais btons de chanvre au Lyce Arago. Mai 2007. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 106 [52] GARCIA-JALDON C. 1992. Caractrisation morphologique et chimique du chanvre (Cannabis Sativa) pr-traitement la vapeur et valorisation, Th. Doct. : Universit de Grenoble. [53] GARNIER E. 2006. Premires investigations sur larticulation entre innovation et dveloppement durable dans la valorisation des agro-ressources: Le cas du chanvre en France. Mmoire de stage : INRA, Universit de Reims. 146 pages. [54] GARSIDE P. 2006. Identification of cellulosic fibres by FTIR Spectroscopy : differentiation of flax and hemp by polarized ATR FTIR. Studies in conservation, Vol 51, N3, p.205-211. [55] GOURLAY E. 2008. Caractrisation de la chnevotte et influence des caractristiques de la chnevotte sur celles des btons de chanvre-chaux. Rapport de stage ENTPE. [56] GOVIN A. 2004. Aspects physico-chimiques de linteraction bois ciment. Modification de lhydratation du ciment par le bois. Th. Doct. : Gnie des procds : Ecole des Mines de Saint Etienne et Universit des Jean Monnet de Saint Etienne. [57] GOYER S. 2007. Caractrisation des proprits microstructurales et hydriques de btons lgers Application la modlisation des transferts hydriques. Mmoire de recherche ENTPE-LCPC. Septembre 2007. [58] GUIZIOU C. 2007. Etude de liants : prsentation et comportement en association avec la chnevotte. Mmoire de master ENTPE. Septembre 2007. [59] GUYOT T., COIA N. 2001. Utilisation des fibres de chanvre dans les mortiers, TFE IUP -Gnie Civil et Infrastructure. mai 2001. [60] HAQUETTE J-M., Nature et architecture, TPFE Ecole dArchitecture Languedoc-Roussillon, 1998, 75 pages [61] HUSTACHE Y., ARNAUD L. 2008. Programme dessais complmentaires concernant la mise en uvre des btons de chanvre sur chantier. Validation des rgles professionnelles. Rapport final, CONSTRUIRE EN CHANVRE, Rapport de recherche pour le compte de la DGUHC. [62] HUSTACHE Y., ARNAUD L. 2007. Validation des techniques de mise en uvre du chanvre dans des applications btiment : Rapport final. CONSTRUIRE EN CHANVRE. Rapport de recherche pour le compte de la DGUHC. [63] HUSTACHE Y., ARNAUD L. 2007. Validation des techniques de mise en uvre du chanvre dans des applications btiment : Rapport complmentaire. CONSTRUIRE EN CHANVRE. Rapport de recherche pour le compte de la DGUHC. [64] INRA. 2006. Analyse du cycle de vie de mur en bton de chanvre banch sur ossature bois. Juin 2005. [65] KUR F. 1999. L'habitat cologique : quels matriaux choisir ?. d. Terre Vivante, 1999, 192 pages. [66] LAWRENCE R.M.H. et al. 2006. Determination of carbonation profiles in non-hydraulic lime mortars using thermogravimetric analysis. Thermochimica Acta, N444, 2006, p. 179189 [67] LAWRENCE R.M.H. et al. 2007. Effects of carbonation on the pore structure of non-hydraulic lime mortars. Cement and Concrete Research, N37, 2007, p.10591069 Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 107 [68] LE CORRE M., VAN NIEUWENHUYZE L., CHRETIEN G. 2000. Les chaux dans les enduits, Outil pdagogique, d. ARTEFAB Pays de Loire. 124 pages. [69] LE TROEDEC M. et al. 2008. Physico-chemical modifications of the interactions between hemp fibres and a lime mineral matrix: impacts on mechanical properties of mortars. 10th ECerS Conf., Gller Verlag, Baden-Baden, p.451-456. [70] MAJCHERCZYK C. 1997. Essai de compatibilit des sous produit du chanvre avec les matriaux de construction traditionnel du btiment (ciment, pltre, chaux), Rapport de recherche du CEBTP - dpartement Environnement, recherche 97-034 FNB. octobre 1997. 42 pages. [71] MAUPETIT M. 2005. Dveloppement de briques autoclaves base de particules vgtales, approche exprimentale du comportement mcanique. Rapport de DEA lENTPE. Septembre 2005 [72] MC COMBER L. 2001. Chanvre et architecture, La Chanvrire De l'Aube (LCDA), janvier 2001, 54 pages. [73] MERTENS G. et al. 2007. Quantitative mineralogical analysis of hydraulic limes by X-ray diffraction. Cement and Concrete Research, N 37, 2007, p.15241530 [74] MONNET H. 1999. Caractrisation thermique et mcanique des laines de chanvre, TFE lENTPEDGCBURA CNRS, Lyon, juin 1999, 49 pages + annexes [75] MOREAU N. 1999. Contribution la connaissance des btons de chaux naturelles et de chanvre, TFE lENSAIS - Gnie Civil, 1999, 51 pages + annexes. [76] MUSSIG J., HARIG H., R. MARTENS 1998. Hemp fibre as a textile ressource, in Textile Asia, 1998, pp. 39-50. [77] NIKTER M. 2006. Microbial quality of hemp (Cannabis sativa L.) and flax (Linum usitatissimum L.) from plants to thermal insulation. Academic dissertation, University of Helsinki Department of Agrotechnology [78] OLIVA J-P. 2001. L'isolation cologique. Mens : d. Terre Vivante. 2001, 237 pages. [79] PEYRATOUT Claire S. et al. 2007. Modifications physico-chimiques entre les fibres de chanvre et la chaux. Impacts sur les proprits mcaniques des mortiers. 18me Congrs de la mcanique. Grenoble, 27-31 aot 2007 [80] PICHAT PH. 2001. Les liants minraux : proprits-usages-volutions. La technique moderne, Vol 93, N1-3, 2001, p23-31. [81] RANALLI P. 1998. Advances in Hemp research, d. Paolo Ranalli, 1998, 272 pages [82] ROAF S., FUENTES M., THOMAS S. 2007. Ecohouse. d. Architectural Press. 2007. 488 pages. [83] ROMILDO D. et al. 2003. Development of vegetable fibremortar composites of improved durability. Cement & Concrete Composites, N 25, 2003, p.185196 [84] RUTE E. et al. 2005. Not Conventional Materials for a Sustainable Construction: A Bio-construction System Reinforced with Cellulose Fibres [85] SALOMON T., BEDEL S. 1999. La maison des [nga]watts, le guide malin de lnergie chez soi. Mens : d. Terre Vivante, 1999. Synthse des connaissances sur les btons et mortiers de chanvre 2008 108 [86] SAMRI D., L. ARNAUD. 2006. Assessment of heat and mass transfers in building porous materials., Proceedings of the 4th European Conference on Energy Performance & Indoor Climate in Buildings, November 2006, Lyon. [87] SAMRI D. 2008. Analyse physique et caractrisation hygrothermique des matriaux de construction : approche exprimentale et modlisation numrique. Thse de doctorat : Gnie civil INSA de Lyon. [88] SEDAN D. et al. 2007. Interaction fibre de chanvre/ciment : influence sur les proprits mcaniques du composite. Matriaux et Techniques. Volume 95, p.133142 [89] SGRICCIA N. et al. 2008. Characterization of natural fiber surfaces and natural fiber composites. Composites: Part A, N39, 2008, p.16321637 [90] SORGHAL asbl. 2001. Essai de comportement du chanvre en diffrentes station de Wallonie, Rapport de recherche pour le Ministre de la RW, Huy, 2001, 148 pages. [91] TAI THU Nguyen et al. 2007. Optimisation de lusage du chanvre dans la conception dun eco-matriau pour le gnie civil. Poster. 1 page. [92] VAN DER WERF H. 1994. Crop physiology of fibre hemp, Thse de doctorat, Wageningen. [93] VIGNON M. R., GARCIA-JALDON C., DUPEYRE D. 1995. Steam explosion of woody hemp chnevotte. Int. J. Biol. Macromol. Volume 17, Number 6, p.395-404 [94] WOOLLEY T et BEVAN R. 2008. Hemp lime construction. A guide to building with hemp lime composites. [95] YAGUE T. 2007. Construction de maisons en blocs de chanvre-chaux/Etude et amlioration des systmes constructifs partir de blocs (non)porteurs. [96] YATES T. 2002. Final Report on the Construction of the Hemp Houses at Haverhill, Suffolk. Report number 209-717 Rev.1. BRE, octobre 2002. [97] ZHIJIAN L. et al. 2006. Properties of hemp fibre reinforced concrete composites. Composites: Part A, N 37, 2006, p. 497505

Recommended

View more >