Nouveaux matériaux pour la construction de demain
Le secteur de la construction pèse lourd dans les impacts environnementaux. Grand consommateur de matières premières, il produit beaucoup de déchets, mais surtout les émissions de gaz à effet de serre qu’il génère s’avèrent parmi les plus importantes des secteurs industriels [1].
Dans le contexte actuel de la lutte contre le changement climatique, tous les acteurs de la filière du BTP doivent modifier leurs pratiques afin de se conformer aux exigences de la transition écologique et énergétique.
Suivant l’évolution des techniques constructives, l’équipe de recherche Géomatériaux et Structures (GS) du laboratoire SIAME, historiquement spécialisée dans la description du comportement des matériaux cimentaires (bétons, mortiers…), s’est tournée depuis une dizaine d’années vers la construction à faibles impacts environnementaux. Le cœur de leur nouvelle thématique de recherche est centré sur les matériaux géosourcés, autrement dit la terre crue !
Mots-clés : matériaux, construction, laine, terre
Construire en terre crue, une véritable avancée ?
Parfois plus connue sous les noms d’adobe, de pisé, de torchis, ou encore de briques compressées, la terre crue est utilisée comme matériau de construction depuis des siècles dans le monde entier ! Bien qu’elle ait été délaissée au profit du béton et de l’acier, on estime aujourd’hui que plus de la moitié de la population mondiale vit dans une habitation en terre crue [2]. Disponible localement et en grande quantité, elle nécessite très peu d’énergie pour être transformée. En plus de sa faible énergie grise (énergie nécessaire à l’extraction des matières premières, à la fabrication et au transport des produits), la terre crue offre plusieurs avantages : elle a la capacité de réguler le taux d’humidité dans l’air intérieur grâce à son aptitude à retenir ou non l’eau à sa surface selon les conditions climatiques, et présente une forte inertie thermique qui permet de préserver la température interne, par exemple lors d’épisodes de canicule. Ces propriétés, qui sont dites hygrothermiques, permettent aux bâtiments en terre crue d’être plus confortables et sobres énergétiquement [3]. Malgré ces points positifs, le matériau présente tout de même des limites : manque de résistance et sensibilité au contact d’eau liquide. Il est donc nécessaire de le renforcer par l’ajout de ciment ou de chaux, au détriment de son empreinte carbone [4]. Mais quels produits alternatifs issus de sous-produits agricoles renforceraient la terre crue sans pour autant altérer ses capacités ? C’est la question que Céline Perlot, la responsable de l’équipe de recherche GS, s’est posée et qui lui a valu d’être lauréate en octobre 2021 de l’Institut Universitaire de France, au titre de l’innovation scientifique.
Repartir des bases avec une nouvelle méthodologie
Lorsque l’on fabrique des biens, on produit de manière inévitable des résidus, que l’on appelle des sous-produits. Réutiliser ces sous-produits est une forme de revalorisation des déchets : au lieu de jeter des éléments dont on ne se sert pas, on leur offre une seconde vie en les réemployant dans de nouvelles conceptions, permettant ainsi des économies de matières premières, et par extension, une diminution des impacts environnementaux. L’équipe GS travaille sur ces approches. Recréer du béton neuf, à base de granulats de béton issus de structures démolies, ou encore à base de coquilles d’huîtres à la demande du syndicat de conchyliculture du Bassin d’Arcachon en partenariat avec le laboratoire LFC-R de l’UPPA, voici des exemples de méthodes qui sont développées dans ces recherches. Partant d’objectifs simples, comme réduire les quantités de déchets, pallier les carences de matières premières, ou encore économiser des ressources, ces travaux restent néanmoins complexes et exigent de collaborer avec d’autres équipes. Remployer des sous-produits nécessite de la minutie, car comme en cuisine, une variation de dosage peut mener à un produit final différent. Les matériaux n’étant pas les mêmes, les propriétés physiques et chimiques non plus, cela implique de comprendre les différences de comportements pour adapter les formulations et garantir leurs performances.
Utiliser un sous-produit laineux, un projet ambitieux !
Quelle réglementation pour ces nouvelles techniques ?
La recherche ne s'arrête pas là !
Maintenant que des connaissances scientifiques ont été établies sur les différents moyens de stabiliser la terre crue, le but est désormais d’adapter la composition des matériaux selon leurs usages : régulation thermique à l’intérieur des bâtiments, résistance d’un mur porteur soumis à des intempéries, etc. Finalement, le bon matériau, c’est celui qui est adapté à une fonction et un usage, et qui utilise les ressources locales. La recette universelle n’existe pas, c’est pourquoi les travaux sont orientés vers une méthodologie d’optimisation des formules, en développant une approche mêlant technique et environnement. À partir des résultats de ces recherches, il a été possible d’imaginer que, puisque les matériaux à base de terre crue présentent un fort potentiel d’adsorption d’humidité, ils pourraient contribuer à réguler la qualité de l’air à l’intérieur des bâtiments, en retenant les polluants gazeux comme le CO2, ou les composés organiques volatils. C’est dans le but d’évaluer ce potentiel que l’équipe GS s’est rapprochée d’une équipe de chercheurs en chimie analytique de l’UPPA spécialisée dans la mesure des polluants. En listant les mécanismes physico-chimiques pouvant se dérouler dans la terre crue par similitude avec d’autres matériaux, ils élaborent des dispositifs expérimentaux qui permettront de valider leurs hypothèses.
Développer de nouveaux matériaux c'est une chose, démocratiser leur utilisation en est une autre.
Pour citer cet article : DOI en cours d'obtention
Bibliographie
[1] United Nations Environment Programme, Global Alliance for Buildings and Construction, 2020 Global Status Report for Buildings and Construction: Towards a Zero-emissions, Efficient and Resilient Buildings and Construction Sector - Executive Summary, 2020 [lien vers l'article].
[2] GANDREAU David, DELBOY Leticia, CRATerre-ENSAG (France), JOFFROY Thierry (dir.), Patrimoine mondial : inventaire de l’architecture de terre, Paris, Unesco, coll. WHEAP. Programme du patrimoine mondial pour l’architecture de terre, 2012 [lien vers l'article].
[3] FABBRI Antonin, MOREL Jean-Claude, AUBERT Jean-Emmanuel, BUI Quoc-Bao, GALLIPOLI Domenico, VENKATARAMA Reddy B.V., Testing and Characterisation of Earth-based Building Materials and Elements. State of the Art Report of the RILEM Technical Committee 274‑TCE, Springer, 2022.
[4] VENKATARAMA Reddy B.V., PRASANNA KUMAR P., « Embodied energy in cement stabilised rammed earth walls », Energy and Buildings, 2010, n° 42(3), p. 380-385 [lien vers l'article].
[5] MUGUDA Sravan, LUCAS George, HUGUES Paul N., AUGARDE Charles E., PERLOT-BASCOULES Céline, BRUNO Agostino W., GALLIPOLI Domenico, « Durability and hygroscopic behaviour of biopolymer stabilised earthen construction materials », Construction and Building Materials, 2020, n° 259 [lien vers l'article]].
[6] SAIF Ahsan, CUCCURULLO Alessia, GALLIPOLI Domenico, PERLOT-BASCOULES Céline, BRUNO Agostino W., « Advances in Enzyme Induced Carbonate Precipitation and Application to Soil Improvement : A Review », Materials, janvier 2022, vol. 15, n° 3 [lien vers l'article].
[7] Nobatek/INEF 4 (Institut pour la transition énergétique), « Terre, laine de mouton, moelle de tournesols : Vers des systèmes constructifs bas carbone », Nobatek INEF4, juin 2022 [lien vers l'article].
[8] FERNANDES Jorge, PEIXOTO Marco, MATEUS Ricardo, GERVASIO Helena, « Life cycle analysis of environmental impacts of earthen materials in the Portuguese context: Rammed earth and compressed earth blocks », Journal of Cleaner Production, décembre 2019, n° 241 [lien vers l'article].
[9] FERNANDES Bruno, Fire behaviour and residual durability of concrete with recycled concrete aggregates, Thèse de doctorat inédite de l’Université de Pau et des Pays de l’Adour, 2022.
[10] PINTO DABÉS GUIMARÃES Ana Cláudia, Use of oyster shell (Crassostrea gigas) as aggregate replacement for producing environmentally-friendly concrete, Thèse de doctorat inédite de l’Université de Pau et des Pays de l’Adour, 2022. [11] FABBRI Antonin, MOREL Jean-Claude, « Earthen materials and constructions », dans Harries Kent A., Sharma Bhavna (dir.), Nonconventional and Vernacular Construction Materials. Characterisation, Properties and Applications (2e édition), 2020, p. 375-401. [lien vers l'article].