DPARTEMENT GNIE CIVIL

Mmoire prsent en vue de lobtention du diplme dIngnieur Option Gnie Civil et du Master 2 Recherche Ingnierie mcanique

et civile

Fvrier Juin 2015

: PolytechClermont Ferrand - Dpartement Gnie Civil

Rue des Meuniers BP 206 - F 63174 Aubire Cedex (France)

: Secrtariat : +33 (0)4 73 40 76 87 / 76 90 Scolarit : +33 (0)4 73 40 75 05

: +33 (0)4 73 40 75 10 - Ml : dept.gc@polytech.univ-bpclermont.fr

Dveloppement

dun matriau bio-sourc

pour la construction :

le bton de tournesol

Benjamin NIEZ

Mmoire de Master

prsent par

Benjamin NIEZ

DEVELOPPEMENT DUN MATERIAU BIO-SOURCE POUR LE

SECTEUR DE LA CONSTRUCTION : LE BETON DE TOURNESOL

Laboratoire de rattachement :

Institut Pascal UMR 6602

Universit Blaise Pascal CNRS IFMA

Axe MMS Mcanique, Matriaux, Structures

BP 265 63175 Aubire cedex

Equipe ou Organisme daccueil (si diffrent) :

Polytech Clermont-Ferrand

Composition du Jury

Amziane Sofiane, Professeur des universits, Institut Pascal

Baudouin Galle, Professeur agrg, Polytech Clermont-Ferrand

Bonsens Julien, cotuteur entreprise, communaut de communes de Loches

Paineau Franck, tuteur entreprise, Chambre dagriculture dIndre et Loire

Toussaint Evelyne, Professeur des universits, Institut Pascal

Mmoire soutenu le 2 juillet 2015

UFR Sciences et Technologies

Master mention Gnie Mcanique et Civil,

Automatique, Robotique

Spcialit recherche

Mcanique, Matriaux, Structures, Fiabilit

1

Remerciements

Je te tiens tout dabord remercier Monsieur Sofiane Amziane, professeur duniversit et

responsable de mon encadrement scientifique, pour ses conseils, laide et la confiance quil ma

accord pour raliser cette tude.

Je remercie galement mon tuteur entreprise Monsieur Franck Paineau, conseiller Animateur du

GDA Loches-Montrsor et Monsieur Julien Bonsens, chef de projet Ecoconstruction, pour leur

disponibilit et leur participation llaboration de cette tude.

Je remercie la direction de Polytech et le laboratoire du Cerema pour mavoir accueilli dans leur

laboratoire.

Jadresse mes remerciements aux doctorants de Polytech Clermont-Ferrand, en particulier Csar

Niyigena, Bernard Odounga et Mathilde Vernay pour laide et les conseils quils mont apports

au cours de mon projet.

Jadresse galement mes remerciements au personnel du hall Gnie Civil : Monsieur Dannyl

Chanal, Monsieur Gal Godi et Monsieur Philippe Fargeix pour leur disponibilit et laide quils

mont fourni tout au long de mon stage PRD.

2

Dveloppement dun matriau bio-sourc pour le secteur de la construction :

le bton de tournesol.

Benjamin NIEZ

Polytech Clermont-Ferrand - Mmoire prsent en vue de lobtention du diplme dingnieur et du Master 2

Recherche - Ingnierie mcanique et civile - Juin 2015

Rsum

La rduction des impacts environnementaux du secteur du btiment, en particulier en termes de

dpenses nergtiques, a rendu capital le choix des matriaux de construction. Des tudes sur les granulats

vgtaux et les liants de substitution au ciment dmontrent que les btons de vgtaux constituent une

alternative intressante au bton traditionnel alliant des performances hygrothermiques satisfaisantes de

faibles impacts environnementaux.

Lobjectif de ce projet est de dterminer les critres techniques permettant de valoriser les agrgats

de la tige de tournesol. Dans le cadre de cette tude, ces coproduits sont fournis par le groupement de

dveloppement agricole de Loches-Montrsor afin damliorer la rentabilit de la culture du tournesol,

culture dont la production annuelle franaise slve 700 000 ha depuis 2010. Il sagit doffrir une fonction

technique ce rsidu de culture non valoris jusqualors, tout en promouvant une conomie de proximit

sur la rgion de Loches.

La premire partie de ltude consiste caractriser trois types de granulats de tournesol : corces

fines, corces grossires et morceaux de moelle issus du broyage de sa tige. La caractrisation dtermine

tout dabord les proprits gomtriques des agrgats par tamisage mcanique et analyse dimage ou de

vido. Les caractristiques thermophysiques des agrgats secs sont ensuite tudies : absorption deau,

conductivit thermique, masse volumique .

Dans un second temps, une tude est mene sur un liant constitu de chaux arienne et de sable

pouzzolanique diffrents taux. Celle-ci a permis de dterminer le liant pouzzolanique optimal pour

llaboration de btons de chanvre ISOCANNA. Une comparaison est faite avec des btons de tournesol

mise en uvre partir de Batichanvre, liant valid par les rgles professionnelles sur le chanvre. En effet,

une caractrisation des proprits thermomcaniques est mene sur ces deux types de btons raliss suivant

les formulations mur (rapport massique liant sur granulats gal 2) et toit (rapport massique de 1).

Les rsultats obtenus montrent des caractristiques physiques, thermiques et mcaniques similaires

entre le tournesol et le chanvre. De plus, le liant pouzzolanique naturel prsente un comportement

thermomcanique trs intressant.

Mots-clefs

Tournesol - valorisation - matriaux composites - pouzzolane - caractrisation - mcanique - thermique

Le GDA de Loches-Montrsor

1 bis mail de la mairie - 37600 FERRIERE SUR BEAULIEU

Travaux dirigs par Monsieur Sofiane Amziane et Monsieur Franck Paineau

3

Development of a bio-based building material: sunflower concrete.

Benjamin NIEZ

Polytech Clermont-Ferrand Submission to the Masters degree in civil engineering - June 2015

Abstract

The decrease of environmental impacts of the building sector, especially in regard to energy expenditures,

makes the materials choice crucial. Studies about plant aggregates and alternative binder prove that bio-

based concrete, such as sunflower concrete, establishes a new solution to combine satisfactory thermal and

hygroscopic properties with weak environmental impacts.

The aim of our project is to determine technical criteria allowing to enhance the aggregates of sunflower

stem. In the framework of this study, these co-products are supplied by the agricultural association of

Loches-Montrsor in order to improve the profitability of sunflower farming: it should be noted that French

production of sunflower has come to 700 000 ha per year since 2010. A second goal is to create a technical

function for this agricultural residue not enhanced up to now, while promoting a local economy in Loches

surrounding area.

Study first part consists in the characterisation of three kinds of sunflower aggregates: thin barks, rough

barks and pieces of marrow from sunflower stems grinding. This characterisation began by determining the

geometrical properties thanks to mechanical sieving, images analysis or video analysis. Finally, the thermal

and physical characteristics of dry aggregates are studied: water absorption, density, thermal

conductivity.

In a second phase, a study is led on a binder composed of air lime and sand of pozzolana in variable rates.

This enables to find the optimum pozzolana binder for hemp concretes production. A comparison is made

with sunflower concrete implemented with Batichanvre binder which was approved by professional rules

on hemp. These concretes are submitted to thermal and mechanical assays. Two mixtures are tested: wall

mixture with the quantity of binder twice as high than the quantity of aggregates and roof mixture where

these quantities are equal.

The assay results prove that sunflower concretes has similar thermal, physical and mechanical properties

to hemp concretes. Moreover, pozzolana binder has interesting thermomechanical properties as a natural

binder.

Key-words

Sunflower - enhancement - composite materials - characterisation - mechanical and thermal behavior

Le GDA de Loches-Montrsor

1 bis mail de la mairie - 37600 FERRIERE SUR BEAULIEU

Directed by Sofiane Amziane and Franck Paineau

4

Table des matires

Introduction gnrale ..................................................................................................................... 11

Premire partie :............................................................................................................................. 12

Etude bibliographique ................................................................................................................... 12

I/ Enjeux des matriaux de construction base vgtale .............................................................. 13

I-1/ Impacts lis llaboration des granulats minraux ........................................................... 13

I-2/ Problmes lis aux impacts nfastes de lindustrie cimentire ........................................... 14

I-3/ Exigences nergtiques et environnementales du secteur de la construction ..................... 15

I-4/ Dveloppement dun matriau base vgtale : le tournesol ............................................. 16

II/ Caractrisation des granulats base de tournesol ..................................................................... 18

II-1/ Structure et caractrisation chimique de la tige de tournesol ............................................ 19

II-1-1/ Structure de la tige de tournesol ................................................................................. 19

II-1-2/ Caractrisation chimique de la tige de tournesol ....................................................... 20

II-2/ Granulats de tige de tournesol ........................................................................................... 22

II-2-1/ Caractrisation granulomtrique des granulats de tournesol ..................................... 22

II-2-2/ Caractristiques physiques des granulats de tournesol .............................................. 26

III/ Liants et proprits du bton de tournesol ............................................................................... 28

III-1/ Les liants utiliss .............................................................................................................. 28

III-1-1/ Les liants ariens ....................................................................................................... 28

III-1-2/ Les liants hydrauliques ............................................................................................. 29

III-1-3/ Les liants pouzzolaniques ......................................................................................... 30

III-1-4/ Les liants hydrauliques et pouzzolaniques................................................................ 33

III-2/ Proprits du bton de tournesol ...................................................................................... 35

III-2-1/ Schage de lagro-bton............................................................................................ 36

III-2-2/ Proprits mcaniques du bton de tournesol ........................................................... 38

III-2-3/ Proprits thermiques du bton de tournesol ............................................................ 42

III-2-4/ Paramtres principaux influenant les proprits du bton vgtal .......................... 45

III-2-4-1/ Humidit relative ................................................................................................... 45

III-2-4-2/ Compactage ........................................................................................................... 47

III-2-4-3/ Le choix de liants et leur quantit ......................................................................... 47

IV/ Problmatique de linterface liant minral/fibres vgtales .................................................... 48

IV-1/ Interaction entre les particules vgtales et la matrice minrale ...................................... 48

5

IV-1-1/ Comptition deau .................................................................................................... 48

IV-1-2/ Problmatique du milieu alcalin de la matrice minrale .......................................... 49

IV-2/ Solutions apporter pour diminuer cette interaction ....................................................... 50

Deuxime partie :........................................................................................................................... 52

Etude exprimentale ...................................................................................................................... 52

I/ Caractrisation du granulat de tournesol lochois ....................................................................... 53

I-1/ Masse volumique et teneur en eau ...................................................................................... 53

I-2/ Granulomtrie des agrgats de tournesol ............................................................................ 55

I-2-1/ Tamisage mcanique ................................................................................................... 55

I-2-2/ Analyse dimage .......................................................................................................... 60

I-2-3/ Analyse vido .............................................................................................................. 69

I-3/ Proprits thermiques .......................................................................................................... 79

I-3-1/ Prsentation des grandeurs thermophysiques et de la mthode exprimentale ........... 79

I-3-1-1/ La conductivit thermique ....................................................................................... 79

I-3-1-2/ Leffusivit thermique .............................................................................................. 80

I-3-1-3/ La diffusivit thermique ........................................................................................... 80

I-3-2/ Rsultats obtenus ......................................................................................................... 81

I-4/ Absorption en eau des constituants de la tige de tournesol et porosits ............................. 82

I-4-1/ Absorption en eau des constituants de la tige de tournesol ......................................... 82

I-4-2/ Porosits des constituants de la tige de tournesol lochois et masse volumique relle 85

I-5/ Analyse visuelle : coloration des agrgats .......................................................................... 88

I-6/ Livraison de nouveaux granulats plus fins .......................................................................... 89

II/ Les liants utiliss au cours de cette tude ................................................................................. 93

II-1/ Caractristiques gnrales et masse volumique ................................................................. 93

II-1-1/ Le liant Batichanvre de Saint Astier .......................................................................... 93

II-1-2/ Le liant base de chaux arienne et de pouzzolane filler ou en sable 0-3 ................. 93

II-2/ Test de consistance et ralisation des mortiers .................................................................. 96

II-2-1/ Liant 80PF : 80% pouzzolane filler et 20% chaux arienne ...................................... 97

II-2-2/ Liant 70SP : 70% sable pouzzolanique et 30% chaux arienne................................. 98

II-2-3/ Liant 80SP : 80% sable pouzzolanique et 20% chaux arienne............................... 102

II-2-4/ Liant CG : sable pouzzolanique et chaux grasse ...................................................... 105

II-2-5/ Le liant Batichanvre de Saint-Astier ........................................................................ 107

II-3/ Tests sur les ptes ralises .............................................................................................. 108

II-3-1/ Essai thermique sur les ptes.................................................................................... 108

6

II-3-2/ Essai mcanique sur les ptes .................................................................................. 110

II-3-3/ Tests raliss sur les ptes 60 jours ....................................................................... 114

II-4/ Le liant SP70 .................................................................................................................... 116

II-4-1/ Caractristiques du liant SP70 et suivi du schage des ptes................................... 117

II-4-2/ Proprits thermomcaniques des ptes de liant SP70 ............................................ 118

III/ Caractrisation de lagro-bton : le bton de tournesol ......................................................... 121

III-1/ Formulation du bton de tournesol ................................................................................. 121

III-2/ Cintique de perte de masse ........................................................................................... 125

III-3/ Absorption deau par capillarit ..................................................................................... 127

III-4/ Proprits thermiques ..................................................................................................... 129

III-4-1/ Mesures thermiques sur les diffrentes formulations ............................................. 129

III-4-2/ Impact de lhumidit relative dans les btons de vgtaux .................................... 131

III-5/ Proprits mcaniques .................................................................................................... 132

III-5-1/ Mode opratoire ...................................................................................................... 132

III-5-2/ Formulation toit ...................................................................................................... 133

III-5-3/ Formulation mur ..................................................................................................... 136

III-5-4/ Critres des rgles professionnelles et conclusions ................................................ 137

Conclusion ................................................................................................................................... 139

Bibliographie ............................................................................................................................... 140

Annexes ....................................................................................................................................... 144

Annexe 1 : Caractrisation des granulats de chanvre ISOCANNA ......................................... 145

Annexe 2 : Caractrisation des granulats de chnevotte CF et CP .......................................... 146

7

Table des illustrations

Figure 1 : Evolution des exigences nergtiques des btiments. [DEV] ....................................... 15

Figure 2 : Impact environnemental des diffrents lments d'un btiment. [MAG10] ................. 16

Figure 3 : Production annuelle de tournesol en France. [CET11] ................................................. 17

Figure 4 : Structure du plant de tournesol et masses sches des constituants du plant de tournesol.

[MAG10] ....................................................................................................................................... 19

Figure 5 : Coupe transversale de la tige de tournesol (a) [SCI] et faces intrieures de la tige de

tournesol observes au MEB (b) [NOZ12].................................................................................... 20

Figure 6 : Spectre infrarouge obtenu pour diffrents types de particules. [CHA12]..................... 21

Figure 7 : Distributions granulomtriques en masse. [CHA12] .................................................... 23

Figure 8 : Courbe granulomtrique des valeurs moyennes obtenues. [CHA12] ........................... 24

Figure 9 : Courbes granulomtriques obtenues par analyse d'image sur le tournesol. [CHA12] .. 25

Figure 10 : Evolution du taux de chaux fixe (=% de chaux introduite-%chaux libre-%chaux

correspondant la calcite) (a) et de la rsistance en compression au cours du temps (b) en fonction

du taux de chaux introduite dans les mlanges chaux-pouzzolanes. [NOZ12] ............................. 32

Figure 11 : Courbes de schage des prouvettes en formulation mur. [CHA12] .......................... 36

Figure 12 : Courbes de schage des prouvettes en formulation toit. [CHA12] ........................... 37

Figure 13 : Direction de compression des prouvettes cubiques. [CHA12] ................................. 38

Figure 14 : Courbes contrainte-dformation en formulation mur. [CHA12] ................................ 39

Figure 15 : Influence de la teneur en granulat sur la rsistance des prouvettes. [CHA12].......... 41

Figure 16 : Essais thermiques. [CHA12] ....................................................................................... 42

Figure 17 : Conductivits thermiques en formulation mur des prouvettes 15x15x15 cm. [CHA12]

....................................................................................................................................................... 43

Figure 18 : Effusivits thermiques en formulation mur. [CHA12] ............................................... 44

Figure 19 : Proprits thermiques en formulation mur aprs passage l'tuve. [CHA12] ........... 46

Figure 20 : Proprits mcaniques suivant le liant utilis. [CHA12] ............................................ 47

Figure 21 : Interface entre la particule vgtale et la matrice minrale. [AMZ14] ....................... 49

Figure 22 : Zone de transition autour de la particule de chnevotte. [AMZ14] ............................ 50

Figure 23 : Distribution granulomtrique en masse de l'chantillon TF. ...................................... 56

Figure 24 : Courbe granulomtrique de l'chantillon TF. ............................................................. 57

Figure 25 : Distribution granulomtrique en masse de l'chantillon TG. ...................................... 58

Figure 26 : Courbe granulomtrique de l'chantillon TG. ............................................................. 59

Figure 27 : Diamtre quivalent. [AMZ14]................................................................................... 61

Figure 28 : Distribution granulomtrique en fraction de surface. ................................................. 62

Figure 29 : Distribution relative de l'lancement des particules de l'chantillon TF. ................... 63

Figure 30 : Distribution relative de l'lancement des particules de l'chantillon TG. ................... 64

Figure 31 : Distribution relative de l'lancement des particules de l'chantillon M. ..................... 65

Figure 32 : Graphique comparatif des distributions relatives de l'lancement des particules des

trois chantillons. ........................................................................................................................... 65

Figure 33 : Courbes granulomtriques de lchantillon TF obtenues par analyse d'image. .......... 66

Figure 34 : Courbes granulomtriques de l'chantillon TG obtenues par analyse d'image. .......... 67

Figure 35 : Courbes granulomtriques de l'chantillon M obtenues par analyse d'image............. 68

Figure 36 : Principe de l'analyse vido. ......................................................................................... 71

Figure 37 : Courbes granulomtriques de l'chantillon TF par analyse vido. ............................. 72

file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824214file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824215file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824216file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824217file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824217file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824218file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824218file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824219file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824220file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824221file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824222file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824223file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824223file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824223file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824224file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824225file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824226file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824227file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824228file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824229file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824230file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824230file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824231file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824232file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824233file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824234file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824235file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824236file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824237file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824238file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824239file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824240file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824241file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824242file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824243file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824244file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824245file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824245file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824246file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824247file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824248file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824249file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824250

8

Figure 38 : Courbes granulomtriques de l'chantillon TG par analyse vido. ............................. 73

Figure 39 : Courbes granulomtriques de l'chantillon M par analyse vido. .............................. 74

Figure 40 : Echantillon TF, comparatif des mthodes d'analyse granulomtrique. ...................... 76

Figure 41 : Echantillon TG, comparatif des mthodes d'analyse granulomtrique. ...................... 76

Figure 42 : Echantillon M, comparatif des mthodes d'analyse granulomtrique. ....................... 77

Figure 43 : Courbes d'absorption en eau des chantillons tudis court terme. ......................... 83

Figure 44 : Comparatif des courbes d'absorption en eau des chantillons tudis. ....................... 84

Figure 45 : Taches rvlant la prsence du phoma ou du phomopsis gauche sur site [CET10] et

droite sur les chantillons prlevs. ............................................................................................ 88

Figure 46 : Comparaison des distributions granulomtriques par classes de sphricit pour

l'chantillon TG et celui du 03/04. ................................................................................................ 90

Figure 47 : Courbes granulomtriques des particules broyes de tournesol du 03/04. ................. 92

Figure 48 : Distribution granulomtrique en masse du sable pouzzolanique. ............................... 95

Figure 49 : Courbe granulomtrique du sable pouzzolanique. ...................................................... 95

Figure 50 : Mlange chaux arienne et pouzzolane filler. ............................................................. 97

Figure 51 : Essai de prise avec la formulation pouzzolane filler et chaux arienne...................... 98

Figure 52 : Pte normale de la formulation 70% sable pouzzolanique et 30% chaux arienne. ... 98

Figure 53 : Suivi de la perte de masse pour le liant 70SP. .......................................................... 101

Figure 54 : Essai de consistance ( gauche) et pte normale ( droite) pour la formulation 20%

chaux arienne et 80% sable pouzzolanique. .............................................................................. 102

Figure 55 : Suivi de la perte de masse pour le liant 80SP. .......................................................... 104

Figure 56 : Mlange de 80% de sable pouzzolanique et de 20% de chaux grasse. ..................... 105

Figure 57 : Liant CG, 70% sable pouzzolanique et 30% chaux grasse. ...................................... 106

Figure 58 : Principe de la mesure des grandeurs thermiques par les sondes fil chaud ou plan chaud

sur des prouvettes cubiques. ...................................................................................................... 108

Figure 59 : Dtermination de l'effusivit thermique avec la sonde plan chaud. .......................... 109

Figure 60 : Essai de flexion en trois points sur les ptes de liants. ............................................. 111

Figure 61 : Courbes force-dplacement en flexion 28 jours. .................................................... 111

Figure 62 : Essai de compression sur les ptes de liant 70SP et 80SP. ....................................... 112

Figure 63 : Courbes contrainte-dformation des liants 70SP et 80SP 28 jours. ....................... 113

Figure 64 : Courbes de force-dplacement en flexion trois points des ptes de liants 70SP et 80SP.

..................................................................................................................................................... 114

Figure 65 : Courbes contraintes-dformations des ptes de liants 70SP et 80SP........................ 115

Figure 66 : Suivi de la perte de masse relative la masse d'eau initiale dans les ptes de liant SP70.

..................................................................................................................................................... 117

Figure 67 : Suivi de la perte de masse des prouvettes 11x22cm de btons de vgtaux. .......... 126

Figure 68 : Principe du test d'absorption d'eau par capillarit. .................................................... 127

Figure 69 : Absorption d'eau par capillarit des btons de vgtaux. ......................................... 128

Figure 70 : Principe des mesures thermiques sur les btons de vgtaux. .................................. 130

Figure 71 : Mesures thermiques des btons de tournesol aprs passage l'tuve et impact de

lhumidit relative........................................................................................................................ 131

Figure 72 : Principe de l'essai de compression sur les btons de vgtaux. ................................ 132

Figure 73 : Courbes contrainte-dformation des btons de chanvre en formulation toit. ........... 134

Figure 74 : Courbes contrainte-dformation des btons de tournesol en formulation toit. ......... 135

Figure 75 : Courbes contrainte-dformation des btons de tournesol en formulation mur. ........ 136

file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824251file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824252file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824253file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824254file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824255file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824256file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824257file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824258file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824258file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824259file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824259file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824260file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824261file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824262file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824263file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824264file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824265file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824266file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824267file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824267file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824268file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824269file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824270file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824271file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824271file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824272file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824273file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824274file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824275file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824276file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824278file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824279file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824279file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824280file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824281file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824282file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824283file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824284file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824284file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824285file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824286file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824287file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824288

9

Tableaux

Tableau 1 : Apports nutritifs du plant de tournesol. [MAG10] ..................................................... 19

Tableau 2 : Composition chimique des constituants du tournesol. [NOZ11] ............................... 21

Tableau 3 : Paramtres de la distribution granulomtrique. [CHA12] .......................................... 24

Tableau 4 : Paramtres issus des courbes granulomtriques par analyse d'image. [CHA12] ....... 25

Tableau 5 : Rcapitulatif des caractristiques physiques obtenues sur le tournesol d'Agrofibre en

2012. [CHA12] .............................................................................................................................. 26

Tableau 6 : Proprits thermophysiques-tude comparative de deux granulats. [CHA12]........... 26

Tableau 7 : Porosit des constituants. [CHA12] ........................................................................... 27

Tableau 8 : Classes de rsistance en mortier normalis. [CAL] .................................................... 29

Tableau 9 : Composition massique des formulations mur et toit l'tat frais. [CER05] .............. 35

Tableau 10 : Masses volumiques sches en formulation mur. [CHA12] ...................................... 37

Tableau 11 : Masses volumiques en formulation toit. [CHA12] ................................................... 37

Tableau 12 : Caractristiques mcaniques en formulation mur. [CHA12] ................................... 39

Tableau 13 : Comparatif avec donnes bton de chanvre en formulation mur. [CHA12] ............ 40

Tableau 14 : Caractristiques mcaniques en formulation toit. [CHA12] .................................... 40

Tableau 15 : Proprits thermiques en formulation toit. [CHA12] ............................................... 45

Tableau 16 : Masse volumique humide en vrac. ........................................................................... 53

Tableau 17 Masses volumiques sches en vrac. ............................................................................ 54

Tableau 18 : Paramtres de l'tendue granulomtrique de l'chantillon TF par tamisage mcanique.

....................................................................................................................................................... 57

Tableau 19 : Paramtres de l'tendue granulomtrique de l'chantillon TG par tamisage mcanique.

....................................................................................................................................................... 59

Tableau 20 : Paramtres de l'tendue granulomtrique de l'chantillon TF par analyse dimage. 67

Tableau 21 : Paramtres de l'tendue granulomtrique de l'chantillon TG par analyse dimage.

....................................................................................................................................................... 68

Tableau 22 : Paramtres de l'tendue granulomtrique de l'chantillon M par analyse dimage. . 69

Tableau 23 : Paramtres de l'tendue granulomtrique de l'chantillon TF obtenus par analyse

vido. ............................................................................................................................................. 72

Tableau 24 : Paramtres de l'tendue granulomtrique de l'chantillon TG obtenus par analyse

vido. ............................................................................................................................................. 73

Tableau 25 : Paramtres de l'tendue granulomtrie de l'chantillon M obtenus par analyse vido.

....................................................................................................................................................... 74

Tableau 26 : Comparaison entre les mthodes d'analyse granulomtrique. .................................. 78

Tableau 27 : Proprits thermiques des particules de tournesol. ................................................... 81

Tableau 28 : Porosit l'intrieur de la particule vgtale pour les trois chantillons tests. ....... 86

Tableau 29 : Masse volumique relle de la particule vgtale sche pour les trois chantillons

tests. ............................................................................................................................................. 86

Tableau 30 : Tableau rcapitulatif des masses volumiques et porosits des chantillons TF, TG et

M. ................................................................................................................................................... 87

Tableau 31 : Rcapitulatif de la caractrisation des granulats livrs le 03/04/15.......................... 91

Tableau 32 : Comparatif du tournesol broy du 03/04 avec le chanvre ISOCANNA. ................. 91

file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824289file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824290file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824291file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824292file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824293file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824293file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824294file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824295file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824296file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824297file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824298file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824299file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824300file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824301file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824302file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824303

10

Tableau 33 : Masse volumique en vrac des constituants de ce liant. ............................................ 94

Tableau 34 : Paramtres de l'tendue granulomtrique du sable pouzzolanique. ......................... 96

Tableau 35 : Formulation des 5 prouvettes utilisables pour les tests du liant 70SP. ................... 99

Tableau 36 : Formulation des prouvettes trop sches du liant 70SP. .......................................... 99

Tableau 37 : Masses et masses volumiques des prouvettes de la formulation 70% sable

pouzzolanique et 30% chaux arienne......................................................................................... 100

Tableau 38 : Formulation des prouvettes du liant 80SP. ........................................................... 102

Tableau 39 : Masses et masses volumiques des prouvettes de la formulation 80% de sable

pouzzolanique et 20% de chaux arienne. ................................................................................... 103

Tableau 40 : Test de consistance du Batichanvre. ....................................................................... 107

Tableau 41 : Caractristiques thermiques des prouvettes 4x4x16cm des liants 70SP et 80SP en

dbut de schage. ......................................................................................................................... 108

Tableau 42 : Proprits thermiques des liants 80SP et 70SP aprs 28 jours de schage............. 110

Tableau 43 : Rsistance en flexion des liants 70SP et 80SP. ...................................................... 112

Tableau 44 : Rsistance en compression et module d'lasticit 28 jours des liants 70SP et 80SP.

..................................................................................................................................................... 113

Tableau 45 : Proprits thermomcaniques des ptes de liants 70SP et 80SP. ........................... 114

Tableau 46 : Tableau comparatif des caractristiques du liant 70SP 28 et 60 jours................. 115

Tableau 47 : Tableau comparatif des caractristiques du liant 80SP 28 et 60 jours................. 116

Tableau 48 : Proprits thermiques des ptes de liant SP70 aprs stabilisation des proprits

thermiques. .................................................................................................................................. 118

Tableau 49 : Proprits mcaniques du liant SP70 28 jours. .................................................... 119

Tableau 50 : Caractristiques des liants de l'tude. ..................................................................... 120

Tableau 51 : Composition massique des formulations mur et toit l'tat frais. [CER05] .......... 121

Tableau 52 : Formulation mur pour le bton de tournesol. ......................................................... 123

Tableau 53 : Formulation toit pour le bton de tournesol. .......................................................... 123

Tableau 54 : Formulation mur pour le bton de chanvre. ........................................................... 123

Tableau 55 : Formulation toit pour le bton de chanvre.............................................................. 124

Tableau 56 : Formulation des btons de chanvre raliss par la socit CALCI-CHAUX......... 124

Tableau 57 : Masses et masses volumiques l'tat frais des prouvettes 11x22 cm. ................. 125

Tableau 58 : Masses volumiques sches des prouvettes de btons. .......................................... 127

Tableau 59 : Indice d'absorption d'eau par capillarit et la remonte capillaire 48 heures. ..... 129

Tableau 60 : Proprits thermiques des diffrentes formulations de btons. .............................. 130

Tableau 61 : Caractristiques mcaniques des formulations toit. ............................................... 135

Tableau 62 : Caractristiques mcaniques des btons de tournesol en formulation mur. ........... 136

Tableau 63 : Mise en commun des caractristiques mcaniques des btons de tournesol avec les

critres des rgles professionnelles.............................................................................................. 137

file:///C:/Users/Benjamin/POLYTECH/GC3/PRD/Mon%20projet/RAPPORTS/Rapport%20PRD%20dans%20stage/RAPPORT%20PRD%202015%2023_06.docx%23_Toc422824339

11

Introduction gnrale

Le collectif des agriculteurs du GDA (groupement de dveloppement agricole) de Loches-

Montrsor a constat que la diversification de lassolement par la mise en place de cultures de

printemps tel que le tournesol tait devenue indispensable dun point de vue agronomique pour les

exploitations de la Touraine. Cependant, de par la grande variabilit des rendements des cultures

de printemps et les faibles marges quelles procurent, cette diversification viendrait dgrader les

performances conomiques des exploitations. De ce fait, le GDA a lanc en 2013 un projet, intitul

Opration Soleil, visant valoriser les pailles de tournesol en agro-matriau afin de rduire lcart

conomique avec les cultures dautomne et ainsi allier performance conomique performance

cologique.

Lobjectif de cette tude sera donc dapporter les critres techniques dmontrant la validit des

granulats de la tige de tournesol lochois aux rgles professionnelles sur la construction en chanvre.

Dans un premier temps, une tude bibliographique sera tablie faisant tat des connaissances

actuelles concernant lutilisation des granulats vgtaux et en particulier des granulats de tournesol

dans des matriaux composites matrice minrale.

Dans un second temps, une caractrisation exprimentale a t ralise en trois parties sur les

matriaux ncessaires notre tude. La premire partie consistera en lanalyse des caractristiques

gomtriques, hydriques et thermophysiques des granulats de tournesol : moelle et corce. Celle-

ci sera suivie dune tude des liants minraux utiliss, savoir la dtermination de leurs proprits

thermiques et mcaniques. La dernire partie de cette caractrisation concernera ltude du bton

de tournesol partir de laquelle seront dtermins les proprits thermiques, la rsistance en

compression et le comportement hydrique de ces composites.

12

Premire partie :

Etude bibliographique

13

I/ Enjeux des matriaux de construction base vgtale

Les granulats minraux constituent le produit naturel le plus consomm dans le monde aprs leau.

De par les fortes demandes, son extraction est donc de plus en plus difficile et engendre de

nombreuses nuisances pour le voisinage des carrires.

Dautre part, le secteur de la construction exige des ralisations faibles impacts

environnementaux cest--dire avec des matriaux consommant le moins dnergie possible au

cours de leur vie.

Cest pourquoi lutilisation de btons de vgtaux sintensifie dans ce secteur afin de construire de

manire durable et cologique tout en respectant les contraintes de lpoque. Il est noter que ces

matriaux ont galement de bonnes caractristiques thermiques, acoustiques et hygromtriques

limitant ainsi le nombre de matriaux utiliss pour un btiment.

I-1/ Impacts lis llaboration des granulats minraux

Traditionnellement, un mtre cube de bton se compose de 350 kg de ciment, 750 1000 kg de

granulats et 200 litres deau. Ainsi, les granulats minraux reprsentent plus de 60% du volume du

bton.

Dans le secteur du btiment, les granulats sont :

- alluvionnaires,

- extraits partir de roches massives,

- artificiels labors partir des laitiers de haut fourneau.

Malgr les engagements pris lors des Grenelles afin de minimiser les impacts environnementaux

de lactivit extractive, elle pollue encore lenvironnement avoisinant.

En France, la production de granulats minraux en 2013 slevait 365 millions de tonnes soit une

augmentation de 1,2% par rapport 2012. [UNICEM]. De par les contraintes tablies par les

rglementations environnementales, un risque de pnurie se prsente considrant lvolution

actuelle des besoins en granulats. A court et moyen terme, la complexit et les cots de laccs

aux ressources auront donc des consquences conomiques pour les entreprises exploitantes.

[MIN12]

14

Au niveau territorial et environnemental, lactivit extractive prsente galement des impacts :

nuisances sonores pour le voisinage, cration de vibrations dues aux explosions, cration de

poussires, destruction dhabitats naturels et dhabitats despces sauvages ainsi quune

modification de la qualit de leau prsente proximit des carrires. [UNPG]

I-2/ Problmes lis aux impacts nfastes de lindustrie cimentire

Lindustrie cimentire impacte fortement lenvironnement par la cration de poussires quelle

engendre et aussi cause des fortes missions en CO2 lies la cration du ciment.

Le ciment Portland est issu de calcaire CaCO3 et dargile constitue de silice SiO2 et doxyde

daluminium Al2O3.

On obtient tout dabord le clinker aprs une monte temprature de la matire 1500C avec des

flammes atteignant 2000C. Le clinker est un composant essentiel pour la fabrication du ciment

par mlange avec des additifs (gypse, calcaire). [LAF]

Llaboration de ce clinker est ralise partir de la raction de dcarbonatation suivante :

CaCO3(s) -> CaO(s) + CO2(g)

Ainsi, plus un ciment est riche en clinker plus il produira des gaz effet de serre.

Le clinker est responsable de la majeure partie de lempreinte carbone du bton. Il est noter

quune tonne de ciment gnre 900 kg de CO2 et une tonne de clinker en gnre 835 kg [ENC]

(valeurs prises sans tenir compte des missions dues au transport du ciment et sa mise en

place). De plus, 60% de ces missions sont lies la raction de dcarbonatation du calcaire, le

reste provenant des combustibles utiliss pour la cuisson des matires premires.

Des mesures sont prises pour rduire ces missions de CO2 savoir la rduction du taux de clinker

dans le ciment : passage de CEM I (95% de clinker) CEM III (moins de 5% de clinker).

Lindustrie cimentire a galement remplac les combustibles fossiles par le gaz naturel qui reste

cependant polluant.

Enfin, une solution utilise actuellement est de rduire la quantit de clinker en utilisant des

ciments composs cest--dire en ajoutant au ciment des additifs de nature pouzzolanique. Ces

liants seront abords dans la partie III.

15

I-3/ Exigences nergtiques et environnementales du secteur de la construction

En France, le secteur du btiment consomme la moiti de lnergie consomme par toutes les

activits et produit le quart des gaz effets de serre mis annuellement. Ainsi, ce secteur constitue

un enjeu de premier ordre dans la dmarche de dveloppement durable.

Depuis plusieurs annes, les pouvoirs publics ont dfini des labels en vue de matriser lnergie

utilise au cours de la vie dun btiment : HPE (Haute Performance Energtique), BBC (btiment

basse consommation) pour les btiments dont la consommation conventionnelle dnergie

primaire est infrieure 50kWh/m/an (figure 1).

La RT2012 impose la construction de btiments BBC ce qui explique que les impacts

environnementaux proviennent en majorit des matriaux mis en uvre et non de lutilisation du

btiment qui est dornavant rglemente : chauffage, . Une autre notion se dveloppe, celle de

btiment nergie positive BEPOS mais aucun dcret nexiste actuellement pour ce label.

Toutefois lassociation Effinergie a cr le label effinergie+ qui atteste dune rduction de 20%

des consommations conventionnelles dnergies primaires soit une consommation moyenne de 40

kWh/m/an.

Figure 1 : Evolution des exigences nergtiques des btiments. [DEV]

16

Ainsi, plus la consommation moyenne des btiments diminuera, plus la part des matriaux utiliss

dans la consommation nergtique globale sera importante do lintrt de trouver des matriaux

de bonnes caractristiques avec de faibles impacts environnementaux (figure 2).

Les matriaux bio-sourcs (laine, lige, fibres de bois, de chanvre ou de tournesol ) sont trs

intressants de ce point de vue car ils permettront dallier de bonnes caractristiques mcaniques

avec de trs bonnes caractristiques thermiques et hygromtriques tout en limitant leurs impacts

sur lenvironnement.

I-4/ Dveloppement dun matriau base vgtale : le tournesol

Comme nous lavons vu prcdemment, il est ncessaire de choisir, parmi les matriaux du secteur

de la construction, des matriaux faibles impacts environnementaux. Dans cette sous-partie, nous

aborderons un des vgtaux pouvant tre utilis comme granulats de btons de vgtaux savoir

le tournesol.

Le tournesol, de son nom scientifique Helianthuus annuus, est une plante cultive pour son huile

en France depuis 1960. Rcemment, le tournesol est galement utilis pour la fabrication de bio-

carburant. Cest une plante olagineuse annuelle dune taille allant de 1,2 2 mtres en moyenne.

Figure 2 : Impact environnemental des diffrents lments d'un btiment. [MAG10]

17

En France, le CETIOM value la production de tournesol un peu plus de 700 000 ha (figure 3)

depuis 2010 tandis que la production de chanvre est hauteur de 10 000 ha en France. Dans le

monde, la production de tournesol est en constante augmentation et atteint, en 2010, 24 millions

dhectares avec 2/3 de la surface de tournesol mondiale rparti entre la Russie (6,5 Mha), lUkraine

(4,8Mha) et lUnion Europenne des 27 (3,5 Mha). [CET11]

Mise part quelques dbouchs en cosmtique ou plus rcemment pour le biocarburant, lintrt

principal du tournesol est la production dhuile : 400 000 ha en France y sont consacrs. La France

est le premier producteur mondial de tournesol olique (croissance constante depuis 2010, voir

figure 3). [CET11]

La tige tant inutilise lors de la rcolte des graines de tournesol, il apparat intressant de valoriser

celle-ci par la fabrication de granulats en vue de llaboration de btons de vgtaux, considrant

les caractristiques intressantes de ces composants, tant au point de vue thermique

quhygromtrique.

Le bton base de granulats de tournesol permettra, comme pour le bton de chanvre, de rduire

en premier lieu les impacts environnementaux : les fibres vgtales sont des matires premires

biodgradables, renouvelables et neutres vis--vis des missions de CO2. Dautre part, la culture

de tournesol ncessite moins dintrants de type produits phytosanitaires par rapport aux cultures

dautomne de type colza. En les utilisant nous observerons une diminution des impacts cologiques

par rapport au bton conventionnel.

Figure 3 : Production annuelle de tournesol en France. [CET11]

18

Cependant, contrairement aux btons minraux, ces btons de vgtaux, ici base de tournesol,

ne constitueront pas des murs porteurs, leur rsistance tant trop faible.

Etant donn leurs bonnes caractristiques thermiques, ils seront utiliss en remplissage de murs,

en isolation par voie sche .

Il est noter que ces btons de vgtaux sont peu utiliss en constructions neuves cause du

manque de matrise technique les concernant (peu de retour dexprience) : il existe uniquement

des rgles professionnelles pour la construction en chanvre qui peuvent tre appliques au bton

de tournesol vu la ressemblance de leurs caractristiques physiques.

II/ Caractrisation des granulats base de tournesol

Les btons de vgtaux sont constitus de fibres vgtales qui jouent le rle de renfort du bton et

dune matrice de nature minrale (ciment, chaux ) qui apporte la cohsion du matriau

composite et le transfert des efforts aux fibres.

Les fibres vgtales se regroupent en deux catgories :

- les fibres libriennes sont les fibres issues de la tige du vgtal : chanvre, lin, tournesol ;

- les fibres issues des feuilles ou du tronc de la plante : yucca, sisal .

Dans cette partie, nous dcrirons les proprits des agrgats vgtaux, plus prcisment les

agrgats de la tige de tournesol partir des donnes rcoltes sur les tournesols de la socit

Agrofibre. Ces proprits seront mises en parallle avec celles des agrgats de chanvre, matriau

sujet des recherches plus importantes pour le secteur de la construction.

19

II-1/ Structure et caractrisation chimique de la tige de tournesol

II-1-1/ Structure de la tige de tournesol

Le tournesol est dfini en quatre sous-ensembles : les racines, la tige, les feuilles et la capitule qui

contient les graines utilises pour la fabrication de lhuile.

Ltude ralise par Magniont montre une rpartition de la masse sche du tournesol entre ces

diffrents sous-ensembles (figure 4). Il apparat que la tige de tournesol reprsente 25% de la masse

sche totale du tournesol. [MAG10]

Au cours de la rcolte, la tige de tournesol est coupe en-dessous du capitule. Le capitule est

ensuite battu pour rcolter uniquement les graines stockes dans celui-ci. Une fois les graines

rcoltes, le capitule et la tige sont enfouis pour leur apport humique et minral vitant

lappauvrissement du sol.

Les travaux de Van Denbossche ont montr que la moelle de la tige de tournesol est source

dapports minraux, protiques et humiques pour le sol ; cependant ceux-ci sont faibles par rapport

aux apports engendrs par le capitule (tableau 1). Ainsi, le prlvement de la tige de tournesol pour

son utilisation en co-matriau de construction pourra tre compens facilement. [MAG10]

Figure 4 : Structure du plant de tournesol et masses sches des constituants du plant de tournesol. [MAG10]

Tableau 1 : Apports nutritifs du plant de tournesol. [MAG10]

20

Au niveau de la tige du tournesol, la partie lignocellulosique peut tre considre comme similaire

celle du chanvre. [NOZ11] Par observation au microscope lectronique balayage, on remarque

la structure de la tige de tournesol suivante (figure 5) :

- Epiderme

- Xylme : partie boise de la tige avec des fibres de forme paralllpipdique de

longueur de 10 30 mm. [NOZ11]

- Moelle cellulosique : partie centrale de la tige.

Le tournesol est un dicotyldone : il possde des mristmes secondaires (cambium) qui sont

lorigine du xylme secondaire (bois) et du phlome secondaire. Ces tissus secondaires vont

spaissir avec lge de la plante.

Magniont dmontre que pour une porosit inter-granulaire de 43%, on obtient une conductivit

thermique denviron 0,051 W/(m.K) pour un mlange granulaire de moelle de tournesol, valeur

proche de celle du chanvre (=0,0545 W/(m.K) pour la chnevotte non tasse). Ce rsultat, d

sa forte porosit intra-particulaire, rend la moelle de tournesol trs intressante du point de vue de

ces proprits thermiques. [MAG10]

II-1-2/ Caractrisation chimique de la tige de tournesol

On observe galement des similitudes entre la composition chimique du tournesol et du chanvre.

En effet, on constate que la partie boise de la tige de tournesol contient de la cellulose hauteur

de 40% de sa masse correspondant la proportion de cellulose prsente dans la partie boise du

chanvre. La moelle de tournesol contient de la cellulose hauteur de 47,4% de sa masse.

Figure 5 : Coupe transversale de la tige de tournesol (a) [SCI] et faces intrieures de la tige de tournesol

observes au MEB (b) [NOZ12]

21

La quantit de lignines est plus importante dans la partie boise du tournesol que dans la moelle

de celui-ci (respectivement 13,4%-16.2% et 3,5%) (tableau 2). Ce taux massique de lignine reste

infrieur celui de la partie boise du chanvre value 18,3%. Il est noter que cette quantit

dpend fortement de lge et de lvolution de la plante. [CHA12]

Enfin, le taux de pectine entre la partie boise du tournesol et sa moelle est identique (6%),

proportion respecte galement dans la chnevotte. Cependant, il est faible compar au 20%

contenu dans les fibres corticales de chanvre. Il est noter que ces valeurs dpendent des

conditions de culture de ces vgtaux et des espces choisies. [JIM93, KHR96]

Nozahic et al. [NOZ11] a regroup les compositions chimiques des diffrents constituants du

tournesol releves par diffrents auteurs (tableau 2).

Au cours de son PRD, M. Chabannes a dtermin la composition chimique des particules de

tournesol par spectroscopie infrarouge cest--dire dans le domaine 400-4000 cm-1.

Il a obtenu par cette mthode le graphique suivant que nous allons expliquer.

Figure 6 : Spectre infrarouge obtenu pour diffrents types de particules. [CHA12]

Tableau 2 : Composition chimique des constituants du tournesol. [NOZ11]

22

M. Chabannes a ainsi pu mettre en vidence les proportions prsentes dans le tableau 2 tabli par

Nozahic. Les diffrentes valeurs dabsorbance permettent de distinguer la prsence de cellulose,

pectines et lignines.

Entre les nombres dondes 3100 et 3500 cm-1, on observe la prsence de celluloses et

dhmicelluloses en plus grande quantit dans la moelle que dans la partie boise comme cela est

indiqu dans le tableau 2 : environ 40% pour la partie boise contre 47,4% pour la moelle de

tournesol.

On remarque la prsence de deux pics 2850 cm-1 et 2925 cm-1 correspondant la prsence de

graisses plus importantes sur les particules boises que dans la moelle.

Enfin, le pic 1720 cm-1 met en vidence des pectines lgrement plus nombreuses dans la moelle

que dans la partie boise intrieure : Nozahic considre les proportions de 5,9% dans la tige et 6%

dans la moelle. [CHA12]

La structure de la tige de tournesol tant dfinie, il reste dterminer les caractristiques

principales des granulats de tournesol afin de savoir sil est intressant de les considrer pour la

fabrication de btons de vgtaux.

II-2/ Granulats de tige de tournesol

II-2-1/ Caractrisation granulomtrique des granulats de tournesol

Ltude granulomtrique des agrgats de la tige de tournesol dAgrofibre ralise par

M.Chabannes a t effectue par deux mthodes sappliquant sur les granulats secs :

- Tamisage mcanique

- Analyse dimage

Dans une premire approche visuelle, on peut mettre en vidence une granulomtrie assez varie.

On trouve des formes quasi sphriques pour les particules de moelle cellulosique et des fibres fines

et lances pour la partie boise. Ces diffrences gomtriques nous amnent faire des mesures

de diamtre quivalent pour caractriser les granulats.

23

Tout dabord, le tamisage mcanique peut sexprimer en plusieurs reprsentations. La premire

consiste exprimer les rsultats sous forme dhistogrammes : distributions granulomtriques en

masse. On regroupe les particules en classe de dimensions sur les abscisses et on exprime leurs

proportions en ordonnes (figure 7).

La frquence du pourcentage de refus est calcule en fonction de classes de dimensions lies aux

tamis utiliss.

On remarque que 55 4% de la population se trouvent dans la classe [0,5-2,5mm], tandis que le

taux de poussire (particules passant travers le tamis douverture 0,1 mm) est compris entre 1 et

2,5%.

On obtient ensuite la courbe granulomtrique pour dterminer ltendue de la granulomtrie

(figure 8). Les valeurs intressantes sont la mdiane d50, ainsi que les quartiles d25 et d75 pour

exprimer la variabilit dimensionnelle.

Figure 7 : Distributions granulomtriques en masse. [CHA12]

24

M.Chabannes obtient par cette mthode les caractristiques suivantes (tableau 3) :

Ainsi, 80% des particules ont un diamtre quivalent compris entre 1 mm et 4,5 mm. [CHA12]

Cependant, cette mthode doit tre nuance de par la gomtrie lance des fibres vgtales et une

masse volumique faible. En effet, les particules les plus longues passent travers les mailles du

tamis par leur plus petite dimension et ne donnent donc aucune information sur leur plus grande

dimension. Enfin, le matriau est htrogne vu la diffrence de masse volumique entre le bois et

la moelle. [CHA12]

Figure 8 : Courbe granulomtrique des valeurs moyennes obtenues. [CHA12]

Tableau 3 : Paramtres de la distribution granulomtrique. [CHA12]

25

Lanalyse dimage permet une apprciation plus judicieuse de la forme des particules. En effet,

elle permet dexprimer la fraction de surface des particules au lieu dexprimer la masse des

particules par classe de taille comme le fait le tamisage mcanique. Le procd de cette mthode

sera abord au cours de ltude exprimentale.

Lanalyse dimage donne une meilleure prcision des courbes granulomtriques. Elle permet la

reprsentation de la courbe pour le diamtre quivalent mais galement celles pour les axes mineur

et majeur.

M.Chabannes a donc obtenu les courbes suivantes (figure 9) :

On observe clairement sur la figure 9 ci-dessus que la courbe granulomtrique obtenue par

tamisage mcanique est superpose la courbe de laxe mineur obtenue par analyse dimage. Ceci

confirme lhypothse mise prcdemment savoir que les particules passaient travers le tamis

par leur plus petite dimension.

On obtient ainsi par analyse dimages les paramtres statistiques suivants (tableau 4) :

DA correspond au diamtre quivalent-surface issue de lanalyse dimage.

Figure 9 : Courbes granulomtriques obtenues par analyse d'image sur le tournesol. [CHA12]

Tableau 4 : Paramtres issus des courbes granulomtriques par analyse d'image. [CHA12]

26

On observe que 90% des particules ont un diamtre quivalent compris entre 2,5 mm et 6 mm et

50% de celles-ci ont un diamtre quivalent entre 3 et 5 mm. [CHA12]

II-2-2/ Caractristiques physiques des granulats de tournesol

Pour une meilleure comparaison des travaux qui seront effectus dans la seconde partie, nous

allons nous attacher aux valeurs prises sur les agrgats de tournesol de la socit Agrofibre.

Ltude ralise en 2012 sur ces tournesols a donn les rsultats suivants (tableau 5) :

On remarque des donnes intressantes pour la ralisation de bton : caractre isolant des granulats

de tournesol. Il apparat que les granulats de tournesol ont des caractristiques thermiques proches

de celles du chanvre. Ltude des granulats de tournesol et de chanvre de la socit Agrofibre

montre les rsultats suivants (tableau 6) :

Capacit thermique massique c (J.K-1

.kg-1

)

Teneur en eau saturation Wsat (%)

Caractristiques des granulats de tournesol

Tournesol

provenant de la

socit

AGROFIBRE

Donnes

extraites du

PRD de

Morgan

Chabannes Surface spcifique S spcifique (cm/g) 242

550%

303,21

109,6 4,1

92,5 2,3

Masse volumique apparente en vrac (kg/m3)

Masse volumique relle sche R0P (kg/m3)

Masse volumique sche en vrac A0G (kg/m3)

Diffusivit thermique (m.s-1)

51,7 1,53

Teneur en eau du granulat W (%)

Porosit nP (%)

Proprits thermiques

89,44

8,50E-07

Taux d'absorption 24 heures

Proprits physiquess

530%

18,44 0,42%

194

Conductivit thermique (W/m.K)

Effusivit thermique (J.m-2

.K-1

.s-1/2

)

0,050 0,02

Tableau 5 : Rcapitulatif des caractristiques physiques obtenues sur le tournesol d'Agrofibre en 2012. [CHA12]

Tableau 6 : Proprits thermophysiques-tude comparative de deux granulats. [CHA12]

27

On note une conductivit thermique plus faible pour les granulats de tournesol que pour ceux du

chanvre qui sexplique par la prpondrance du vide dans la microstructure de la moelle

cellulosique.

Le tableau 5 (page prcdente) montre une porosit atteignant les 90% du volume totale de la tige

avec des porosits par constituant de (tableau 7) :

Enfin, les granulats de tournesol possdent une effusivit thermique assez faible compare celle

du bois value entre 120 et 660 J.m-2.K-1.s-1/2. Cette caractristique donnera un effet de paroi

chaude trs intressante aux murs constitus de ces granulats. En effet, leffusivit thermique tant

la capacit des matriaux absorber plus ou moins rapidement un apport de chaleur, plus elle sera

faible, plus le matriau se rchauffera rapidement en surface en absorbant peu de chaleur. [ECO]

Ainsi, il apparat clairement que les agrgats de la tige de tournesol seraient de bons candidats pour

llaboration de btons de vgtaux, particulirement en termes de performances thermiques.

Tableau 7 : Porosit des constituants. [CHA12]

28

III/ Liants et proprits du bton de tournesol

Des rgles professionnelles ont t tablies pour la fabrication du bton de chanvre donnant les

liants utiliser principalement pour ce bton. La similarit entre les agrgats de chanvre et de

tournesol nous amne suivre ces rgles pour llaboration des btons de tournesol, vu le manque

de donnes techniques sur ce dernier.

Par analogie au chanvre, le tournesol sera le squelette du bton vgtal ; cependant le bton sera

moins rsistant quen utilisant des granulats minraux.

Le liant doit augmenter cette rigidit et la cohsion entre les granulats de tournesol. Plus le liant

choisi aura une rsistance importante plus on augmentera la rsistance mcanique du bton vgtal.

Les rgles professionnelles exigent que le liant respecte quatre critres :

- permettre un enrobage parfait des diffrents constituants,

- participer la bonne mise en uvre du bton par son comportement ltat frais,

- assurer les caractristiques mcaniques essentielles en termes de rsistance,

- assurer ladhsion entre les particules vgtales.

III-1/ Les liants utiliss

Cette sous-partie expose les diffrents types de liants pouvant tre utiliss en gnral pour

llaboration de btons de vgtaux donc fortiori de btons de tournesol. Dans la partie

exprimentale, nous nutiliserons pas la totalit de ces liants, on sintressera au liant Batichanvre

de Saint-Astier, liant valid par Construire en chanvre ainsi qu un liant pouzzolanique,

associant de la chaux arienne du sable pouzzolanique, que nous dcrirons dans la seconde partie

de ce rapport.

III-1-1/ Les liants ariens

La chaux arienne provient de la calcination de roches calcaires pures. On distingue deux types de

chaux arienne :

- la chaux arienne calcique (CL90, 80 ou 70) cre partir de calcaires contenant 5%

de carbonate de magnsium (MgCO3),

- la chaux arienne dolomitique (DL85 ou 80) cre partir de calcaires contenant entre

40 et 44% de MgCO3. [GRA15]

29

Aprs cuisson du calcaire pur, on obtient de la chaux vive (CaO) que lon vient hydrater pour

former la chaux teinte Ca(OH)2 :

CaO + H2O -> Ca(OH)2 (3.1)

Ensuite, on assiste la prise arienne par carbonatation de la chaux teinte :

Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O (3.2)

On retourne ainsi par absorption de dioxyde de carbone du calcaire (carbonate de calcium)

do un bilan carbone considr comme nul. [CES]

III-1-2/ Les liants hydrauliques

Un autre type de chaux existe : les chaux hydrauliques formes partir de calcaires argileux. Elles

sont classes suivant leur rsistance la compression 28 jours (voir tableau 8) :

- la chaux hydraulique naturelle (NHL) : elle est issue des calcaires siliceux. Elle effectue

sa prise au contact de leau et de lair. Elle convient pour les maonneries, les enduits

et les dcors.

- la chaux hydraulique (HL) : elle correspond de la chaux hydraulique naturelle avec

plus de 20% dadditifs. [ECO]

On retrouve deux tapes pour la prise hydraulique :

- formation de C-S-H [CaO-SiO2-H2O] partir de lhydratation du silicate bicalcique

C2S [2CaO-SiO2] qui est la phase hydraulique majeure de la chaux hydraulique :

C2S + H2O -> C-S-H + Ca(OH)2 (3.3)

- carbonatation de la chaux teinte pour obtenir la chaux hydraulique :

Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O (3.4)

Tableau 8 : Classes de rsistance en mortier normalis. [CAL]

30

La prsence des C-S-H confrent au liant un caractre hydraulique engendrant un durcissement de

la pte.

Dans les liants hydrauliques, on retrouve galement le ciment de Portland (dfini dans la norme

EN 197-1) class en cinq catgories de CEM I CEM V suivant sa teneur en clinker.

Actuellement, la chaux est prfre au ciment pour la confection de btons de vgtaux. En effet,

la fabrication de la chaux est plus propre que celle du ciment. La temprature de cuisson de la

chaux est comprise entre 900 et 1250 C tandis que celle du clinker, composant majeur du ciment,

est denviron 1450C. Enfin, au niveau de leur bilan carbone, une tonne de chaux produite

engendre 0,4 tonne de CO2 alors que la production dune tonne de ciment entraine 0,93 tonne de

CO2. La chaux va absorber du CO2 lors de sa carbonatation diminuant ainsi son empreinte carbone.

III-1-3/ Les liants pouzzolaniques

Nous nous attacherons ici dtailler les caractristiques de ce type de liant sachant quil

correspond au liant que nous utiliserons dans la partie exprimentale de ce projet pour laboration

de nos btons de tournesol.

III-1-3-1/ Les pouzzolanes

La pouzzolane naturelle est une roche siliceuse lgre produite par des projections volcaniques

basaltiques. Elle est dfinie comme un matriau se composant de silice SiO2 (46,1% pour notre

tude exprimentale), dalumine et doxyde ferrique. La silice ne possde aucune valeur liante par

elle-mme mais, en tant que poudre et en prsence dhumidit, elle va ragir chimiquement avec

lhydroxyde de calcium Ca(OH)2 solubilis des tempratures ordinaires afin de former des

composs aux proprits liantes : cest la raction pouzzolanique. [NOZ12]

SiO2 (pouzzolane) +Ca(OH)2 + H2O -> C-S-H (3.5)

Tout matriau engendrant une raction pouzzolanique aprs mlange avec de la chaux et de leau

pourra tre dsign par le terme gnrique pouzzolane provenant de la ville italienne Pouzzoles

en Italie, au pied du Vsuve. Le sable volcanique de cette rgion fut utilis par les romains pour

laborer des btons rsistants leau par exemple dans la construction du colise de Rome ou du

31

pont du Gard dont ltat de conservation dmontre la durabilit de ce type de matriaux. Les

romains ntaient cependant pas les seuls utiliser des matriaux pouzzolaniques, les habitants de

Bali utilisent depuis plus de 2000 ans un mlange de chaux corallienne et de cendres du volcan

sacr lAgung. [NOZ12]

Avec lactivit industrielle humaine, on assiste la cration dun nombre important de matriaux

pouzzolaniques artificiels tels que les laitiers daciries ou les cendres volantes. Cependant en

considrant notre dmarche de crer un matriau bio-sourc et la rgion dans laquelle ce projet est

ralis, nous nous intresserons tout particulirement aux matriaux naturels dorigine volcanique

prsents en grande quantit dans le massif central. [NOZ12]

III-1-3-2/ La raction pouzzolanique

Les cimentiers connaissent la raction pouzzolanique comme une raction secondaire de la prise

cimentaire. Elle seffectue, dans ce cas, entre la portlandite, nouvellement forme pendant la prise

hydraulique, et les aluminosilicates prsents dans le ciment. Les pouzzolanes industrielles telles

que les laitiers de haut fourneau et les cendres volantes sont dsormais inclues dans de nombreuses

formulations de ciment (Ciments de type III). [NOZ12]

Les matriaux pouzzolaniques doivent leurs proprits liantes leur teneur importante en

matriaux acides amliorant les problmes de compatibilit entre les fibres vgtales et le liant

minral (soit la chaux dans notre tude). La raction de base est dcrite par lquation (3.5) page

31. [NOZ12]

Lactivit pouzzolanique peut tre dcrite en suivant le modle de Le Chatelier comme une

attaque alcaline superficielle de minraux silico-alumineux par une solution sature en chaux

suivie dune recombinaison des ions rsultants avec la chaux prsente dans la solution. Les

pouzzolanes sont constitues majoritairement de feldspaths qui appartiennent la classe

minralogique des tectosilicates. Leur structure cristalline rsulte dun arrangement de ttradres

Si4+(O2-)4 et Al3+(O2-)4 dont les atomes doxygne assurent les liaisons. [NOZ12]

Les tapes de la raction pouzzolanique peuvent tre dcrites de manire simplifie comme suit :

- Attaque : Les ttradres Si4+(O2-)4 et Al3+(O2-)4 qui composent les verres amorphes du

matriau pouzzolanique sont spars et librent des ions [SiO(OH)3]- et [Al (OH)4]

-.

32

- Diffusion : Sous leffet de lagitation thermique, il y a diffusion de ces ions jusqu la

formation de foyers de cristallisation.

- Cristallisation des hydrates : Les ions silicates et aluminates ragissent avec la chaux

libre pour former des hydrates solides : C-S-H gnrateurs de rsistance. [NOZ12]

III-1-3-3/ Quantit de chaux arienne dans le liant

La quantit de chaux teinte (ou grasse) quil faut mlanger une pouzzolane dite pure doit tre

denviron 18% daprs Vicat. Plusieurs tudes sont venues complter cette affirmation. Une

premire tude a t ralise en mlangeant diffrentes pouzzolanes du Massif Central dune

teneur en eau constante de 8% avec de la chaux dont la proportion varie de 10 34%. Il est apparu

que lemploi dun excdent de chaux dans les mlanges chaux-pouzzolane-eau ne conduisait pas

forcment une meilleure fixation de la chaux par les pouzzolanes (voir figure 10). Il semblerait

que les mlanges de cette tude aient un taux massique optimal de chaux situ entre 20 et 25%, les

diffrentes pouzzolanes ayant nanmoins des comportements diffrents. Il est intressant de noter

que ltude sest effectue granulomtrie constante et pour des sables de calibre 0/3mm. Les

conclusions furent que lutilisation dune granulomtrie plus fine et dun matriau phase vitreuse

plus importante amliore la fixation dune quantit importante de chaux. [NOZ12]

Au cours de leur tude, Fournier et Geoffray ont fait varier la quantit de chaux dans le mlange

chaux arienne-pouzzolane naturelle de 2 40