Sujet de thèse IFSTTAR

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Fiche détaillée :

Titre : Identification de critères pédologiques de convenance pour la valorisation des terres de déblais dans la construction

Laboratoire principal - Référent principal MAST - GPEM  -  HAMARD Erwan      tél. : +33 240845651

Directeur du laboratoire principal RICHARD Patrick  -

Laboratoire 2 - Référent GERS - CG  -  RAZAKAMANANTSOA Andry  -    -  tél. : +33 240845804

Spécialité de la thèse Génie Civil

Axe 2 - COP2017 - Améliorer l'efficience et la résilience des infrastructures

Site principal Nantes

Etablissement d'inscription UNIVERSITE DE NANTES

Ecole doctorale Sciences de l'Ingénierie et des Systèmes (SIS)

Directeur de thèse prévu CAZACLIU Bogdan  -  Université Gustave Eiffel  -  MAST - GPEM

Co-directeur de thèse prévu DUC Myriam  -  Université Gustave Eiffel  -  GERS - SRO

Type de financement prévu Contrat doctoral  - Ifsttar

Résumé

Le secteur du bâtiment est reconnu comme un des principaux contributeurs au changement climatique et est responsable de 50% des déchets de l’Union Européenne. Les impacts environnementaux du secteur sont principalement générés au cours de la vie en service par le chauffage, mais aussi par l’extraction et la production des matériaux de construction courants tels que le ciment. Aujourd’hui, le secteur du bâtiment est ainsi le principal contributeur au changement climatique et à la consommation d’énergie dans le monde Un des enjeux est donc de trouver des solutions constructives peu impactantes sur l’environnement.

Parmi les solutions constructives envisageables, la redécouverte et la rationalisation des procédés et matériaux traditionnels comme la terre crue, est une piste prometteuse. La terre crue est utilisée comme matériau de construction depuis le Néolithique. En France, il existerait environs 1 million de logements en terre (pisé, adobe et bauge).

La construction en terre crue est susceptible de présenter de nombreux intérêts environnementaux. Parmi les déchets produits par les activités humaines, la terre excavée représente la masse principale, soit environ 75%, et a été estimée entre 2,7 et 5,9 tonnes/habitant/an en Europe pour l’année 2005. Ceci en fait l’un des matériaux les plus disponibles au monde en quantité, mais également en termes de répartition géographique car le gisement lié à l’excavation peut se trouver sur le site de construction ou à proximité. Les parois en terre crue possèdent une inertie thermique élevée permettant une bonne gestion des apports solaires renforcées par son hygroscopicité qui lui permet de réguler l’humidité de l’air dans le bâtiment. Enfin, le peu de transformations nécessaires à l’utilisation de la terre crue comme matériau de construction lui confère une énergie grise très faible par rapport aux matériaux conventionnels. Ainsi, pour un mur en terre, l’énergie grise est 20 fois moins importante que pour un mur en parpaing creux.

L’intérêt majeur des procédés de mise en œuvre du matériau terre crue est leur capacité à s’adapter aux ressources disponibles localement et à valoriser ainsi les terres au plus près du site de construction tout en limitant le transport. Or, l’identification des techniques de mise en œuvre adaptées à un gisement particulier est aujourd’hui réalisé par des maitres artisans expérimentés. Cette détermination est basée sur une approche « sensorielle » (analyse de la terre par le touché, l’odorat et le gout) qui nécessite un temps d’apprentissage long.

Cette approche n’est pas accessible aux constructeurs peu expérimentés. Mettre à disposition des solutions d’identification des terres permettrait de faciliter ce travail et de les accompagner. De plus, le développement de la filière de construction en terre crue requiert une sécurité d’approvisionnement en matière première. Pour assurer cet approvisionnement, il est nécessaire là encore d’identifier des terres à destination des producteurs de la ressource (terrassiers, carriers) et des entreprises en charge de la mise en œuvre. Le développement d’un outil d’aide à la décision inspiré du Guide des Terrassements Routiers est proposé comme objectif de ce travail de thèse.

Ce développement utilisera les travaux récents et en cours à l’IFSTTAR, basés sur le croisement de données patrimoniales et pédologiques qui ont permis de développer de nouvelles méthodes d’évaluation de la convenance des terres pour la construction de Bretagne. Les caractéristiques des terres à bauge bretonne sont désormais connues. Le déploiement de ces méthodes sur d’autres territoires, notamment en Ile de France ainsi que leur synthèse à l’échelle nationale doit permettre de produire l’outil d’aide à la décision visé.

De plus, le programme de recherche Eco Terra financé par l’Ademe (projet en cours) a permis d’avancer sur la détermination des caractéristiques des terres convenant pour la technique de la terre allégée. Une étude portée conjointement par l’ENTPE, le Cerema et l’IFSTTAR sur la caractérisation de terres prélevées dans des bâtiments en pisé de la région Auvergne-Rhône-Alpes est en cours de publication. Des données patrimoniales et pédologiques sont également en cours d’acquisition pour la Normandie (bauge et torchis), le Tarn-et-Garonne (adobe) ainsi que la région Auvergne-Rhône-Alpes (pisé). Le travail de thèse consistera à poursuivre ce travail de croisement de données pédologiques et patrimoniales, à l’aide d’outils statistiques, pour enrichir les données existantes.

La comparaison entre les types de sols convenant pour les différentes techniques étudiées (pisé, bauge, adobe, torchis-terre allégée) sera menée dans une approche pluridisciplinaire, croisant la géologie, la pédologie, la géotechnique, la mécanique des sols et la géochimie. Cette approche doit permettre d’identifier des caractéristiques des sols nécessaires pour la mise en œuvre des techniques par voie humide (bauge, adobe et terre allégée) et par voie sèche (pisé et BTC) ainsi que des caractéristiques pour la mise en œuvre des techniques monolithiques (pisé et bauge) et en maçonnerie (adobe et BTC). Il sera alors possible d’expliquer rationnellement ce qui fait qu’une terre convient ou non et d’établir un outil d’aide à la décision.

Pour élargir la gamme des terres valorisables, l’utilisation de stabilisant d’origine organique sera un des paramètres à considérer dans le cadre de l’outil d’aide à la décision visé (prévision des performances avec ou sans additifs). Pour cela, on utilisera les résultats du projet Alluvium financé par l’I-SITE FUTURE et qui concerne la stabilisation des terres du Grand Paris à l’aide de biopolymères. Les terres présentant une argilosité trop forte (argiles vertes franciliennes par exemple) ou une trop faible cohésion peuvent en effet être stabilisées à l’aide de stabilisants biologiques et permettre ainsi leur emploi dans la construction.

Un dernier volet plus exploratoire dans cette thèse, abordera le développement d’essais de chantier, à destination des maçons, permettant de déterminer la convenance des techniques de construction vis-à-vis d’une terre. Il existe aujourd’hui de nombreux tests de chantiers, souvent inspirés des essais de reconnaissance des sols en géotechnique, qui sont utilisés par les maçons (l’essai de la boule par exemple, sédimentation, boudin …). Cependant ces essais sont souvent mal compris, mal utilisés et redondants. Une analyse rationnelle de ces essais, complétée par une vision de pédologue, doit permettre de faire le tri parmi les nombreux essais existant et de proposer une démarche plus discriminante.

Ce travail sera réalisé en étroite collaboration avec la profession par le biais du Projet National Terre Crue, dont le montage est piloté par l’IFSTTAR. Il s’inscrit dans les actions de recherches de ce projet National et devrait bénéficier à ce titre d’un soutien de l’IREX.

Le/la candidat(e) devra s’intégrer dans une équipe pluridisciplinaire (géologue, mécanicien des sols, géotechniciens et physico chimiste spécialiste des argiles). Nous recherchons pour cette thèse un(e) spécialiste des sols, qui aura suivi une formation de pédologie. Il/elle devra être en mesure d’analyser les données pédologiques et de dresser des cartes de sols. Il/elle aura donc des compétences en analyse des bases de données pédologiques (Référentiel Régional Pédologique) et en Système d’Information Géographique. Il/elle devra également montrer une sensibilité pour le sujet terre crue. Il/elle devra faire preuve d’autonomie, de curiosité, de dynamisme et être force de proposition.

Hamard E, Cazacliu B, Razakamanantsoa A, Morel J-C (2016) Cob, a vernacular earth construction process in the context of modern sustainable building. Build Environ 106:103–119. doi: 10.1016/j.buildenv.2016.06.009
Hamard E, Lemercier B, Cazacliu B, et al (2018) A new methodology to identify and quantify material resource at a large scale for earth construction – Application to cob in Brittany. Constr Build Mater 170:485–497. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.03.097
Hamard E, Cammas C, Lemercier B, et al (2019) Micromorphological description of vernacular cob process and comparison with rammed earth. Front Archit Res. doi: 10.1016/j.foar.2019.06.007

Mots-clefs: Construction en terre crue, convenance des terres, pédologie, géologie, géotechnique, géochimie, mécanique des sols

Laboratoire principal - Référent principal	MAST - GPEM - HAMARD Erwan tél. : +33 240845651
Directeur du laboratoire principal	RICHARD Patrick -
Laboratoire 2 - Référent	GERS - CG - RAZAKAMANANTSOA Andry - - tél. : +33 240845804
Spécialité de la thèse	Génie Civil
Axe	2 - COP2017 - Améliorer l'efficience et la résilience des infrastructures
Site principal	Nantes
Etablissement d'inscription	UNIVERSITE DE NANTES
Ecole doctorale	Sciences de l'Ingénierie et des Systèmes (SIS)
Directeur de thèse prévu	CAZACLIU Bogdan - Université Gustave Eiffel - MAST - GPEM
Co-directeur de thèse prévu	DUC Myriam - Université Gustave Eiffel - GERS - SRO
Type de financement prévu	Contrat doctoral - Ifsttar
Résumé Le secteur du bâtiment est reconnu comme un des principaux contributeurs au changement climatique et est responsable de 50% des déchets de l’Union Européenne. Les impacts environnementaux du secteur sont principalement générés au cours de la vie en service par le chauffage, mais aussi par l’extraction et la production des matériaux de construction courants tels que le ciment. Aujourd’hui, le secteur du bâtiment est ainsi le principal contributeur au changement climatique et à la consommation d’énergie dans le monde Un des enjeux est donc de trouver des solutions constructives peu impactantes sur l’environnement. Parmi les solutions constructives envisageables, la redécouverte et la rationalisation des procédés et matériaux traditionnels comme la terre crue, est une piste prometteuse. La terre crue est utilisée comme matériau de construction depuis le Néolithique. En France, il existerait environs 1 million de logements en terre (pisé, adobe et bauge). La construction en terre crue est susceptible de présenter de nombreux intérêts environnementaux. Parmi les déchets produits par les activités humaines, la terre excavée représente la masse principale, soit environ 75%, et a été estimée entre 2,7 et 5,9 tonnes/habitant/an en Europe pour l’année 2005. Ceci en fait l’un des matériaux les plus disponibles au monde en quantité, mais également en termes de répartition géographique car le gisement lié à l’excavation peut se trouver sur le site de construction ou à proximité. Les parois en terre crue possèdent une inertie thermique élevée permettant une bonne gestion des apports solaires renforcées par son hygroscopicité qui lui permet de réguler l’humidité de l’air dans le bâtiment. Enfin, le peu de transformations nécessaires à l’utilisation de la terre crue comme matériau de construction lui confère une énergie grise très faible par rapport aux matériaux conventionnels. Ainsi, pour un mur en terre, l’énergie grise est 20 fois moins importante que pour un mur en parpaing creux. L’intérêt majeur des procédés de mise en œuvre du matériau terre crue est leur capacité à s’adapter aux ressources disponibles localement et à valoriser ainsi les terres au plus près du site de construction tout en limitant le transport. Or, l’identification des techniques de mise en œuvre adaptées à un gisement particulier est aujourd’hui réalisé par des maitres artisans expérimentés. Cette détermination est basée sur une approche « sensorielle » (analyse de la terre par le touché, l’odorat et le gout) qui nécessite un temps d’apprentissage long. Cette approche n’est pas accessible aux constructeurs peu expérimentés. Mettre à disposition des solutions d’identification des terres permettrait de faciliter ce travail et de les accompagner. De plus, le développement de la filière de construction en terre crue requiert une sécurité d’approvisionnement en matière première. Pour assurer cet approvisionnement, il est nécessaire là encore d’identifier des terres à destination des producteurs de la ressource (terrassiers, carriers) et des entreprises en charge de la mise en œuvre. Le développement d’un outil d’aide à la décision inspiré du Guide des Terrassements Routiers est proposé comme objectif de ce travail de thèse. Ce développement utilisera les travaux récents et en cours à l’IFSTTAR, basés sur le croisement de données patrimoniales et pédologiques qui ont permis de développer de nouvelles méthodes d’évaluation de la convenance des terres pour la construction de Bretagne. Les caractéristiques des terres à bauge bretonne sont désormais connues. Le déploiement de ces méthodes sur d’autres territoires, notamment en Ile de France ainsi que leur synthèse à l’échelle nationale doit permettre de produire l’outil d’aide à la décision visé. De plus, le programme de recherche Eco Terra financé par l’Ademe (projet en cours) a permis d’avancer sur la détermination des caractéristiques des terres convenant pour la technique de la terre allégée. Une étude portée conjointement par l’ENTPE, le Cerema et l’IFSTTAR sur la caractérisation de terres prélevées dans des bâtiments en pisé de la région Auvergne-Rhône-Alpes est en cours de publication. Des données patrimoniales et pédologiques sont également en cours d’acquisition pour la Normandie (bauge et torchis), le Tarn-et-Garonne (adobe) ainsi que la région Auvergne-Rhône-Alpes (pisé). Le travail de thèse consistera à poursuivre ce travail de croisement de données pédologiques et patrimoniales, à l’aide d’outils statistiques, pour enrichir les données existantes. La comparaison entre les types de sols convenant pour les différentes techniques étudiées (pisé, bauge, adobe, torchis-terre allégée) sera menée dans une approche pluridisciplinaire, croisant la géologie, la pédologie, la géotechnique, la mécanique des sols et la géochimie. Cette approche doit permettre d’identifier des caractéristiques des sols nécessaires pour la mise en œuvre des techniques par voie humide (bauge, adobe et terre allégée) et par voie sèche (pisé et BTC) ainsi que des caractéristiques pour la mise en œuvre des techniques monolithiques (pisé et bauge) et en maçonnerie (adobe et BTC). Il sera alors possible d’expliquer rationnellement ce qui fait qu’une terre convient ou non et d’établir un outil d’aide à la décision. Pour élargir la gamme des terres valorisables, l’utilisation de stabilisant d’origine organique sera un des paramètres à considérer dans le cadre de l’outil d’aide à la décision visé (prévision des performances avec ou sans additifs). Pour cela, on utilisera les résultats du projet Alluvium financé par l’I-SITE FUTURE et qui concerne la stabilisation des terres du Grand Paris à l’aide de biopolymères. Les terres présentant une argilosité trop forte (argiles vertes franciliennes par exemple) ou une trop faible cohésion peuvent en effet être stabilisées à l’aide de stabilisants biologiques et permettre ainsi leur emploi dans la construction. Un dernier volet plus exploratoire dans cette thèse, abordera le développement d’essais de chantier, à destination des maçons, permettant de déterminer la convenance des techniques de construction vis-à-vis d’une terre. Il existe aujourd’hui de nombreux tests de chantiers, souvent inspirés des essais de reconnaissance des sols en géotechnique, qui sont utilisés par les maçons (l’essai de la boule par exemple, sédimentation, boudin …). Cependant ces essais sont souvent mal compris, mal utilisés et redondants. Une analyse rationnelle de ces essais, complétée par une vision de pédologue, doit permettre de faire le tri parmi les nombreux essais existant et de proposer une démarche plus discriminante. Ce travail sera réalisé en étroite collaboration avec la profession par le biais du Projet National Terre Crue, dont le montage est piloté par l’IFSTTAR. Il s’inscrit dans les actions de recherches de ce projet National et devrait bénéficier à ce titre d’un soutien de l’IREX. Le/la candidat(e) devra s’intégrer dans une équipe pluridisciplinaire (géologue, mécanicien des sols, géotechniciens et physico chimiste spécialiste des argiles). Nous recherchons pour cette thèse un(e) spécialiste des sols, qui aura suivi une formation de pédologie. Il/elle devra être en mesure d’analyser les données pédologiques et de dresser des cartes de sols. Il/elle aura donc des compétences en analyse des bases de données pédologiques (Référentiel Régional Pédologique) et en Système d’Information Géographique. Il/elle devra également montrer une sensibilité pour le sujet terre crue. Il/elle devra faire preuve d’autonomie, de curiosité, de dynamisme et être force de proposition. Hamard E, Cazacliu B, Razakamanantsoa A, Morel J-C (2016) Cob, a vernacular earth construction process in the context of modern sustainable building. Build Environ 106:103–119. doi: 10.1016/j.buildenv.2016.06.009 Hamard E, Lemercier B, Cazacliu B, et al (2018) A new methodology to identify and quantify material resource at a large scale for earth construction – Application to cob in Brittany. Constr Build Mater 170:485–497. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.03.097 Hamard E, Cammas C, Lemercier B, et al (2019) Micromorphological description of vernacular cob process and comparison with rammed earth. Front Archit Res. doi: 10.1016/j.foar.2019.06.007
Mots-clefs:	Construction en terre crue, convenance des terres, pédologie, géologie, géotechnique, géochimie, mécanique des sols

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