Caractérisation et modélisation hygrothermique de la structure de murs de bâtiment en bois/argile renforcée par des fibres végétales

Résumé

Face aux défis de la gestion de la consommation énergétique dans les bâtiments et aux enjeux environnementaux, la réintégration des matériaux géosourcés dans la construction se révèle être une piste prometteuse pour une construction durable et écologique. Le torchis, un matériau traditionnel composé de terre argileuse et de fibres végétales, se distingue par sa faible empreinte carbone et ses matières premières abondantes, bien que son utilisation soit limitée à cause du manque de références scientifiques. L’objectif de cette thèse est de réaliser une caractérisation globale de torchis formulé avec 3 % et 6 % de fibres de blé, et par la suite de réaliser une simulation numérique des systèmes de murs en torchis et sur des coupes transversales bois/torchis/bois. Le projet de doctorat se divise en trois objectifs spécifiques. Le premier objectif spécifique s’intéresse à la caractérisation des argiles, des fibres de blé et à la formulation des échantillons en torchis en cherchant le rapport eau/argile et le rapport eau/fibre. Le second objectif spécifique vise à déterminer les propriétés hygrothermiques, mécaniques, la porosité et la microstructure des matériaux en torchis et en argile obtenus dans l’objectif spécifique 1. Quant au troisième objectif, il vise à évaluer le comportement hygrothermique de systèmes de murs en torchis et en bois/torchis (matériaux obtenus dans l’objectif 1) par des simulations numériques avec des données climatiques variables. Pour finir, une étude exploratoire a été réalisée sur la résistance au feu des échantillons en torchis ainsi que sur les propriétés thermiques des échantillons en torchis stabilisés avec 2 %, 4 % et 6 % de ciment. Les études menées pour répondre aux différents objectifs spécifiques ont montré une amélioration significative des performances thermiques des échantillons en torchis fabriqués traditionnellement, avec une conductivité thermique réduite allant de 0,55 à 0,2 W/(m·K) et une capacité thermique spécifique variant de 830 J/(kg·K) à 1600 J/(kg·K). Ces résultats soulignent le potentiel du torchis comme matériau de remplissage dans les structures modernes à ossature de bois, offrant ainsi une double régulation thermique grâce à la combinaison du bois et de l’argile renforcée de fibres. La valeur tampon d’humidité (MBV) des échantillons d’argile, avec ou sans renforcement de fibres, est supérieure à 2 g/(m²·%RH), ce qui les place dans la classe d’excellence selon les exigences de NORDTest. Les porosités ouvertes des échantillons variaient de 20 % à 45 %, avec des capacités spécifiques d’humidité allant de 0,014 kg/kg à 0,031 kg/kg. Les propriétés mécaniques du torchis évaluées ont montré une augmentation significative de la résistance à la compression des échantillons d’argile rouge, passant de 1,8 MPa à 4,57 MPa, et celle des échantillons d’argile beige, passant de 1,65 MPa à 4,61 MPa après 28 jours. La résistance à la flexion a également augmenté avec l’âge pour les échantillons renforcés de 3 % et 6 % de fibres, augmentant la ductilité des échantillons en torchis. Les essais préliminaires de la résistance au feu ont révélé que les échantillons de torchis renforcés de fibres restent intacts lorsqu’ils sont exposés à des températures élevées, bien que des fissures superficielles puissent apparaitre, tandis que les échantillons sans fibres se brisent. La température du côté non exposé au feu reste inchangée, démontrant ainsi une bonne résistance thermique. Ces résultats confirment ceux obtenus par la simulation hygrothermique des systèmes de murs en torchis avec des données climatiques variables. Les résultats de la simulation ont révélé une stabilité de la température intérieure des murs en torchis, renforçant l’idée que le torchis peut contribuer à une construction durable et résiliente. Afin de favoriser l’utilisation du torchis dans les zones climatiques froides et humides, l’utilisation de membranes pare-air/pare-vapeur 3M™ 3015 ou une membrane pare-pluie est nécessaire pour éviter le développement de risques de moisissure. Les résultats de cette étude fournissent des bases de données solides pour des recherches futures visant à optimiser les formulations traditionnelles du torchis et à développer des solutions innovantes pour intégrer ces matériaux dans la construction moderne. Le développement de systèmes d’enveloppe de bâtiment avec des propriétés hygrothermiques améliorées se poursuit, et le torchis, avec ses avantages environnementaux et ses performances hygrothermiques, pourrait jouer un rôle clé dans la transition vers des pratiques de construction durables. Les résultats de la simulation hygrothermique indiquent que le torchis, en tant que matériau de remplissage de la structure du bâtiment à ossature de bois, est un excellent régulateur de la température et de l’humidité intérieure, rendant ce matériau adapté pour des applications spécifiques dans des environnements variés.

Date	5 déc. 2024
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Claudiane Ouellet-Plamondon (Directeur(-trice))