Letteratura scientifica selezionata sul tema "Construction – Matériaux – Environnement"

Dans le design des habitations il existe une catégorie de technologies parfois cachées, pourtant omniprésentes dans la vie quotidienne. Ce sont les matériaux dits « de construction ». Ils revêtent un statut particulier, dont le design peut être interrogé non seulement sous l’angle de la science des matériaux, mais au regard du contexte historique et philosophique qui les a vus naître. Le matériau de construction, au-delà d’être une matière physique, est l’incarnation du mouvement de la fabrication industrielle des logements héritée de l’après-guerre et donc des modes de vie contemporains. Dans l’ère de l’anthropocène, les logiques constructives deviendront à la fois motivées par les politiques de logement et par les enjeux de vulnérabilité des sociétés humaines et des écosystèmes tels qu’ils sont scénarisés dans les rapports du GIEC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat). Si les matériaux de construction sont admis comme « concept » et non plus seulement comme matière, alors comment relire leurs desseins dans un environnement requalifié par des urgences de nature nouvelle ? Leur statut intermédiaire, entre matière et produit, soulève la question de la manière de les concevoir. Quelles pratiques spécifiques du design les matériaux de construction induisent-ils ? Le présent article se propose d’expliquer comment le design chez Saint-Gobain tente par la spécificité de ses approches, d’opérer la mise en œuvre d’un design pour les matériaux de construction dans ce nouvel environnement en introduisant la recherche par le design comme approche à la fois stratégique et opérationnelle. Après avoir éclairci la notion de matériaux de construction et les enjeux de design qui en découlent, le présent article tentera de décrire les modalités d’intervention de la recherche par le design dans les activités de recherche et développement dans un groupe industriel tel que Saint-Gobain et formulera une proposition pour requalifier les cadres de conception des matériaux dans un contexte de transition écologique.

Dans le cadre de l'enquête nationale sur "la mortalité des chevreaux dans les zones communales du Zimbabwe", les caractéristiques de 219 bâtiments d'élevage, utilisés par les petits ruminants, ont été enregistrées et analysées. Ces informations portent sur les matériaux de construction, la forme et la structure du bâtiment, les conditions d'environnement, l'utilisation et l'entretien. Cinq types de bâtiments ont été mis en évidence à partir de leurs caractéristiques structurelles (forme, surface et matériaux de construction). L'étude conjointe du bâtiment, de son utilisation et de son environnement naturel et socio-économique a permis de proposer quatre modèles simples de conception et d'utilisation du bâtiment d'élevage dans les zones communales du Zimbabwe : le bâtiment dans son environnement traditionnel, le bâtiment dans un système d'agriculture intensifié, le grand enclos traditionnel des zones arides et le bâtiment minimal. Après analyse des contraintes et des limites d'utilisation, des axes de travail sont proposés pour améliorer le fonctionnement des structures existantes.

Dans un contexte environnemental en crise, le secteur de la construction est un important consommateur de matières premières et producteur de déchet. Il fait donc l’objet de diverses études et actions visant à le faire entrer dans une démarche d’économie circulaire. En particulier, les informations en lien avec les matériaux de construction sont cruciales tout au long du cycle de vie du bâtiment. La définition et le maintien de ces informations au travers de « passeports matériaux » (PM) présentent des opportunités riches et foisonnantes, en particulier en lien avec les pratiques du Building Information Modeling (BIM). Mais force est de constater que la définition de ces PM BIM et leur implémentation restent à leur début et rencontrent de nombreuses difficultés. Cet article propose une analyse de la littérature scientifique sur les PM BIM. On identifie les mises en oeuvre actuelles du PM BIM et leurs difficultés, mettant en avant l’importance d’interroger la structuration et le contenu du PM. Cet article identifie le potentiel mais aussi les possibles blocages de l’utilisation de PM BIM en vue de supporter la définition de futures directions de recherche.

Les matériaux de termitières de Bidzar (Nord Cameroun) ont été caractérisés pour une potentielle utilisation comme matériau de construction. Pour atténuer le problème environnemental causé par l’exploitation du marbre de Bidzar, ce dernier a été utilisée comme additif (0, 5, 10, 15 et 20%) avant cuisson à 900, 1000, 1100 et 1200°C. Les matériaux de termitières sont composés de quartz, illite- smectite, vermiculite, chlorite, muscovite, calcite, hématite, et anatase avec pour principaux oxydes SiO2 , Al2O3 , et Fe2O3 . Ce sont des argiles sableuses et des argiles très sableuses dont la granulométrie est indiquée pour les produits creux, les tuiles et les briques. Certaines briques montrent des gonflements après cuisson jusqu’à 1100°C pendant que les autres présentent des retraits à la cuisson. Les autres caractéristiques des briques cuites sont : densité apparente (1,60–1,96 g/cm3 ), porosité (19,39–34,41%), absorption d’eau (10,41–21,44%), résistance à la flexion (1,25–5,64 MPa) et résistance à la compression (2,89–18,76 MPa). L’ajout de marbre couplé à la présence de matière organique (4,04–5,35%) augmente l’absorption d’eau tout en réduisant le retrait linéaire et la résistance mécanique à cause de la transformation de CaCO3 durant la cuisson qui entraîne la création d’une porosité secondaire. Ces caractéristiques physico- mécaniques répondent néanmoins aux standards des matériaux de construction. Termite mound materials (TMM) from Bidzar (North Cameroon) were characterized for their potential use as raw materials for the fired brick industry. To alleviate the environmental problem caused by the exploitation of the Bidzar marble, marble powder (0, 5, 10, 15, and 20 wt%) has been used as an additive in the formulation of bricks before firing at 900, 1000, 1100, and 1200°C. The TMM are made up of quartz, illite-smectite vermiculite, chlorite, muscovite, calcite, hematite, and anatase, with SiO2 , Al2O3 , and Fe2O3 being the main oxides. These materials are sandy clays or strongly sandy clays, which can be used for the manufacture of hollow products, roofing tiles, and masonry bricks. Some studied materials exhibit expansion up to 1100°C, while others show shrinkage at all studied temperatures. The varied characteristics of fired bricks are bulk density (1.60–1.96 g/cm3 ), apparent porosity (19.39– 34.41%), water absorption (10.41– 21.44%), flexural strength (1.25–5.64 MPa), and compressive strength (2.89–18.76 MPa). The addition of marble powder coupled with the presence of organic matter (4.04– 5.35%) increases the water absorption while decreasing the linear shrinkage, flexural strength, and compressive strength of bricks due to the transformation of CaCO3 during firing, which leads to the creation of secondary porosity. Nevertheless, these physico-mechanical characteristics meet the standards of construction materials.

Nous avons utilisé des déchets de PET comme liant et des graviers de granite comme renfort dans la fabrication de pavés perméables à l’eau et à tout fluide de viscosité dynamique voisine de celle de l’eau.Le matériau composite ainsi obtenu correspond à une « valorisation matière » des déchets de PET et est surtout une alternative à la lutte contre l’imperméabilisation des sols urbains. Il s’agit là d’un matériau de construction du Génie civil relativement récent.Les pavés ainsi fabriqués sont dotés de forte porosité (23 à 37%) et de perméabilité élevée (1,3 à 3,6cm/s). Leur résistance à la compression satisfaisante fait de ceux-ci un matériau directement exploitable et utilisable pour le recouvrement des sols dont principalement les aménagements sans contraintes de trafic (cours intérieures, trottoirs, jardins, aires de jeux, etc.).Le taux de liant, les classes granulaires des renforts, la porosité sont généralement les facteurs prépondérants qui influencent les comportements de pavé plastique perméable à l’eau.Ce matériau est aussi intéressant non seulement sur le plan social et sociétal, mais également sur le plan environnemental, ce qui contribue naturellement au développement durable.

Le sable naturel est extrait à l’aide de méthodes d’extraction, même pour la fabrication de sables artificiels. Le sable est largement utilisé dans plusieurs régions. Comme agrégats de construction; industries de transformation des matériaux; traitement de l’eau et des eaux usées. L’Areal de la société Morro Branco, où les échantillons de sable ont été prélevés, est situé autour du siège de la municipalité de Porto Grande. La municipalité de Porto Grande à Amapá est située dans le centre de l’État à 108 kilomètres de la capitale Macapá. L’objectif de cette recherche était de faire l’analyse technologique des matériaux d’Areal Morro Branco, Porto Grande, Amapá, par fractionnement. Le sable a été retiré d’une zone sablonneuse dans la municipalité de Porto Grande – AP avec l’utilisation d’outils manuels pour la collecte. 03 (trois) échantillons provenant de différents points de composition différente ont été prélevés, en raison de l’existence de matière organique dans sa composition. Le silicate de sodium avec une concentration de 10% et le bromoforme ont été utilisés pour la décomposition de la matière organique de l’échantillon. Ces procédures ont été déterminées dans l’échantillon sec dans un four pendant 24 heures à environ 110ºC, et le pourcentage d’humidité (%U), ceci, a également été déterminé dans l’échantillon original. Il a été vérifié par les tests et procédures effectués que l’humidité du sable de l’Areal Morro Branco est influencée par la matière organique résultant des zones forestières et des ressources en eau des environs de l’Areal. La granulométrie des points à partir duquel le sable a été recueilli dans le sable a des caractéristiques de grain incliné et sous-incliné. À l’aide d’une densité bromoforme, il a été possible de se rendre compte que le sable à partir duquel l’échantillon a été prélevé a des agrégats de quartz, feldspath avec une densité inférieure à 2,89 g/cm3. Il a été suggéré que le sable peut également avoir des dérivés minéraux de sable avec une densité supérieure à 2,89 g/cm3, qui sont Olivine et Pyroxène.

Les différentes actions réglementaires ou volontaires incitent de plus en plus les fabricants de produits de construction à une politique d’évaluation environnementale. Une approche « horizontale » d’évaluation (applicable à une ou plusieurs familles de produits utilisés dans un même type d’usage) est souhaitable. Cette étude se propose de contribuer au développement d’une telle approche pour évaluer les émissions dans l’eau des produits pendant leur vie en œuvre. Les dalles en béton, les dalles en bois et les gouttières en zinc ont été désélectionnées pour l’étude. Les essais ont été conduits à deux échelles d’expérimentation : laboratoire et pilote (exposition à l’eau météorique pendant un an, avec suivi météorologique). Un modèle d’émission (chimie - transport) a été développé pour le cas des dalles en béton. Le logiciel PHREEQC a été adapté et utilisé. Les résultats montrent que pour évaluer les émissions dans l’eau des produits, dans une optique d’approche « horizontale », les étapes suivantes sont nécessaires : - la caractérisation physico-chimique du produit, qui est plus au moins complexe en fonction du produit et des connaissances déjà disponibles ; - la caractérisation du comportement à la lixiviation en conditions statiques et dynamiques. L’essai à renouvellement en continu (CMLT) apparaît mieux adapté pour l’étude de la dynamique de relargage ; - la modélisation du comportement des produits dans un certain scénario d’exposition, qui doit tenir compte des spécificités du produit et des conditions d’exposition. Les résultats obtenus en laboratoire ne sont pas directement extrapolables aux conditions naturelles d’exposition mais sont essentielles pour la modélisation
The various French and European regulatory or voluntary actions push more and more the construction products manufacturers to an environmental assessment policy. A « horizontal » approach (i. E. , applicable to one or several families of products used in a certain scenario) is considered the best route for the assessment. Moreover, it is required by the Mandate M/366 addressed to CEN. The aim of this research is to contribute to the development of this kind of approach, in order to assess the substances emission from construction products into water, during their service life. Three products were tested: concrete slabs, wood duckboards and zinc gutters. The experiments were carried out at two scales: laboratory scale (controlled conditions) and pilot scale (outdoor / not-controlled conditions, with meteorological monitoring). At pilot scale the products were exposed to meteoric water, during one year. A release model (chemical and transport modelling) was developed for the case of the concrete slabs. PHREEQC software was adapted and used. The main results show that in order to assess the substances emission from construction products into water, in a « horizontal » approach framework, the following steps are required and must take into account the product and the exposure conditions specificities: - physicochemical characterisation of the product, which could be more or less complex, depending on the product and on the knowledge already available ; - characterisation of leaching behaviour, under static (equilibrium) and dynamic conditions, which must take into account especially the use and the evolution of the product during its service life. The Continuous Monolithic Leaching Test (CMLT) seems more suitable for release dynamic assessment ; - modelling of the products behaviour in a specific exposure scenario. The laboratory data cannot be directly transferred to service conditions but they are essential for the modelling of environmental behaviour

Le béton de chanvre est aujourd'hui le matériau de construction agro-ressource le plus développé en Europe. Il se compose de chanvre et de liant minéral (chaux) mélangé à l'eau. Généralement, il est utilisé pour ses propriétés d'isolation thermique dans le bâtiment. La plupart des blocs de béton de chanvre qui ont été étudiés, présentent un comportement fragile et une très faible résistance mécanique. Les formulations sont généralement riches en liant et légèrement compactées. Jusqu'à présent, le béton de chanvre n'est pas considéré comme un matériau porteur. Il est principalement utilisé comme remplissage isolant, combiné avec des composants de structure en bois, béton ou maçonnerie. Une étude a testé d'autres formulations, avec des teneurs plus élevées en granulats grâce à un procédé de compactage, afin d'améliorer à la fois la rigidité et la résistance des mélanges durcis. Dans ces formulations, l’ajout des granulats de chanvre, plus légers et plus poreux que la chaux, abaisse de manière significative la conductivité thermique. Le présent travail est une étude expérimentale du comportement à la compression et au cisaillement du béton de chanvre, afin d’utiliser ce matériau bio-sourcé dans le contreventement des bâtiments à ossature bois, tout en maintenant de bonnes qualités d'isolation thermique dans le bâtiment. Deux formulations compactées, M1 et M4 ont été expérimentées, ainsi que des éprouvettes obtenues à partir de blocs de commerce Chanvribloc®. Deux séries d’essais ont été réalisées. La première est portée sur la compression uni-axiale dans chaque direction pour caractériser l'anisotropie mécanique du matériau. Cette anisotropie a été engendrée par le procédé de compactage. La deuxième série d’essais permet de caractériser le comportement de cisaillement des formulations étudiées. Dans cette étude, un dispositif spécial d’essai de cisaillement a été développé. Il permet de caractériser au cisaillement des éprouvettes sous différentes contraintes normales appliquées. Les champs de déformations des éprouvettes cisaillées ont été suivis par stéréo- corrélation d’images durant les essais. Les résultats expérimentaux de compression ont montré que ce matériau est anisotrope, même lorsqu'il est industriellement mis en place par vibrations. Le matériau a plus spécifiquement un comportement isotrope transverse. Le comportement dans le sens longitudinal est caractérisé par une ductilité très élevée, tandis que le comportement transversal est très fragile, avec un comportement très variable et instable. Les résultats expérimentaux en cisaillement montrent une ductilité élevée de ce matériau. Ce comportement est intéressant pour le contreventement et le comportement sous action sismique des bâtiments avec des murs constitués de béton de chanvre. Des modélisations et applications numériques à l’échelle structurelle d’un bâtiment à plusieurs étages ont été réalisées, pour illustrer l’utilisation des blocs de béton de chanvre en contreventement de bâtiments à ossature bois. Les formulations les plus compactées présentent un meilleur comportement sous actions sismiques modérées et moyennes, par rapport aux formulations les moins compactées à la mise en œuvre, tandis que les murs en Chanvribloc à l’état actuel, ne permettent pas de contreventer les bâtiments en zones sismiques modérés ou moyennes
Lime and hemp concrete (LHC) is nowadays the most developed bio-based aggregate building material in Europe. It consists of hemp shiv and mineral binder mixing with water. Generally, bio-based materials like LHC are used for their thermal insulation properties in building. Most blocks of Lime Hemp Concrete which have been studied, show a brittle behavior and a very low mechanical strength. The formulations are generally rich in binder and slightly compacted. Up to now, this material is then not considered as a load bearing material and is mainly used as filler insulation, combined with structure components made of wood, concrete or masonry. A study has tested other formulations, with higher contents of aggregates thanks to a compaction process, in order to improve both the rigidity and the strength of the hardened mixtures. In these formulations, shiv which has higher amount is definitely lighter and more porous than lime, which prevents a significant increase in thermal conductivity. The present work of my PhD is an experimental study of the compressive and shearing behavior of hemp concrete, in order to study the load-bearing capacity and bracing of this bio based material, while maintaining good qualities of thermal insulation in building. Two compacted formulations were tested M1 & M4, as well as samples obtained from trade-blocks Chanvribloc®. Two series of tests were performed. The first one is a uniaxial compression test in each direction for characterizing the mechanical anisotropy of the material. This anisotropy is induced by the compacting process. The second one permits to characterize the shearing behavior of the different mix-designs. In this study, an original shear device was developed, specifically designed for this kind of material, which allows shearing under controlled normal stress. An image processing performed was carried out, using a camera and ARAMIS image processing software during shear tests, to evaluate the fields of deformations and to study the behavior of the specimen during the shear test. The compressive experiments results have shown that this material is anisotropic, even when it is industrially molded by vibrations. The material has a transverse isotropic behavior. The behavior in the longitudinal direction is characterized by very high ductility, while the transverse behavior is very brittle, with a highly variable and unsteady behavior. The experimental results in shear show a high ductility of this material. These results are very promising, an interesting behavior of LHC walls in term of potential bracing. Numerical modeling and applications have been carried out to illustrate the use of hemp concrete blocks for bracing buildings. The formulation M4 exhibits a better behavior under moderate and average seismic actions, compared to the formulation M1, while the Chanvribloc walls in the present state do not allowthe buildings to be braced in moderate or medium seismic zones

Les matériaux de construction constituent un besoin indispensable pour les êtres humains. Le béton est, après l’eau, le matériau le plus utilisé dans le monde et la production de ciment est en perpétuelle augmentation du fait de l’accroissement de la population mondiale. En 2010 la production annuelle de ciment a atteint les 3,3 milliards de tonnes. Une progression de +6,9% a été constatée en 2015 pour une production qui a atteint 4,6 milliards de tonnes.Des études menées sur l’impact environnemental du procédé de fabrication du clinker ont révélé que pour une production d’une tonne de clinker, une quantité de l’ordre de 0,7 à 0,8 tonne de CO2 est rejetée dans l’atmosphère, soit une émission annuelle de 2,8 milliards de tonnes de CO2. Ces rejets de gaz à effet de serre sont responsables de 5% des émissions mondiales. Afin de réduire cet impact, des solutions ont déjà été proposées telles que l’utilisation de combustibles alternatifs pour la fabrication du clinker, la substitution partielle du ciment par des coproduits industriels ou le captage et stockage du carbone.Cette thèse s’inscrit dans une volonté de réduire l’impact carbone dans la fabrication des matériaux de construction et cela par l’introduction du procédé de mécanosynthèse dans le processus de production du clinker et du ciment ainsi que des géopolymères.Le travail de thèse a été divisé en 3 grandes parties :La première concerne l’optimisation du procédé de mécanosynthèse par l’ajout d’agents de contrôle (process control agents) « PCA ». L’utilisation de ces agents pour le broyage de cendres volantes et de laitiers de hauts fourneaux a permis de réduire la durée du broyage à 15 minutes, alors que sans PCA un broyage de 1h est nécessaire, voire 3h pour un broyage optimal. Les pâtes cimentaires pour lesquelles nous avons substitué jusqu’à 50% de clinker par des coproduits industriels activés par mécanosynthèse avec des PCA (nous avons utilisé de l’alcool et l’eau) ont montré des performances mécaniques supérieures à celles préparées avec 100% de ciment Portland.Les pâtes cimentaires préparées avec une substitution de 50% de laitier broyé 15 min + 4% d’alcool ont montré une amélioration des performances mécaniques (compression) de + 10%, + 15% et + 40% par rapport à une pâte de ciment référence respectivement pour 7, 28 et 90 jours.La deuxième partie vise à proposer un procédé de clinkérisation par mécanosynthèse indirecte. Dans cette partie nous avons utilisé dans un premier temps du calcaire et de l’argile (produits classiques pour la fabrication du clinker) pour la production d’un clinker équivalent. Pour atteindre notre objectif nous avons utilisé la mécanosynthèse indirecte qui consiste à coupler une activation mécanique de courte durée et un traitement thermique ne dépassant pas les 900°C. Cette technique nous a permis de produire les composés indispensables au clinker, l’alite C3S (Ca3SiO5), la belite β-C2S (Ca2SiO4) et les aluminates C3A.La dernière partie avait pour but d’utiliser le procédé de mécanosynthèse directe pour la production d’une poudre géopolymère prête à l’emploi seulement par addition d’eau. Ce procédé consiste à mélanger des aluminosilicates tels que des laitiers, des cendres volantes ou du métakaolin avec des activateurs chimiques par broyage pour l’obtention d’un produit géopolymère final.Des formulations de pâtes géopolymères ont été faites et des résultats encourageants en terme de résistance à la compression ont été obtenus
Construction materials are an essential need for humans. After Water, concrete is the most widely used material in the world and cement production is constantly increasing due to the increase in the world population. In 2010, the annual cement production reached 3.3 billion tonnes. An increase of +6.9% was recorded in 2015 for a production that reached 4.6 billion tonnesStudies conducted on the environmental impact of the clinker manufacturing process have revealed that for a production of one tonne of clinker, a quantity of 0.7 to 0.8 tonnes of CO2 is released into the atmosphere or an annual emission of 2.8 billion tonnes of CO2. These greenhouse gas emissions are responsible for 5% of global emissions. In order to reduce this impact, solutions already proposed such as the use of alternative fuels for clinker manufacture, the partial substitution of cement by industrial co-products or carbon capture and storage.This thesis is part of a desire to reduce the carbon impact in the manufacture of construction materials by introducing the mechanosynthesis process into the production process of clinker and cement as well as geopolymers.The thesis work has been divided into 3 main parts:The first part concerns the mechanosynthesis process optimization by adding process control agents (PCAs). The use of these agents for the grinding of fly ash and blast furnace slag has reduced the milling time to 15 minutes, whereas without PCA, 1 hour milling time is required, or even 3 hours for optimal milling. Cement pastes which we have substituted up to 50% clinker with industrial co-products activated by mechanosynthesis with PCAs (we have used alcohol and water) have shown higher mechanical performance than those prepared with 100% Portland cement.Cement pastes prepared with a substitution of 50% milled slag 15 min + 4% alcohol has shown an improvement in mechanical performance (compression) of + 10%, + 15% and + 40% compared to a reference cement paste for 7, 28 and 90 days respectively.The second part aims to propose a clinkerization process by indirect mechanosynthesis. We have used limestone and clay (traditional products for clinker manufacturing) to produce an equivalent clinker. To achieve our objective, we have used indirect mechanosynthesis, which consists of coupling a mechanical activation with short milling time and a heat treatment not exceeding 900°C. This technique has allowed us to produce the essential compounds of clinker, C3S alite (Ca3SiO5), β-C2S belite (Ca2SiO4) and C3A aluminates.The last part is focused on the direct mechanosynthesis process used for the production of a ready-to-use geopolymer powder only by adding water. This process consists of mixing aluminosilicates such as slag, fly ash or metakaolin with chemical activators by grinding to obtain a final geopolymer product.Geopolymer paste formulations have been made and encouraging results in terms of compressive strength have been obtained

Les éco-matériaux présentent un certain nombre de caractéristiques intéressantes comparativement à des solutions techniques ou architecturales classiques. Les critères de différenciation utilisés étaient jusqu’alors souvent liés à la préservation de l’environnement et de la santé. L’objectif de cette thèse est d’étudier les caractéristiques techniques, économiques et financières présentées par ces matériaux plus respectueux de l’environnement en regroupant des informations de référence sélectionnées au sein d’un référentiel proposé. La première partie de ce travail situe la thématique des éco-matériaux dans le contexte de la conception de bâtiments à qualité environnementale. Une deuxième partie précise la place des éco-matériaux au sein des systèmes de management de la qualité environnementale du bâti (SMQEB) internationaux et Européens. Le cahier des charges d’une méthode d’aide au choix d’éco-matériaux y est exposé. La troisième partie concerne la conception d’un outil d’aide à la prescription technique, économique et financière d’éco-matériaux. La dernière partie recentre sur un territoire d’étude la méthodologie élaborée et testée : la région Nord Pas de Calais. Un système constructif élaboré, un rampant de toiture, est utilisé comme base pour la comparaison d’un assemblage de solutions éco-construites et conventionnelles. Les critères techniques, économiques, financiers, environnementaux et de santé utilisés sont in fine traduits en ratio coûts / bénéfices
Eco-materials, have revealed a number of interesting characteristics compared with more traditional technical or architectural solutions. The criteria so far used to differentiate them were often related to the preservation of the environment or health. The main research objective has been to study the technical, economic and financial advantages of such more environmentally friendly materials by collecting selected referential information- assessment indicators and criteria- inside a proposed system of reference. The first part of my work has been devoted to identifying eco-materials in the broader context of the conception of high environmental quality buildings. The position of eco-materials in international and European Environmental Quality Management Systems for Buildings- SMQEB- has then been reviewed in a second part. The third part of this work has consisted in designing a technical, economic and financial prescription decision tool for eco –materials. In the final part, the main concern has been to implement this designed and tested methodology within the Nord Pas De Calais region. An elaborate construction system - a flat roof - has been selected to compare a set of eco-built solutions with more conventional ones. The technical, economic, financial, environmental and health criteria have in-fine been used in easily understood language: the cost/profit ratio

Les choix des matériaux et de leurs procédés de mise en oeuvre connaissent et vont connaître des évolutions marquantes dans le monde de l’architecture. A l’époque actuelle, les évolutions sont largement induites par les techniques, mais aussi les représentations et les préceptes qui apparaissent avec l’émergence de la notion de développement durable dans notre société.Les outils d’aide à la conception existants à l’échelle des matériaux portent principalement sur les dimensions physiques (thermique, cycle de vie des matériaux, consommations, etc.). Nos travaux se questionnent sur l’intégration des dimensions techniques, écologiques et sensibles des matériaux dans un outil d’aide à la conception basé sur l’utilisation de la référence. L’activité référentielle est une approche propre aux phases initiales de projet. Ces phases correspondent aux premières propositions décisives, qui restent peu assistées par les outils numériques.Nos travaux visent à mettre en évidence les différentes caractéristiques des matériaux, mais surtout leurs interactions. Cette étude se distingue des approches classiques des matériaux, où généralement les différentes solutions constructives sont présentées matériau par matériau. En effet, nous nous basons sur une structuration de données et de connaissances interdisciplinaires (architecture, urbanisme, paysage, aspects esthétiques, aspects techniques, aspects cognitifs, approche de la perception, approche environnementale, etc.).Ces recherches tendent vers une première proposition d’un outil d’aide à la conception nommé DILEM’MAtériaux qui prend en compte les différentes dimensions des matériaux dans leur contribution à la genèse d’idées fondatrices, à la définition d’un ou des parti(s), ou concept(s) propres aux phases initiales de projet
The choice of materials and way of implementation is known and will be known as a significant growth in the world of architecture. Actually, changes are largely induced by technical dimension, but also representations and precepts that appear with the emergence of the concept of sustainable development in our society.Design support tools about materials scale focus on the physical dimensions (thermal, life cycle, refreshments, etc.). Our work is questioning the integration of technical, environmental and sensible dimensions in a design support tool based on reference. The referential activity is a specific approach in the initial phases of designing on a project. These phases correspond to crucial choice, which remain poorly assisted by digital tools.Our work aims to highlight the different characteristics of materials, but also their interactions. This study differs from conventional approaches of materials, which generally, constructive solutions are presented material by material. Indeed, we rely on a data structure and interdisciplinary knowledge (architecture, urbanism, landscape, aesthetic, technical, cognitive, perception approach, environmental approach, etc.).This research tends to be a first proposal for a design support tool named DILEM'MAtériaux that takes into account materials in their contribution to origin of founding ideas and definition of concept, in the initial phases of designing on a project

Des quantités importantes de cendres (4,12 million kg en France en 2008) sont issues de l'incinération des boues de station d'épuration. La valorisation de ces cendres comme matière première secondaire pour l'élaboration de matériau dans le domaine du bâtiment et des travaux publics (BTP) a été étudiée dans cette thèse. La caractérisation physique et chimique des cendres et l'étude de leur réactivité ont révélé un comportement intermédiaire entre le ciment et le sable, proche du comportement de matériaux pouzzolaniques. Les tests de lixiviation réalisés sur les cendres ont montré qu'à l'exception du Se et du Mo, les éléments présents dans les cendres sont solubilisés à des concentrations inférieures aux seuils définis règlementairement pour les déchets inertes ou non-dangereux. Les liens entre la solubilisation des éléments et la minéralogie des matériaux ont été étudiés à travers la modélisation géochimique réalisée sous PhreeqC. L'influence du taux de substitution du ciment par les cendres sur les propriétés mécaniques des matériaux a également été étudiée. L'indice d'activité à 28 jours de la cendre est conforme à la spécification de la norme EN 450-1. La résistance du mortier diminue quand le taux de substitution augmente à cause de la faible teneur en CaO dans les cendres et de l'apport supplémentaire d'eau nécessaire. Pour le béton avec un taux de substitution de 10 %, la résistance est comparable à celle du béton témoin. L'essai de durabilité des matériaux cimentaires incorporant les cendres révèle une forte diminution de résistance mécanique sous l'effet de la sollicitation au gel/dégel. Une évaluation environnementale de ces matériaux a été réalisée par l'essai de lixiviation à l'échelle du laboratoire et à l'échelle pilote. Les quantités relarguées cumulées des éléments polluants et des anions sont inférieures aux seuils sans impact environnemental, acceptables en construction aux Pays-Bas et en France.

Ce travail s’inscrit dans un contexte favorable au développement de nouveaux bétons dans le domaine du génie civil. Il consiste en la mise au point et la caractérisation d un béton renforcé de fibres obtenues à partir des déchets de bois de palmiers dattiers. Une première partie est consacrée à l’étude expérimentale des propriétés thermophysiques des fibres naturelles du palmier dattier. On montre que les facteurs essentiels affectant la conductivité thermique sont la variété du palmier dattier et l’orientation des fibres et que le bois de pétiole de palme est la partie la plus intéressante en tant qu’isolant thermique. les fibres végétales du bois de pétiole constituent, donc une alternative intéressante aux fibres inorganiques et synthétiques .Afin de remédier aux problèmes de stabilité dimensionnelle et de dégradation, on optimise la concentration du prétraitement alcalin nécessaire pour nettoyer et modifier la surface des fibres. Les effets du traitement sont étudiés au moyen d’un microscope électronique à balayage. Les conséquences sur les propriétés mécaniques du traitement alcalin sont également mises en évidence. L’analyse des résultats conduit à choisir une concentration optimale de 0,75 % pour l’hydroxyde de sodium.On s’intéresse ensuite au comportement du matériau composite obtenu à partir de chaux et de fibres de bois de palmier. On propose une démarche expérimentale et théorique originale sur la conductivité thermique, basée sur l’homogénéisation, de différentes formulations du béton de bois de pétiole de palmier ainsi que sur l’influence de la porosité. Finalement ce béton présente d’excellentes performances de point de vue isolation thermique.Finalement, on a procédé à une simulation numérique des phénomènes de transfert de chaleur au sein du béton de pétiole afin de valider le modèle de prédiction théorique choisi. nous avons, en effet refléchi à un modèle numérique inspiré de la modélisation théorique auto-cohérente (HAC) pour prédire la conductivité thermique numérique, basé sur des sphères concentriques d’air et de bois de pétiole occupant le centre de la matrice chaux, afin de balayer numériquement toutes les possibilites de dispositions de charges dans le composite. La dernière partie propose une validation des résultats expérimentaux obtenus à partir du développement d’un modèle tridimensionnel
The growing interest in new concrete and their use in many fields of civil engineering was that we wanted to bring a new approach to the design of a new product consisting of a reinforced concrete with basel end frond palm fibers. This led us to conduct the experimental study of thermal properties of natural fibers of date palm (Phoenix dactylifera L.). The analysis of experimental results showed that the essential factors affecting the thermal conductivity are the variety of date palm and the fiber orientation and that the basel end of the frond palm is the most interesting part as thermal insulation. However, the main problem encountered when using plant fibers as reinforcement is cohesion, bonding with the matrix and dimensional instability so the composite loses its mechanical properties. In this context, an alkaline pretreatment of palm fibers was envisaged to clean and modify the fiber surface to address the problems of dimensional stability of the fibers and degradation before their use as reinforcement in the cement matrix. We also studied the influence of chemical treatment with sodium hydroxide on the mechanical properties of processed samples, they were subjected to the tensile test to estimate the fracture strength for each treatment concentration, the Young's modulus and elongation at break corresponding. Subsequently, we conducted experimental and theoretical research on the thermal conductivity of different formulations of basel end palm wood concrete composite. The study of the theoretical apparent thermal conductivity was based on an approach that relies on a process whereas the material consists of a solid matrix combined with a fluid phase (air). Finally, we performed a numerical simulation of heat transfer phenomena to assess the thermal conductivity of basel end frond palm concrete composite and validate subsequently the theoretical prediction model selected. The results showed that the numerical approach based on the isotropic orientation of the particles in the composite coincides and approaches the physical reality

Tous les produits de construction ou les ouvrages qui sont en contact avec l’eau de pluie, sont susceptibles de relarguer des composants chimiques potentiellement dangereux pour la santé humaine et l’environnement. Actuellement, le relargage des substances dangereuses dans l’eau est évalué essentiellement par des méthodes expérimentales - généralement des essais de lixiviation réalisées à l’échelle du laboratoire. Par ailleurs, les impacts environnementaux des produits de construction et des bâtiments sont évalués par l’approche Analyse de Cycle de Vie (ACV), réalisées à partir de données propres aux fabricants et de données génériques existantes constituées en bases de données. Or, les émissions de polluants pendant la vie en oeuvre des produits de construction sont actuellement mal prises en compte dans ces mêmes bases de données existantes et dans les méthodes utilisées pour l’évaluation des performances environnementales des produits et des bâtiments.Dans ce contexte, les objectifs de ces travaux ont été : (i) de développer une méthodologie pour l’évaluation du comportement à la lixiviation de différentes matrices de produits de construction et (ii) d’intégrer les données de lixiviation dans les méthodes ACV à l’échelle du bâtiment. La méthodologie développée pour l’évaluation du comportement à la lixiviation des produits de construction est basée sur : (1) des essais de caractérisation à la lixiviation, selon les méthodes standardisées d’évaluation répondant au Règlement Produits de Construction (RPC), (2) la modélisation et la simulation des phénomènes couplés chimie-transport à l’échelle laboratoire et vraie grandeur et (3) l’intégration des données de lixiviation, obtenues par des simulations numériques en conditions d’exposition naturelle des produits de construction, dans les méthodes ACV, aux échelles produit et bâtiment.La méthodologie proposée a été appliquée et validée sur trois produits de construction : le bois traité CBA (Cuivre - Bore - Azole), la plaque fibrociment et la membrane bitumineuse. Les comportements à la lixiviation du bois traité CBA et de la plaque fibrociment a été simulé pour des conditions naturelles d’exposition à long terme, en utilisant le logiciel géochimique PHREEQC®. Les modèles chimiques développées permettent de considérer les matrices organiques et minérales et leurs interactions avec les polluants. Les phénomènes de transport des substances ont été également modélisés. Les modèles d’émission développés (couplage chimie-transport) permettent de simuler la lixiviation dynamique des produits considérés, pour différentes conditions d’exposition. Pour la membrane bitumineuse, seule la caractérisation expérimentale a été réalisée. Les données de lixiviation obtenues lors des simulations sur la durée de vie en oeuvre des produits ont été intégrées dans les inventaires respectifs du cycle de vie (ICV) des produits. Des méthodes d’impact spécifiques ont été utilisées en association avec les inventaires enrichis pour évaluer les impacts “pollution de l’eau”, “toxicité humaine” et “écotoxicité” des produits considérés. L’ACV d’une maison simplifiée a été réalisée en utilisant le logiciel ELODIE. La méthode d’évaluation à l’échelle bâtiment consiste à intégrer les nouvelles données construites sur la base de la méthodologie développée à l’échelle produit aux autres données d’ACV à l’échelle bâtiment. La méthodologie développée au cours de ces travaux permet donc l’intégration des données de lixiviation dans les outils ACV dédiés au bâtiment
Any construction product and building undergoing contact with water during its life cycle can release chemical compounds potentially hazardous for the human health and the environment. The release of dangerous substances is presently investigated especially by experimental approaches commonly by laboratory leaching tests while the environmental impacts of construction products and buildings are evaluated by a Life Cycle Assessment (LCA) approach. The dangerous substances release during use stage of construction products (leaching behaviour) is currently very poorly represented in the existing data bases and methods for environmental assessment of construction products and buildings.In this context, the main objectives of this study were: (i) to develop a methodology for the assessment of the leaching behaviour of various construction products and (ii) to integrate the leaching data in LCA approach at building scale. The methodology developed for the assessment of the leaching behaviour of construction products is based on: (1) characterisation leaching tests at lab scale, following the horizontal standardised assessment methods for harmonised approaches relating to dangerous substances under the Construction Products Regulation (CPR), (2) modelling and simulation of coupled chemical and transport phenomena at lab and field scale, and (3) utilisation of simulated leaching data for the construction products exposed in natural condition with the LCA method for the characterization of the hazardous effect during the use stage. The proposed methodology was applied and validated on three different classical construction products i.e. CBA (Copper-Boron-Azole) treated wood, fibre-cement sheets and bitumen membranes. The leaching behaviour of CBA treated wood and fibre-cement sheets was simulated over several years under natural exposure conditions, using the geochemical software PHREEQC. The chemical models consider both the mineral and the organic matrixes and their interaction with treatmentcompounds. Mass transfer and transport phenomena were modelled. The developed coupled chemical-transport models are able to represent the dynamic leaching behaviour of the respective products in various leaching conditions. For bitumen membranes only experimental characterisation was possible. The leaching data obtained by simulation over the whole use stage of the products were integrated in the life cycle inventory (LCI) and the relevant life cycle impact assessment (LCIA) methods were applied with the enriched inventory. A simplified single-family house was modelled using a software designed to evaluate the intrinsic environmental performances of a building over its entire life cycle. ELODIE software was used in this work. The building scale assessment methodology is based on coupling the methodology developed for the product scale with the Life Cycle Assessment (LCA) at building scale. This methodology allows a proper integration of leaching data in LCA tools and answers several technical questions raised in the field

"De par leur volume important, la gestion des sédiments de dragage représente un grand défi pour notre société. Leur contamination en métaux lourds et en micropolluants organiques fait qu'actuellement, la plupart des sédiments sont considérés comme déchets dangereux et sont mis en décharge. Ceci va à l'encontre de la politique actuelle où, dans le cadre d'un développement durable, la loi française favorise la valorisation afin que seuls les déchets ultimes soient mis en décharge. C'est dans ce contexte que la société Solvay a développé le procédé NOVOSOL(r) pour le traitement des sédiments pollués en vue d'une valorisation " matière ". Le procédé comporte deux étapes : une immobilisation des métaux lourds par formation d'apatites lors d'une phosphatation par acide phosphorique et une destruction des matières organiques par calcination. L'objectif de cette thèse est de valoriser des sédiments fluviaux traités par le procédé NOVOSOL(r) dans des matériaux routiers pour assises de chaussée. Les études expérimentales en laboratoire comportent deux aspects : performance mécanique et comportement à la lixiviation des matériaux. Les sédiments traités NOVOSOL(r) sont introduits dans des matériaux traités aux liants hydrauliques en substitution d'une partie ou en totalité du sable traditionnel. L'élaboration des matériaux selon la méthodologie d'étude en vigueur ne présente aucune difficulté. L'augmentation de la teneur en sédiments entraîne une demande en eau accrue et les matériaux ainsi réalisés sont moins compacts que des matériaux témoins. Ceci est attribuable aux caractéristiques des sédiments traités NOVOSOL(r) : teneur en fines importante, la friabilité et la porosité des grains. Ces caractéristiques ont pour conséquence d'affaiblir le squelette granulaire, ce qui se traduit par une diminution du module d'élasticité des matériaux. . . . "
The management of dredged sediments is a challenge for our society because of their huge volume. The contamination of heavy metals and organic micro pollutants make that the majority of dredged sediments are regarded as dangerous waste and are put in discharge. This isn't in the same point of view of the durable development policy: the French law supports the valorization so that only ultimate waste is put in discharge. In this context, Solvay Company has developed the process NOVOSOL(r) for the treatment of the dredged sediments polluted. The process comprises two stages: an immobilization of heavy metals by formation of apatite under a phosphatising reaction with acid phosphoric and a destruction of the organic matter by a calcination. The goal of this thesis is to use river sediments treated by the process NOVOSOL(r) in road base materials. Experimental studies in laboratory comprise two aspects: mechanical performance and leaching behaviour. The treated sediments by NOVOSOL(r) are introduced into road base mixes treated with cementitious binders as substitute for regular sand. The preparation of materials according to the normalized methodology in laboratory does not present any difficulty. As the treated sediments content increases, the water demand increases and the materials are less compact than reference material. This is due to the characteristics of treated sediments: important ratio of fines, friability and the porosity of granular. These characteristics have as a consequence to weaken the granular skeleton, which results in a reduction in the stiffness module of materials. On the other side, the reactivity of treated sediments NOVOSOL(r) in the matrix of cimentitious binder and a better homogeneity of materials lead to an improvement of the tensile strength. Mechanical performance of all the materials with of treated sediments NOVOSOL(r) evaluated by index of elastic quality is better than that of the reference material. .

Les démarches environnementales s’accompagnent de plus en plus d’approches et d’outils d’aide à la conception. Toutefois, ces savoir-faire techniques s’avèrent peu exploités dans les projets architecturaux. Partant de ce constat, notre recherche porte sur la qualité environnementale des matériaux et procédés de mise en œuvre. Elle vise à alimenter, par la mise au jour de savoirs et de méthodes innovantes, les pratiques opérationnelles en architecture. La mise au jour d'outils d'aide à la conception simplifiée informant un public non spécialiste sur différents champs d'études explicites et relatifs à la qualité des matériaux, est une évolution importante dans le domaine de l’architecture.Nous avançons différentes propositions innovantes pour l’intelligibilité et la cohérence de futurs outils d’aide à la conception. Nous les illustrons par la mise en place d’un prototype d’outil MaTerre’iO renseignant globalement les concepteurs en architecture sur les savoirs liés aux matériaux et plus spécifiquement sur les connaissances de l’ingénierie environnementale.La principale retombée de notre travail de recherche est de contribuer à édifier une passerelle innovante entre les disciplines
Nowadays, environmental proceedings can use more and more methods and design tools to start with the conception. However, these technical methods turn out to be untapped into architectural projects. This question orientated our research towards environmental quality of materials and processes of implementation. Through the update of the knowledge and innovative methods, our work tends to increase the capacity of operational practice in architecture. The implementation of a design assistance tool - easy to use for non experts and providing several clearly configuration fields, based on caseworks and linked to quality of materials - is a significant evolution in architectural communities. We point up several innovative propositions for future design assistance tools. We illustrate it by the setting up of a prototype named MaTerre’iO. This mock up informs architectural designers about the knowledge upon materials, and more specifically on the environmental engineering knowledge.The main repercussion of our researched work is to contribute to initiate an innovating interface between environmental engineering topics and expectations of architectural design

Ce chapitre présente la problématique de l’impact de sels sur les matériaux de construction. Il discute l’origine des sels. Il illustre la diversité et la complexité des situations rencontrées liée à la présence possible de nombreux sels en solution. Il met l’accent sur les conditions environnementales et explore en quoi l’évolution des conditions environnementales, liée notamment au changement climatique, peut affecter l’impact de la présence des sels sur la durabilité des matériaux.