Caractérisation expérimentale et création d’une base de données sur les propriétés des composites terre crue/ajouts végétaux et de leurs constituants

Le GeM est une Unité Mixte de Recherche de Centrale Nantes, l’Université de Nantes et du CNRS. Il a été fondé en 2004, à partir du regroupement de laboratoires pré-existants.

L’objectif était de réunir au sein d’un même laboratoire l’ensemble des compétences de la métropole Nantes Saint-Nazaire dans le domaine du génie civil, de la mécanique des matériaux et des procédés, de la modélisation et de la simulation en mécanique des structures.

Le GeM est très impliqué dans la formation par la recherche : il compte une centaine de doctorants et porte plusieurs masters, majoritairement internationaux, en mécanique, génie civil, et technologie marine.

Encadrants : Nabil Issaadi (GeM, Nantes Université), Stéphanie Bonnet (GeM, Nantes Université), Antonin Fabbri  (LTDS, ENTPE), Philippe Poullain (GeM, Nantes Université), François Bignonnet (GeM, Nantes Université), Elsa Anglade (LTDS, ENTPE)

Financement : Projet ANR

Localisation : GeM UMR 6183, Site de Saint-Nazaire, Rue Michel Ange 44600 Saint-Nazaire

          Déplacement prévue à l’ENTPE de Lyon

Début du stage : Février/Mars 2025

Description du sujet :

La maîtrise des transferts hygrothermiques dans les matériaux bio et géo-sourcés est primordiale pour quantifier le confort des usagers, la pérennité des bâtiments et leur consommation énergétique. De nombreux travaux montrent que l’excès d’humidité peut entraîner une dégradation des matériaux (développement de moisissures, dégradation des propriétés hygrothermiques de transfert et de stockage) et de la qualité de l’air à l’intérieur des bâtiments (hygrométrie élevée, sensation de confort, effet sur la santé humaine). Plusieurs modèles de transferts hygrothermiques [Philip & Devries 1957, Luikov 1966, Kunzel, 1996…] peuvent être appliqués à la conception et l’évaluation des performances hygrothermiques et énergétiques de bâtiments en terre crue. Cependant, la diversité des techniques et des compositions des matériaux à base de terre crue rend difficile l’obtention de valeurs de référence comme données d’entrée de ces modèles. Leur caractérisation systématique est donc nécessaire mais difficilement accessible aux bureaux d’études techniques (BET) chargés des études énergétiques.

Pour pallier ce manque, un outil prédictif d’optimisation du comportement hygrothermique de ces composites est nécessaire. L’outil idéal devrait intégrer les caractéristiques de leur microstructure (composition de la terre, des ajouts, propriétés des constituants).

Le projet ANR MHygorTer a comme objectif d’évaluer par méthodes Multi-échelles les propriétés Hygrothermiques du composite Terre crue/ajouts végétaux et de leurs variabilités. Le projet va commencer au mois de février 2025, avec un recrutement d’un stagiaire sur 6 mois, un doctorant sur 3 ans à partir de septembre 2025 et un post-doc.

Le sujet de stage que nous proposons ici concerne la partie expérimentale du projet où l’objectif est de constituer une base de données solide sur les propriétés hygrothermiques des composites terre crue/ajouts végétaux. Cela consistera à agréger des données des propriétés hygrothermiques issues de la littérature et de les compléter par une campagne expérimentale pour différentes terres, ajouts végétaux et formulations. La difficulté consistera à regrouper des données suffisamment robustes pour décrire le comportement des différentes phases du matériau et en particulier la matrice en terre (% et type d’argile, limon et sable, granularité, porosité, microstructure, morphologie...) ainsi que les fibres. Les données de la littérature sont souvent incomplètes. Un des challenges sera de compléter ces données à partir des mêmes gisements de terre. 

Le stage reposera essentiellement sur de la caractérisation expérimentale et de la bibliographie et sera conduit en 3 étapes :

• Etat de l’art

• Mise en place de la base de données : nous disposons d’une base conséquente qu’il s’agira de compléter

• Une étape de définition et fabrication des composites à étudier

• Caractérisation expérimentale des propriétés hygrothermiques de ces composites

Un financement de thèse est déjà prévu pour la continuité de ce travail. Le stage se déroulera essentiellement au laboratoire GeM sur le site de Saint Nazaire. Le (La) stagiaire(e) sera amené(e) à se déplacer au laboratoire LTDS sur le site de l’ENTPE pour compléter quelques caractérisations expérimentales.

Références :

H.M. Künzel, Simultaneous heat and moisture transport in building components: one- and two-dimensional calculation using simple parameters, IRB-Verl, Stuttgart, 1995.

L. Soudani et al. 2017. Solar Energy. 141 :70–80

J. Tchiotsop,  N. Issaadi, P. Poullain, S. Bonnet, Rafik Belarbi. 2022. Constr Build Mater, 342, 0950-0618,

T. Vinceslas. phdthesis, Université de Bretagne Sud, November 2019.

E. Anglade. PhD. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2022

Y. E. Belarbi, M. Sawadogo, P. Poullain, N. Issaadi, A. Hamami, S. Bonnet, R. Belarbi et al. 2022. Buildings, 12(5):648.

Compétences requises :
- Transport dans les milieux poreux et si possible géosourcés
- Goût prononcé pour la caractérisation expérimentale
- si possible connaissances sur les matériaux de construction

-Des compétences en modélisation et simulation numériques seront aussi appréciées