Conception de pavés drainants durables et multifonctionnels intégrant des matériaux recyclés et biosourcés pour les environnements urbains

Domaine et contexte scientifiques, état de l’art :
Le changement climatique, la pression sur les ressources naturelles et les défis liés à
l'imperméabilisation des sols en milieu urbain représentent des problématiques majeures pour la
construction des villes de demain. Dans ce contexte, le développement de pavés drainants intégrant
des matériaux recyclés et biosourcés offre une solution innovante et durable. Ces pavés ont pour
objectif d’améliorer la gestion des eaux pluviales, de limiter les îlots de chaleur urbains, et de promouvoir
une économie circulaire à travers l’utilisation de déchets valorisables.

L’utilisation des matériaux recyclés, tels que les coquilles d’huîtres et les granulats recyclés, constitue
une réponse directe à la problématique de gestion des déchets. Ces matériaux, abondants et sousexploités,
permettent de réduire l’extraction de ressources naturelles tout en limitant l’impact
environnemental lié à leur mise en décharge. En complément, l’intégration de granulats biosourcés, tels
que le chanvre, confère aux pavés des propriétés uniques pour répondre aux défis climatiques. En plus
de leur faible empreinte carbone, ces granulats possèdent une structure interne hautement poreuse qui
permet de retenir une partie de l’eau et/ou de l’humidité. Ce mécanisme favorise l’évapotranspiration,
contribuant ainsi à rafraîchir les surfaces urbaines et à atténuer les îlots de chaleur.

Par ailleurs, ces pavés drainants offrent des avantages significatifs en termes de perméabilité. Leur
conception favorise l’infiltration des eaux pluviales, limitant le ruissellement de surface et les risques
d’inondation. Cette capacité à restaurer le cycle naturel de l’eau en milieu urbain s'accompagne d’une
contribution directe à la recharge des nappes phréatiques. Cependant, pour garantir leur durabilité, des
efforts de recherche supplémentaires sont nécessaires pour comprendre leur comportement face aux
sollicitations climatiques et mécaniques, telles que les pluies intenses, les cycles gel-dégel, et les
phénomènes de colmatage.

Ce projet ambitionne de combler ces lacunes en développant des formulations innovantes de pavés
drainants associant des matériaux recyclés (granulats, coquilles d’huîtres) et biosourcés (chanvre,
biochar) à un ciment bas carbone. L’objectif est de concevoir des infrastructures multifonctionnelles,
durables et adaptées aux besoins des villes de demain, tout en répondant aux enjeux
environnementaux et sociétaux.

- Objectifs de la thèse: 
Cette thèse a pour ambition de répondre aux défis environnementaux et sociétaux liés à
l’imperméabilisation des sols urbains, à la gestion des eaux pluviales et à la réduction des îlots de
chaleur urbains. Le développement de pavés drainants durables, intégrant des matériaux recyclés et
biosourcés, constitue une solution novatrice. Les objectifs principaux de cette thèse se déclinent comme
suit :
- Développement de formulations innovantes : Concevoir des pavés drainants à base de matériaux
recyclés (granulats, coquilles d’huîtres) et biosourcés (chanvre, biochar) associés à un ciment bas
carbone. Ces formulations viseront à valoriser les déchets et à réduire l’impact environnemental des
matériaux de construction, tout en améliorant leurs performances fonctionnelles.

- Caractérisation des propriétés des pavés : Étudier les propriétés physiques, mécaniques, thermiques
et hydrauliques des pavés drainants. Une attention particulière sera portée aux granulats de chanvre,
dont la structure poreuse favorise la rétention d’eau et l’évapotranspiration, contribuant ainsi au
rafraîchissement des surfaces urbaines.

- Évaluation de la durabilité : Analyser le comportement des pavés face aux cycles gel-dégel, au
colmatage et aux sollicitations mécaniques pour garantir leur pérennité dans des environnements
urbains soumis à des contraintes climatiques extrêmes.
Analyse environnementale : Réaliser une analyse complète du cycle de vie (ACV) des formulations
afin de quantifier leur empreinte carbone et d’évaluer les bénéfices environnementaux par rapport aux
solutions traditionnelles.

-Optimisation des performances hydrauliques et thermiques : Améliorer la perméabilité des pavés
pour réduire le ruissellement et favoriser l’infiltration des eaux pluviales, tout en limitant les risques
d’inondation. De plus, étudier leur efficacité à atténuer les îlots de chaleur grâce à des mécanismes
d’évapotranspiration et de régulation thermique.

- Identification des principaux enjeux scientifiques/techniques et les verrous identifiés: La conception et le développement de pavés drainants multifonctionnels à base de matériaux recyclés
et biosourcés soulèvent plusieurs enjeux scientifiques et techniques. Ces enjeux sont liés aux
performances hydrauliques, thermiques et mécaniques des pavés, à leur durabilité face aux conditions
d’utilisation et aux contraintes climatiques, ainsi qu’à leur contribution à la réduction de l’empreinte
environnementale des infrastructures urbaines. Ces aspects nécessitent une approche scientifique

Etablissement INSA d’inscription : INSA Rennes
Etablissement INSA partenaire : INSA Rouen
Ecole du RESC partenaire : ESTP, Unité de Recherche de Cachan

Master 2 en Génie Civil, Matériaux pour la construction durable, Génie des matériaux, Sciences de l’environnement ou Génie Urbain.

Alternativement : Master 2 en Énergies renouvelables ou Ingénierie environnementale avec une composante forte en matériaux innovants ou durables.