CIFRE - Approche innovante pour la mise en oeuvre de murs en terre coulée biostabilisée en Guyane

Présentation du projet doctoral, contexte et objectif

La Guyane est un des départements français qui connaît une très forte croissance démographique, avec pour corollaire une forte demande dans le secteur du BTP (Bâtiment et Travaux Publics). Cependant, la dépendance aux matériaux importés – ciment (clinker), chaux, isolants – entraîne un coût élevé des constructions et un impact négatif sur l’économie locale et l’environnemental. Dans cette perspective, il devient essentiel de diversifier les ressources locales et de promouvoir l’émergence d’une offre de matériaux de construction endogènes. Parmi les alternatives en développement, la filière brique de terre compressée stabilisée et béton de terre constitue une réponse pertinente pour réduire cette dépendance et valoriser les ressources locales. Abondante, recyclable et adaptée aux conditions climatiques locales, la terre crue offre une opportunité de construction plus écologique. Cependant, sa variabilité de composition et les exigences réglementaires en vigueur imposent d’optimiser ses performances mécaniques et sa résistance à l’eau. Aujourd’hui, l’usage du ciment et de la chaux comme stabilisants est courant, mais leur impact carbone élevé et leur efficacité relative soulèvent des interrogations quant à la viabilité écologique de ces solutions.

Des travaux de recherche sur l’utilisation de la terre crue en Guyane comme matériau de construction ont été initiées par l’Université de Guyane. Ces travaux visent à approfondir la connaissance des propriétés physico-chimiques de la terre crue et son potentiel d’application. Plus particulièrement, les travaux menés par Lily Walter dans le cadre de sa thèse financée par l’ADEME Guyane et le Campus des métiers de Guyane, ont démontré la faisabilité de l’utilisation de la terre coulée comme technique de mise en œuvre permettant de produire un matériau performant, sans stabilisation au ciment.

LA BRIQUE DE GUYANE, acteur engagé dans le développement de matériaux durables, s’appuie sur ces recherches pour promouvoir et optimiser l’utilisation de la terre coulée. L’entreprise s’inscrit dans une démarche d’innovation en explorant des solutions alternatives pour la stabilisation et la mise en œuvre de la terre coulée.

Cette thèse vise à approfondir les recherches sur la rhéologie des mélanges de terre coulée, tout en se concentrant sur leur application in situ. Les principaux objectifs sont :

1. Développer des formulations optimisées de béton de terre coulée, permettant la réalisation de murs capables de supporter leur propre poids et d’être décoffrés rapidement, tout en garantissant des performances mécaniques et thermiques adaptées.
2. Concevoir une méthode de mise en œuvre efficace et reproductible, intégrant les exigences de fluidité, de prise et de durabilité, afin de favoriser une adoption rapide de la technique de la terre coulée dans le secteur de la construction en Guyane.

Ce projet de recherche s’inscrit pleinement dans la mission de LA BRIQUE DE GUYANE : promouvoir des solutions constructives durables et locales, en réduisant l’empreinte carbone et en favorisant une autonomie en matériaux de construction. En s’appuyant sur les travaux de l’Université de Guyane, cette étude contribuera à l’essor d’une filière innovante, en adéquation avec les défis environnementaux et réglementaires actuels.

Etat de l'art

La terre coulée est une technique innovante qui consiste à utiliser des formulations de terre optimisées afin d'obtenir un mélange coulé dans des coffrages, à l’instar du béton conventionnel. Ce procédé repose sur un équilibre entre la rhéologie du mélange, la granulométrie des particules et la fluidité, permettant ainsi une mise en œuvre efficace et rapide (Reddy & Gupta, 2006). Contrairement aux techniques traditionnelles de construction en terre (pisé, adobe), la terre coulée facilite la construction en série et améliore la cohésion interne des matériaux en optimisant la liaison entre les particules fines et grossières (Guettala et al., 2017). De nombreux travaux ont étudié la stabilité de la terre coulée en fonction de divers paramètres tels que la teneur en eau, le taux de fines et les stabilisants naturels (Van Damme & Houben, 2018 ; Walter, 2024). Les travaux de recherche s’orientent aujourd’hui vers l'usage de liants alternatifs aux ciments hydrauliques, notamment les bio-stabilisants et les activateurs alcalins pour renforcer la durabilité et la résistance de la terre coulée aux conditions climatiques extrêmes (Walter, 2024).

Les bio-stabilisants, d’origine végétale ou animale, permettent d’améliorer la cohésion et la durabilité des bétons de terre tout en réduisant leur impact environnemental (Li et al., 2017). Parmi les bio-stabilisants les plus étudiés, on peut citer les tanins. Ce sont des polyphénols extraits de végétaux qui permettent d’améliorer la résistance mécanique et la durabilité des matériaux en terre (Kanema et al., 2016). Dans leur étude, (Medina et al., 2019) ont également démontré l’efficacité de gommes naturelles pour l’amélioration de la plasticité et de la cohésion des mélanges de terre. On retrouve également dans la littérature, le recours à des biopolymères microbiaux pour améliorer les performances de la terre. En effet, ces bactéries sont capables de produire des biofilms et des exopolysaccharides qui améliorent les propriétés mécaniques du béton de terre (Ivanov & Stabnikov, 2016). Les recherches récentes montrent que l’utilisation combinée de ces bio-stabilisants peut offrir des performances mécaniques équivalentes aux solutions classiques de stabilisation par le ciment (Laborel-Préneron et al., 2018, Walter, 2024). Par ailleurs, des études sur la bio-stabilisation appliquée aux terres latéritiques démontrent une efficacité accrue dans des environnements tropicaux humides (Walter, 2024).

Malgré ces avancées, plusieurs défis restent à relever, notamment l’optimisation des formulations pour garantir un bon maintien des structures après décoffrage et l’amélioration des performances thermiques et acoustiques. De plus, l’intégration des bio-stabilisants dans la réglementation et leur industrialisation restent des défis majeurs. Une meilleure compréhension des interactions entre la terre et ces additifs naturels est essentielle pour garantir des formulations adaptées aux contraintes du BTP.

Objectifs scientifiques

La thèse s’articule autour de trois axes principaux.

Axe 1 : Caractérisation des propriétés physiques et chimiques des bio-stabilisants envisagés afin d’évaluer leur compatibilité avec la terre crue.

Axe 2 : Formulation et optimisation des propriétés du béton de terre : cinétique de séchage pour le décoffrage, retrait, performances mécaniques.

Axe 3 : Prototypage de mur en béton de terre et étude des performances de la terre coulée in-situ.

Références :

Guettala, A., Abibsi, A., & Houari, H. (2017). "Durability study of stabilized earth concrete structures: An overview." Materials and Structures, 50, 158.

Ivanov, V., & Stabnikov, V. (2016). Construction Biotechnology: Biogeochemistry, Microbiology and Biotechnology of Construction Materials and Processes. Springer.

Kanema, M., Morel, J. C., Walker, P., & Fourcade, A. (2016). "Natural stabilisation of lateritic soil: Influence of tannins and natural gums on strength and durability." Construction and Building Materials, 115, 120-127.

Laborel-Préneron, A., Aubert, J. E., Magniont, C., Tribout, C., & Bertron, A. (2018). "Plant aggregates and fibers in earth construction materials: A review." Construction and Building Materials, 161, 47-60.

Li, W., Deng, Z., & Wei, H. (2017). "Effect of bio-stabilizers on the mechanical properties of adobe bricks." Journal of Materials in Civil Engineering, 29(8), 04017106.

Medina, C., Zhu, W., Howind, T., & Frías, M. (2019). "Influence of natural gums as stabilizers for earthen construction materials." Materials and Structures, 52, 98.

Reddy, B. V. V., & Gupta, A. (2006). "Characteristics of soil-cement blocks using highly sandy soils." Construction and Building Materials, 20, 149-156.

Van Damme, H., & Houben, H. (2018). "Earth concrete: Stabilization revisited." Cement and Concrete Research, 114, 90-102.

Walter, L., Estevez, Y., Medjigbodo, G., Aubert, J. E., Linguet, L., & Nait-Rabah, O. (2024). Design of poured earth construction materials from the elementary characteristics of tropical soils. Case Studies in Construction Materials, 20, e02709.

Walter, L., Estevez, Y., Medjigbodo, G., Aubert, J. E., Linguet, L., & Nait-Rabah, O. (2024). Influence of eco-friendly dispersants on the properties of a lateritic soil-based mortar. Construction and Building Materials, 411, 134307.

Université de Guyane

https://www.univ-guyane.fr

Laboratoire d'accueil : UMR Écologie des Forêts de Guyane (EcoFoG)

https://www.ecofog.gf

Axe : Bio-découverte, Usages et Technologies (BUT)

• Génie civil ou génie des sciences des matériaux
• Compétences en caractérisation des matériaux et en expérimentation
• Capacité d’analyse et de synthèse, autonomie, force de proposition
• Forte aptitude à la communication, capacité d’initiative et d’organisation