Experimental study of the hydro-mechanical behaviour of compacted earthen material for construction

Le matériau terre peut apporter une réponse face aux problèmes que les constructions modernes rencontrent en termes d’enjeux sociétaux, économiques et écologiques. Cependant, les difficultés à comprendre et à prédire son comportement représente un obstacle au développement de cette technique dans les pays développés. Cette thèse s’insère dans un projet de recherche appelé « Primaterre » et financé par l’Agence Nationale de la Recherche française (ANR). Il vise à apporter les connaissances scientifiques nécessaires afin de pallier ce manque et aider à établir des règlementations adaptées. Ce travail s’intéresse plus particulièrement à l’impact de l’eau sur le comportement mécanique de la matrice fine du matériau, qui a un impact essentiel sur le comportement du matériau dans son ensemble. Cette matrice est constituée de sables, de limons, et d’argiles, et ce sur trois types de terres prélevées sur d’anciennes constructions en pisé. Afin de réaliser des échantillons les plus identiques et homogènes possible, un moule a tout d’abord été conçu, ce qui a permis de travailler avec des échantillons cylindriques de 3,5cm de diamètre et 7cm de hauteur. Une cellule triaxiale a été utilisée et, la seconde étape a été de concevoir les dispositifs permettant la mesure des déformations axiales et radiales, le conditionnement à température contrôlée et l’imposition d’un flux d’air humide variable de part et d’autre de l’échantillon. Différents types d’essais ont alors pu être réalisés : des essais triaxiaux à différent taux d’humidité relative ainsi que des essais de gonflement. Les paramètres mécaniques obtenus ont pu être analysés à la lumière des caractéristiques matériaux mesurées en parallèle. Enfin, l’analyse des essais de gonflement a été menée à bien à l’aide d’un modèle numérique, et ce afin de pouvoir évaluer des paramètres caractéristiques plus complexes. Ce travail de thèse se conclut par une étude supplémentaire, visant à évaluer l’impact du changement de taille d’échantillon sur les paramètres mécaniques mesurés précédemment. Ces essais ont été effectués sur des échantillons approximativement deux fois plus grands, et grâce à un dispositif expérimental plus simple, utilisant la mesure par corrélation d’images.Earthen buildings can provide an answer to face difficulties in modern constructions in both terms of sociology, economics as well as ecology. However, the difficulty to understand and to predict their behavior prevent the spreading of this technique in developed countries. This PhD is part of a research program called “Primaterre” and founded by the French National Agency for Research. It aims at providing the necessary scientific knowledge to overcome this lack and at helping the creation of appropriate standards. This work is more precisely focusing on the impact of water on the mechanical behavior of the fine proportion of the material, including sand, silt and clay, and on three different earths coming from existing rammed earth constructions. In order to be able to produce samples as identical and homogeneous as possible, a mold has first been designed, which enable to manufacture cylindrical samples with diameter of 3.5cm and height of 7cm. A triaxial cell was used and, the second step was to design different devices allowing the measurement of axial and radial deformations, the conditioning at constant temperature, and the command of a variable moist air flux at both sides of the sample. Different types of tests have thus been realized : triaxial tests at different relative humidity, as well as swelling tests. The mechanical parameters thus obtained have been analyzed in comparison with material characteristics measured in parallel. Finally, results of swelling tests have been analysed using numerical modelling, in order to assess more complex material characteristics. This thesis work ends with an additional study, aiming at evaluating the impact of scale change on the mechanical parameters previously measured. Tests have been conducted on sample approximatively twice larger, and thanks to a simpler experimental device using measurement through image correlation