FR3108115A1 - Fabrication d’un mur par projection par voie sèche d’une composition comprenant de la terre crue - Google Patents
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Abstract
L’invention a pour objet un procédé d’obtention d’une paroi, dans lequel on réalise un mur entre des pièces d’ossature par projection par voie sèche d’une composition pulvérulente comprenant un liant et des granulats, lesdits granulats comprenant de la terre crue. Un autre objet de l’invention est une composition pulvérulente apte à être utilisée dans ce procédé.
Description
L’invention se rapporte au domaine de la construction. Elle concerne plus particulièrement la construction de parois, notamment de murs, de bâtiments.
Il existe aujourd’hui différentes techniques pour construire les murs d’un bâtiment, qu’il soit à usage résidentiel ou tertiaire. Dans une technique constructive connue, les murs sont constitués de béton, lequel est préparé dans des centrales à béton, puis transporté sur le chantier dans des camions toupie et enfin coulé entre des banches. Le béton assure alors à la fois le portage du bâtiment et la réalisation du mur par remplissage. Dans une autre technique connue, la structure porteuse du bâtiment est constituée de pièces d’ossatures (par exemple du type poteaux et poutres), souvent en béton, préfabriquées en usine et transportées par camion sur le chantier, le mur de remplissage étant réalisé au moyen de parpaings ou de briques (généralement en terre cuite) assemblés par des mortiers ou des colles. Selon une autre technique, des murs préfabriqués en béton sont transportés par camion sur le chantier et fixés sur la structure porteuse du bâtiment.
Ces différentes techniques constructives, du fait des matériaux employés et de leur mise en œuvre, présentent une empreinte environnementale élevée, à la fois par émission de gaz à effet de serre et par consommation de ressources abiotiques, et contribuent ainsi à la déplétion de ces dernières ainsi qu’au réchauffement climatique. La production de ciment nécessite l’extraction de calcaire et d’argiles et, du fait des températures élevées requises lors du chauffage, produit de grandes quantités de CO2(environ 800kg par tonne de ciment produite). La production de béton exige en outre l’extraction de sables et granulats divers. Le transport (généralement routier) des matériaux de construction préfabriqués sur les chantiers contribue également au réchauffement climatique. Enfin, la construction génère des volumes importants de déchets d’excavation.
L’invention a pour but de proposer une technique constructive et des compositions adaptées à cette technique, qui permet d’obtenir des murs répondant aux exigences du domaine, mais dont l’empreinte environnementale est réduite.
Pour ce faire, l’invention a pour objet un procédé d’obtention d’une paroi, dans lequel on réalise un mur entre des pièces d’ossature par projection par voie sèche d’une composition pulvérulente comprenant un liant et des granulats, lesdits granulats comprenant de la terre crue. Le mur peut être un mur de remplissage, donc non-structurel. Il peut aussi être un mur structurel.
L’invention a aussi pour objet une paroi obtenue (ou susceptible d’être obtenue) par la mise en œuvre d’un tel procédé.
L’invention a enfin pour objet une composition pulvérulente particulièrement bien adaptée au procédé de l’invention. Une telle composition pulvérulente, apte à être utilisée dans le procédé selon l’invention, comprend:
- de 1 à 40% en poids de liant, dont du laitier, la proportion pondérale de laitier par rapport au poids total de liant étant d’au moins 30%,
- de 60 à 99% en poids de granulats, dont de la terre crue, la proportion pondérale de terre crue par rapport au poids total de granulats étant d’au moins 50%.
- de 1 à 40% en poids de liant, dont du laitier, la proportion pondérale de laitier par rapport au poids total de liant étant d’au moins 30%,
- de 60 à 99% en poids de granulats, dont de la terre crue, la proportion pondérale de terre crue par rapport au poids total de granulats étant d’au moins 50%.
La projection par voie sèche est une technique dans laquelle une composition pulvérulente est propulsée, notamment par de l’air comprimé, le long d’une tuyauterie vers une lance de projection, de l’eau (généralement sous pression) étant ajoutée à la composition dans la lance afin d’assurer l’humidification de la composition juste au moment de la projection.
Cette technique est aujourd’hui utilisée en travaux neufs ou (surtout) en réparation d’ouvrages anciens pour projeter des couches de béton sur un support revêtu d’armatures. Elle est essentiellement utilisée pour réaliser des formes très complexes ou pour des chantiers difficiles d’accès (tunnels, travaux souterrains…).
Les inventeurs ont pu mettre en évidence qu’une telle technique pouvait être employée pour réaliser des murs présentant une bonne résistance mécanique, à partir d’une composition pulvérulente comprenant de la terre crue et un liant.
L’utilisation de terre crue permet à la fois de réduire les émissions de gaz à effet de serre et la déplétion de ressources abiotiques. La terre crue est de préférence issue de l’excavation de sols situés sur le chantier ou à proximité du chantier, de sorte qu’elle ne nécessite pas ou peu de transport. On peut notamment utiliser, pour réaliser les murs d’un bâtiment, la terre excavée en vue de la réalisation des fondations dudit bâtiment. Alternativement, la terre crue peut provenir de chantiers voisins, par exemple de chantiers de travaux publics (réalisation de tunnels pour moyens de transport souterrains etc…). Le procédé permet donc de recycler ces terres excavées (réduisant ainsi les déchets générés par le chantier) et de réduire le besoin en béton ou en matériaux préfabriqués ainsi que leur transport.
La composition selon l’invention, qui utilise peu ou pas de ciment Portland, et de manière générale peu ou pas de liants dont l’empreinte carbone est significative, est également avantageuse en termes de réduction de l’empreinte carbone de la construction.
La paroi peut être un mur extérieur ou intérieur d’un bâtiment. Les pièces d’ossature ont de préférence une fonction porteuse. Il s’agit par exemple de poteaux et de poutres, notamment en béton (généralement armé), en bois ou en métal (notamment en acier). Les pièces d’ossature sont assemblées de manière à créer l’ossature porteuse du bâtiment, assurant sa rigidité et sa stabilité.
Lors de la projection par voie sèche, la composition pulvérulente est de préférence propulsée par de l’air comprimé vers une lance de projection. La composition est sèche au sens où elle n’est pas mélangée à de l’eau de gâchage pour former une pâte. Certains constituants de la composition, notamment la terre, peuvent toutefois être légèrement humides. Le pourcentage d’humidité de la composition pulvérulente ne dépasse généralement pas 15%, notamment 10% et même 5% en poids. L’eau est ajoutée à la composition dans la lance ou à proximité de la lance, afin d’assurer l’humidification de la composition juste au moment de la projection ou juste avant celle-ci.
Lors de la projection, au moins un élément de maintien est de préférence disposé entre les pièces d’ossature de manière à retenir la composition projetée.
Cet élément de maintien est de préférence sous forme d’un panneau ou d’une plaque, notamment à base de bois (par exemple du type panneau OSB), de métal ou de plâtre (par exemple du type plaque de plâtre), ou encore sous forme de tissu ou de treillis à mailles serrées.
Selon un mode de réalisation, l’élément de maintien est démonté à l’issue de la réalisation de la paroi.
Selon un autre mode de réalisation, l’élément de maintien reste en place pour former une partie de la paroi du bâtiment. La paroi selon l’invention comprend donc dans ce cas l’élément de maintien. Lorsque l’élément de maintien est une plaque de plâtre, cette option est préférée.
L’épaisseur du mur obtenu est de préférence comprise entre 10 et 30cm, notamment entre 12 et 25cm, par exemple voisine de 15cm. Il s’agit donc bien d’un mur (autoportant) et non d’un enduit déposé sur un mur préexistant.
Le procédé selon l’invention utilise de manière générale une composition pulvérulente comprenant de la terre crue et un liant. Les détails qui suivent concernent cette composition pulvérulente. Ces détails valent aussi, sauf lorsqu’ils conduisent à des contradictions, pour la composition pulvérulente selon l’invention. En effet, dans le procédé selon l’invention, la composition est de préférence une composition selon l’invention.
Dans l’ensemble du présent texte, toutes les teneurs et proportions sont exprimées en poids.
La teneur en liant dans la composition est de préférence comprise entre 1 et 40%, notamment entre 2 et 30%, voire entre 4 et 20% ou encore entre 5 et 15%, par rapport au poids de composition pulvérulente.
On entend par liant un liant unique ou un mélange de liants. Dans ce dernier cas, le terme «liant» recouvre collectivement ce mélange, et les proportions indiquées par rapport au liant prennent en compte le poids total de liant.
Le liant sert, dans la paroi finale, à lier les granulats de manière à former un matériau rigide présentant une résistance mécanique suffisante.
De préférence, le liant de la composition pulvérulente est un liant minéral. Le liant comprend de préférence un liant hydraulique et/ou un liant aérien.
On entend par liant aérien un liant faisant prise au contact de l’air. Le liant aérien est notamment de la chaux aérienne.
On entend par liant hydraulique un liant qui fait prise et durcit sous l’eau. Le liant hydraulique peut être un liant hydraulique latent, c’est-à-dire un liant dont le caractère hydraulique peut être obtenu grâce à l’ajout d’au moins un activateur. Dans ce dernier cas, l’activateur fait partie du liant et la teneur totale en activateur est comprise dans la teneur totale en liant.
Le ou chaque liant hydraulique est de préférence choisi dans le groupe formé par les ciments Portland, les ciments bélitiques, les ciments alumineux, les ciments sulfoalumineux, les ciments de mélanges pouzzolaniques, les laitiers, les cendres volantes, les métakaolins, la chaux hydraulique et les mélanges de deux ou plus de ces liants hydrauliques. Les cendres volantes et les métakaolins sont des liants pouzzolaniques qui nécessitent une activation par une source de chaux. Dans ce cas la source de chaux fait partie du liant.
Afin de réduire l’empreinte carbone de la composition pulvérulente, la proportion pondérale totale en ciment Portland, ciment alumineux, ciment sulfoalumineux, chaux hydraulique et chaux aérienne par rapport au poids total de liant est de préférence d’au plus 20%, notamment d’au plus 10% et même d’au plus 5%. Cette proportion est même avantageusement nulle.
De préférence, le liant de la composition pulvérulente comprend un laitier. La proportion pondérale de laitier par rapport au poids total de liant est avantageusement d’au moins 30%, notamment d’au moins 40%, voire d’au moins 50% ou d’au moins 60% ou encore d’au moins 70%. Cette proportion peut être de 100%, au sens où le liant consiste en un (ou plusieurs) laitier(s), ou d’au plus 95% ou d’au plus 90%.
Un laitier est un sous-produit d’un procédé industriel mettant en œuvre la fusion d’une matière de départ, fusion destinée à séparer des métaux d’une phase d’oxydes, cette dernière étant appelée «laitier». L’utilisation de laitier permet de réduire l’empreinte carbone de la composition, et donc du procédé, en comparaison avec l’utilisation d’un ciment.
Le laitier est de préférence granulé, au sens où il a subi une trempe thermique à l’eau ayant pour conséquence l’obtention de grains en général majoritairement amorphes. Le laitier granulé est ensuite de préférence broyé afin de le rendre plus actif. Le laitier est donc de préférence un laitier granulé broyé.
De préférence le laitier est un laitier de haut-fourneau granulé broyé. Un tel laitier, utilisé en tant que liant, présente l’avantage d’être insensible à l’attaque sulfatique externe, ce qui est avantageux notamment si la terre crue contient des sulfates de calcium.
Le laitier (notamment le laitier de haut-fourneau granulé broyé) est de préférence activé.
Le liant comprend alors, en plus du laitier, un activateur. On entend ici par activateur un composé activateur (qui améliore la prise et/ou le durcissement du laitier) ou, collectivement, un mélange de tels composés. La proportion totale d’activateur dans le liant est de préférence comprise entre 1 et 20%, notamment entre 2 et 15% en poids.
L’activateur est de préférence choisi dans le groupe formé par: les bases (notamment les hydroxydes de métaux alcalins, les silicates de métaux alcalins et les carbonates de métaux alcalins); les microparticules de laitier d’une finesse supérieure ou égale à 6000Blaine; les microparticules de carbonate de calcium et/ou de magnésium, d’hydrates de silicate de calcium ou d’hydrates de silicate d’aluminium; les laitiers alumineux granulés broyés; les sources de sulfate de calcium (notamment le gypse, l’hémihydrate ou l’anhydrite); les sulfates, halogénures, nitrates ou carboxylates, de métaux alcalins; le ciment Portland; la chaux; et les mélanges de deux ou plus de ces composés.
Selon un mode de réalisation préféré, l’activateur comprend des microparticules de laitier d’une finesse supérieure ou égale à 6000Blaine, notamment comprise entre 6000 et 15000Blaine, en une teneur comprise entre 1 et 35%, notamment entre 5 et 15%, du poids de liant. L’activateur peut en outre comprendre au moins un des composés suivants: une base, notamment choisie parmi les hydroxydes, carbonates et silicates, de métaux alcalins et/ou alcalino-terreux, en une teneur totale d’au plus 1%, notamment comprise entre 0,2 et 0,4%, par rapport au poids de liant; une source de sulfate de calcium; des sulfates de métaux alcalins, en une teneur totale d’au plus 1%, notamment comprise entre 0,2 et 0,4%, par rapport au poids de liant; du ciment Portland, un ciment alumineux ou un ciment sulfoalumineux, en une teneur totale d’au plus 4% par rapport au poids de liant.
Selon un autre mode de réalisation préféré, l’activateur comprend des microparticules de carbonate de calcium et/ou de magnésium, d’hydrates de silicate de calcium ou d’hydrates de silicate d’aluminium, dont la surface spécifique BET (azote) est supérieure à 1m²/g et le diamètre moyen est inférieur à 5µm. L’activateur peut en outre comprendre au moins un des composés suivants: une base, notamment choisie parmi les hydroxydes, carbonates et silicates, de métaux alcalins et/ou alcalino-terreux, en une teneur totale d’au plus 1%, notamment comprise entre 0,2 et 0,4%, par rapport au poids de liant; une source de sulfate de calcium; des sulfates de métaux alcalins, en une teneur totale d’au plus 1%, notamment comprise entre 0,2 et 0,4%, par rapport au poids de liant; du nitrate de calcium, du formiate de calcium, du ciment Portland, un ciment alumineux ou un ciment sulfoalumineux, en une teneur totale d’au plus 5% par rapport au poids de liant.
Selon encore un autre mode de réalisation préféré, l’activateur comprend un laitier alumineux granulé broyé, notamment dont la composition chimique comprend 30 à 60% en poids d’alumine, 5 à 25% en poids de silice et 20 à 40% en chaux, l’alumine étant le constituant le plus abondant. Le laitier alumineux granulé broyé est de préférence issu du recyclage par fusion totale de catalyseurs utilisés pour la désulfuration des produits pétroliers, notamment de catalyseurs à base de molybdène et/ou de cobalt. L’activateur peut en outre comprendre au moins un des composés suivants: une base, notamment choisie parmi les hydroxydes, carbonates et silicates, de métaux alcalins et/ou alcalino-terreux, en une teneur totale d’au plus 2% par rapport au poids de liant; une source de sulfate de calcium; des sulfates de métaux alcalins, en une teneur totale d’au plus 2% par rapport au poids de liant; du ciment Portland, un ciment alumineux ou un ciment sulfoalumineux, en une teneur totale d’au plus 2% par rapport au poids de liant.
La teneur en granulats dans la composition est de préférence comprise entre 60 et 99%, notamment entre 70 et 98%, voire entre 80 et 96%, ou encore entre 85 et 95%, par rapport au poids de composition pulvérulente.
Les granulats comprennent de la terre crue. La terre crue contient typiquement des sables, des argiles et du limon, en des teneurs variables selon le lieu où elle est excavée. Rappelons que de manière préférée, le lieu d’excavation est situé sur le lieu de construction ou à proximité pour ne pas impacter négativement l’empreinte environnementale du procédé et réduire la quantité de déchets générés par le chantier.
La proportion pondérale de terre crue par rapport au poids total de granulats est de préférence d’au moins 50%, notamment d’au moins 60% et même d’au moins 70% ou d’au moins 80%. Elle peut même être de 100%, c’est-à-dire que les granulats consistent en de la terre crue.
La terre crue peut en outre avoir subi des opérations de préparation à la mise en œuvre du procédé, notamment mais pas uniquement une opération de criblage. Lorsque des opérations de préparation sont réalisées, elles le sont de préférence sur le lieu d’excavation, ce dernier étant de préférence le lieu de construction. Le procédé selon l’invention peut donc comprendre une étape de criblage de la terre crue préalablement à l’étape de projection. Une étape de séchage peut également être pratiquée si besoin.
Les granulats peuvent en outre comprendre d’autres granulats que la terre crue, et en particulier des granulats légers et/ou des fibres.
Les granulats légers permettent de diminuer la densité du matériau constituant le mur, donc son poids, permettant de ce fait de réduire le poids, et donc l’empreinte environnementale, des pièces d’ossature du bâtiment. La présence de granulats légers permet en outre de réduire le module d’élasticité ainsi que la conductivité thermique du matériau final. Les granulats légers ont de préférence une masse volumique apparente d’au plus 900kg/m3, de préférence comprise entre 50kg/m3et 900kg/m3, et en particulier entre 150kg/m3et 800kg/m3. La masse volumique apparente des granulats légers peut notamment être mesurée selon la norme EN 1097-3 :1998.
Les granulats légers sont de préférence choisis parmi la pouzzolane, la perlite, la vermiculite, les billes de verre expansé, les microsphères creuses de verre, les cénosphères, les silicates expansés, les argiles expansées, les billes de polystyrène expansé, le liège et leurs mélanges. De préférence, les granulats légers sont d’origine naturelle, par exemples des pouzzolanes. La proportion pondérale de granulats légers par rapport au poids total de granulats est de préférence d’au plus 50%, notamment d’au plus 40%, par exemple comprise entre 1 et 50%, notamment entre 5 et 35%.
Les fibres sont de préférence des fibres naturelles (végétales ou animales), notamment des fibres végétales, telles que des fibres de chanvre, de lin ou de bois. Les fibres permettent de renforcer mécaniquement le matériau. La proportion pondérale de fibres par rapport au poids total de granulats est de préférence d’au plus 10%, notamment d’au plus 5%, par exemple comprise entre 1 et 10%, notamment entre 2 et 8%.
La composition pulvérulente peut en outre, comprendre, en plus du liant et des granulats, divers additifs ou adjuvants, choisis notamment parmi les agents rhéologiques, les agents rétenteurs d’eau, les agents entraîneurs d’air, les agents épaississants, les agents de protection biocides, les agents dispersants, les pigments, les accélérateurs et/ou les retardateurs, les résines polymériques. La teneur totale en additifs et adjuvants varie de préférence entre 0,001 et 5% en poids par rapport au poids total de la composition.
Les différentes caractéristiques préférées détaillées ci-avant concernant le liant et les granulats peuvent être combinées selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sans que toutes ces combinaisons soient ici indiquées, dans un souci de concision.
A titre d’exemple d’une combinaison préférée, la composition pulvérulente peut comprendre entre 4 et 20% d’un liant et entre 80 et 96% de granulats, la proportion de laitier de haut-fourneau granulé broyé par rapport au poids de liant étant comprise entre 70 et 100% et la proportion de terre crue par rapport au poids de granulats étant comprise entre 60 et 100%.
Lorsque la composition doit être mise en œuvre par projection par voie sèche, le diamètre maximal (Dmax), déterminé par tamisage, est de préférence d’au plus 20mm, notamment d’au plus 16mm. De préférence, la composition n’est toutefois pas trop fine, de manière à ce que les granulats plus grossiers compactent les particules fines de la composition et favorisent ainsi l’adhérence de la matière sur l’élément de maintien. De préférence, la distribution granulométrique de la composition est telle que la proportion de particules ayant une taille comprise entre 8 et 16mm, notamment entre 10 et 16mm, est d’au moins 10% en poids, de préférence entre 10% et 30% en poids. La distribution granulométrique est déterminée par tamisage.
Les exemples de réalisation qui suivent illustrent l’invention de manière non-limitative.
Le tableau ci-après indique les compositions pulvérulentes testées (en pourcentages pondéraux).
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Liant | ||||||
| Ciment CEM II/B-LL 32,5R |
5 | - | - | - | - | - |
| Laitier | - | 5 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| Laitier alumineux | - | 0,5 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Ciment blanc | - | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Granulats | ||||||
| Terre 0/15 mm |
95 | 93,5 | 88 | 68 | 84 | 68 |
| Argile expansée 2/10 mm |
- | - | - | 20 | - | - |
| Fibres de chanvre | - | - | - | - | 4 | - |
| Pouzzolane 2/10 mm |
- | - | - | - | - | 20 |
Le laitier était un laitier de haut-fourneau granulé broyé.
Le laitier alumineux était un laitier alumineux granulé broyé, issu du recyclage par fusion totale de catalyseurs de désulfurisation des produits pétroliers à base de cobalt et de molybdène. Les constituants principaux de ce laitier sont l’alumine (41%), la chaux (32,6%), la silice (12,6%), l’oxyde de magnésium (8,9%), l’oxyde de fer (1,6%) et le soufre (1,6%).
Des murs ont été obtenus par projection par voie sèche de ces compositions entre des bois d’ossatures, contre des éléments de maintien en OSB.
L’épaisseur des murs obtenus était de 9,5 cm, 14,5 cm et 18 cm.
Après projection, la matière était figée immédiatement après l’application et dure au toucher au bout de 2 à 24 heures. Le séchage, l’acquisition des propriétés mécaniques et la possibilité de recouvrement (par un enduit) dépend ensuite de divers facteurs tels que l’humidité de la composition utilisée, l’épaisseur d’application et les conditions climatiques.
Des murs intègres, sans fissures et présentant une résistance mécanique satisfaisante ont été obtenus.
Claims (12)
- Procédé d’obtention d’une paroi, dans lequel on réalise un mur de remplissage entre des pièces d’ossature par projection par voie sèche d’une composition pulvérulente comprenant un liant et des granulats, lesdits granulats comprenant de la terre crue.
- Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les pièces d’ossature ont une fonction porteuse, et sont notamment des poteaux et des poutres, en béton, en bois ou en métal.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, lors de la projection, au moins un élément de maintien est disposé entre les pièces d’ossature de manière à retenir la composition projetée.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, tel que l’épaisseur du mur obtenu est comprise entre 10 et 30cm.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la teneur en liant dans la composition est comprise entre 1 et 40%, notamment entre 2 et 30%, et la teneur en granulats dans la composition est comprise entre 60 et 99%, notamment entre 70 et 98%, par rapport au poids de composition pulvérulente.
- Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le liant de la composition pulvérulente comprend un laitier, notamment un laitier de haut-fourneau granulé broyé.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la proportion pondérale de terre crue par rapport au poids total de granulats est d’au moins 50%, notamment d’au moins 60%.
- Composition pulvérulente apte à être utilisée dans le procédé selon l’une des revendications 1 à 7, comprenant:
- de 1 à 40% en poids de liant, dont du laitier, la proportion pondérale de laitier par rapport au poids total de liant étant d’au moins 30%,
- de 60 à 99% en poids de granulats, dont de la terre crue, la proportion pondérale de terre crue par rapport au poids total de granulats étant d’au moins 50%. - Composition selon la revendication précédente, dans laquelle les granulats comprennent en outre des granulats légers et/ou des fibres, notamment des fibres végétales.
- Composition selon l’une des revendications 8 ou 9, dans laquelle le laitier est un laitier de haut-fourneau granulé broyé, notamment activé.
- Procédé selon la revendication 7, dans lequel la composition pulvérulente est une composition selon l’une quelconque des revendications 8 à 10.
- Paroi obtenue par la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications 1 à 7 ou 11.
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