1 ENSAPM – Département Transitions – Séminaire de recherche – Année 2016-2017

Terre crue : stabilisation naturelle

MERNICHE Salim

Ecole Nationale Supérieure de Paris Malaquais 14 rue Bonaparte 75006 Paris

RÉSUMÉ.

Depuis prés de 10.000 ans que les hommes bâtissent les villes, la terre crue

a été et demeure l’une des principaux matériaux de construction utilisée sur

notre planète. Plus de 50 % de la population mondiale vit dans une

habitation en terre crue. Elle représente 17% des édifices classés au

patrimoine par l’UNESCO. Plus de 15 % du patrimoine bâti français est en

terre. L’un des défis récurant pour ce matériau a toujours été sa résistance

à l’eau et aux intempéries.

Alors, je me suis orienté vers la starisations de la terre crue, et plus

précisément, la résistance des enduits à effets de l’eau. Un des exemples

déjà explorer en 2013, par Morgane Perrin , était la stabilisation de la terre

par le sang. Ce mémoire permet de comprendre à l’échelle moléculaire ces

effets de renforcement. Je m’intéresse à types d’argiles : kaolin, illite,

montmorillonite. Ces dernières seront mélangées avec le sang pour faire

des échantillons.

MOTS CLÉS : enduit, terre crue , stabilisation par le sang, argiles,

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REMERCIEMENT

J'adresse mes remerciement à Mr Robert Leroy qui m'a, et mis a ma

disposition différents matériels guidé pour l'achèvement de ce mémoire.

Je remercie chaleureusement Mme Ann Bourges qui m'a encadré pour la

réalisation des expériences et des différents tests . Elle m'a aussi donné

accès au La microscopie électronique à balayage au Laboratoire de

recherche des monuments historiques (LRMH).

Je tiens aussi à remercier Mr Benoit Verrant pour son aide précieuse à

l'atelier de fabrication pour la réalisation du la boite de confinement des

échantillons.

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1- Introduction :

1-1-Construction en terre crue :

Depuis prés de 10.000 ans que les hommes bâtissent les villes, la terre crue a

été et demeure l’une des principaux matériaux de construction utilisée sur

notre planète. Le matériau est évoqué avec indifférence, dans la conscience

collective il renvoie à la pauvreté et la saleté. La terre autant que matière

première pour la construction, fait reparler d’elle, en vue des avantages

qu’elle procure.

Quelque chiffre 1 :

- 50 % de la population mondiale vit dans une habitation en terre crue ;

- Elle représente 17% des édifices classés au patrimoine par l’UNESCO ;

- 15 % du patrimoine bâti français.

Fig.1

1-2-Avantage de la terre crue et inconvénient :

La terre crue offre beaucoup d’avantages. en effet c’est un matériau

écologique et 100% recyclable. Elle a aussi une bonne inertie thermique et

acoustique ( bon coefficient d’absorption des bruits) . elle offre une bonne

perméabilité à la vapeur d’eau ce qui lui permet d’être un régulateur naturel

de la température. Dans les chantier , la terre crue est simple pour la mise en

œuvre , bon marché et à faible dépense énergétique . Cependant, En

construction, deux problèmes majeurs font face à l’utilisation de la terre

crue, l’industrialisation et sa résistance aux effets de l’eau. Effectivement, la

fabrication des briques en terre crue par exemple demande beaucoup de

temps et d’espace :

1 HOUBEN Hugo, GUILLAUD Hubert, Traité de construction en terre, Marseille,

ed. Parenthèses, 1989

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- La terre crue met beaucoup de temps pour sécher

- On ne peut pas empiler, ni ranger les brique en terre crue si elles

ne sont pas sèches

Par conséquent, le temps et l’espace que demande sa fabrication revient

souvent sur le cout des constructions, environ 30 % plus chers2 que les

constructions classiques

Aussi, L’eau l’ennemi inconditionnel de la terre crue ; par ses actions

répétitives sur le matériau. Il cause beaucoup de dégâts (érosion de la

surface , écoulement partiel , insalubrité due à un état humide durable, murs

creusés en leurs bases…

Pour faire face à ses difficultés, on peut retrouver 3 catégories de solutions:

conceptuelles, couvrir de revêtements, ajout de stabilisant.

1-2-a-Solution de conception :

Fig.2

(a) La pluie détruit un mur en terre par la base en contact avec l’humidité

du sol, et par le sommet où les surfaces planes favorisent la stagnation et

l’infiltration de l’eau.

(b) Les murs sont donc bâtis généralement sur des fondations et des

soubassements en pierre ou en béton et recouverts de larges débords de

toitures

(c) Comme en Afrique de l’Ouest, une autre stratégie consiste à réaliser de

larges couches d’usure à la base, à intégrer dans le mur des échafaudages

2 CAILLE Emmanuel, ‘’ Technique terre crue l’eternel opprobre ‘’,

Moniteur de l’architecture, n°119, Octobre 2001.

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pour la réfection régulière de l’enduit et enfin à façonner le haut des murs

en ogive dont la forme résiste mieux à l’érosion de la pluie.

1-2-b- Solution de revêtement :

Dans les pays a faible précipitation, les murs en terre crue n’ont besoins

d’aucun ajout particulier ou traitement spécifique, car la caractéristique du

matériau permet d’assurer nombreuses fonctions : acoustique, thermique…

Cependant dans les pays pluvieux, un revêtement est nécessaire pour faire

face aux différents problèmes créer par l’eau .Cependant les revêtements

doivent être de très bonnes qualité en vue les contraintes climatiques

auxquelles ils sont soumis. De ce fait, ces revêtements reviennent très chers,

ce qui va à l’encontre de l’esprit de la construction en terre crue (facilité,

moins chère, faisabilité)

Les revêtements utilisés peuvent prendre différentes formes :

Fig.3

1-2-c- les stabilisants :

Définition de la stabilisation :

Stabiliser c’est modifier les propriétés d’un système terre-eau-air pour

obtenir des propriétés permanentes compatibles avec une application

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particulière3. Il existe 3 types de stabilisation dans la construction en terre

crue :

Stabilisation mécanique : par le compactage qui modifie sa densité,

sa résistance mécanique, sa compressibilité, sa perméabilité et sa porosité.

Stabilisation physique : en intervenant au niveau des grains et de la

texture (mélange contrôlé).

Stabilisation chimique : ajout de matériau ou de produits chimiques

qui modifient ses propriétés, soit en réactions physicochimique entre les

particules et le matériau ou produit ajouté, soit en créant une matrice qui lie

ou enrobe les particules. C’est le type de stabilisation dont s’inscrit ce

mémoire de recherche.

2- Les différents types de stabilisations :

2-1-Stabilisation traditionnelle : recettes traditionnelles :

Il existe plusieurs recettes traditionnelles d’origine animale ou végétale pour

stabiliser la terre qui diffèrent d’un pays à un autre. Ces ajouts apportent une

meilleure résistance à la fissuration lors du séchage, une meilleure résistance

à l’eau de pluie ou à l’érosion, une meilleure résistance mécanique, ou

encore ils peuvent en faciliter l’application, par une texture plus souple ou

une meilleure capacité d’adhésion. Cependant l’apport réel de ces

stabilisants n’est pas vérifié.

Une étude est menée en 2012, nommée « Interactions argiles/biopolymères :

Patrimoine architectural en Terre et stabilisants naturels d’origine animale et

végétale », financé par le Ministère de la Culture et de la Communication,

visait à recenser les différents stabilisateurs dans le monde. Suite à ce

travail, certains font l’objet de recherches menées en laboratoire afin de

détailler et de comprendre leur rôle dans la stabilisation la terre (fig.4).

3 HOUBEN Hugo, GUILLAUD Hubert, Traité de construction en terre,

Marseille, ed. Parenthèses, 1989

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Fig.4

2-2- La stabilisation maitrisée :

En 2013/2014, une étudiante à L’ENSA Paris-Malaquais4, avait fait son

mémoire sur la stabilisation de la terre crueavec un liant animal, le sang. Les

expérience portaient sur différentes manière de stabiliser la terre avec le

sang.

Le sang a été rajouter selon 3 recettes :

- Ajout de 5% de sang dans la masse

- Ajout de 8 % de sang dans la masse

- La mise en place d’un badigeon de sang sur un enduit non stabilisé.

Il a été constaté que l’ajout de 8% de sang permettait une meilleure cohésion

de surfaces des enduits de surfaces.ces tests montrent que la stabilisation de

la terre crue au sang améliore sa résistance a l’érosion et sa durabilité. Mais

ce que les tests ne montrent pas , c’est la manière avec laquelle la terre et le

sang se lie au niveau moléculaire ?

4 PERRIN Morgane, ‘’Enduit en terre stabilisé par un liant d’origine animale’’,

Mémoire de master du département matériaux pour l’eco-conception sous la

direction de Robert Leroy, Paris, ENSA Paris-Malaquais, 2014.

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2-3-Objectif de la recherche :

L’expérience consiste à prendre 3 échantillons de différentes argiles : le

kaolin, illites, montmorillonite, en plus de la terre qui nous sert pour l’étude.

La terre utilisée dans ce mémoire est la même que celle analysée par

Morgan Perrin5. Par conséquent, je reprends certains de ses analyses et de

ses résultats. Les échantillons serviront pour une analyse à l’échelle

microscopique, en utilisant un microscope électronique à balayage. Ces

observations seront réalisées dans le Laboratoire de Recherche des

Monuments Historiques (RLMH). Cette recherche à pour but de démontrer

le changement dans la terre stabilisée avec le sang à différentes échelles: à

l'échelle macroscopique, les échantillons seront testés pour leur résistance à

l'eau et leurs modules d'élasticité , à L'échelle microscopique , ils seront

analysés à l'aide d'un microscope électronique à balayage ( MEB).

3- Composition de la terre :

3-1-Classification des grains :

La terre est un mélange de différentes tailles de grains. Chaque taille de

grain porte un nom spécifique « voir le tableau ». Une confusion courante

est de confondre la terre avec l’argile, alors que cette dernière n’est que la

partie la plus fine de la terre.

Tableau 1

La variation de proportion de chaque composant d’une terre à l’autre lui

donne différentes propriétés physiques et chimiques. Elle détermine l’usage

de la terre et la technique de construction adéquate.

Les cailloux, graviers, sables, silts sont essentiellement constitués de

fragments de roches, sphériques. La seule différence entre les quatre

composants réside dans la taille, ainsi les silts ne sont que du sable très fins.

PERRIN Morgane, ‘’Enduit en terre stabilisé par un liant d’origine animale’’,

Mémoire de master du département matériaux pour l’eco-conception sous la

direction de Robert Leroy, Paris, ENSA Paris-Malaquais, 2014.

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Les argiles sont une exception à la règle, par sa taille et ses caractéristiques.

Les argiles sont invisibles a l’œil nue, et mélangé a l’eau on n’obtient une

substance de même couleur qui ressemble à une « colle ».

Fig.5 Fig.6

Fig.5 : Grains de silts observés au microscope électronique

Fig6 : Vues d’argiles observées au microscope électronique.6

3-2-Les argiles à l’échelle microscopique :

Aux siècles derniers, les utilisateurs des argiles, en particulier les agronomes,

ont pris conscience que ce qui était considéré comme « argile » était

constitué par des substances diverses sous forme de particules de très petites

tailles. Il a été remarqué aussi que les caractéristique de la terre avaient un

lien directe avec les proposions des argiles et leurs types.

L’argile à deux définitions. L’une granulométrique : ce sont des particules

de taille inferieure a 2 micromètres. L’autre minéralogique : ce sont des

silicates phylliteux. En d’autres termes, ce sont des microcristaux qui ont

l’aspect de feuilles7.

L’argile est un colloïde ( du grec kolla, « colle », et « idios, « sorte de » ou

« apparence »). Les colloïdes doivent leur nom à Thomas Graham (1805-

1869), chimiste britannique qui désigna ainsi un état liquide de la matière

qui diffusait difficilement au travers des membranes semi-perméables au

contraire des cristalloïdes (constitués par exemple d’une solution saline) qui

dialysaient quant à eux rapidement. aspect confère à l’argile le role

particulier, celui de coller les grains entre eux. Il joue le même rôle que le

ciment dans le béton. Les cailloux, graviers, sables, silts constituent le

squelette Cet granulaire de la terre. Ils représentent les éléments rigides du

matériau.

6 FONTAINE Laetitia, ANGER Romain, Bâtir en terre : du grain de sable à

l’architecture, Luçon, ed.Belin,2009

7ANGER Romain, ‘’ Approche granulaire et colloïdale du matériau terre pour la

construction’’, Lyon, 2012

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L'argile ( ou les argiles, car il en existe plusieurs sortes), au sens

granulométrique ,contient généralement un mélange d'argiles. Il est mélangé

aux oxydes de fer Fe2O3, d'aluminium Al2O3 , silicium et du quartz.

L’ensemble constitue les colloïdes minéraux que l’analyse granulométrique

classe dans la fraction argile (moins de 2 µm). On les appelle aussi parfois

le « complexe d’altération »8.

3-2-1 Kaolinite :

a-Qu'est-ce que le kaolin?

La Kaolinite appelée souvent "argile blanche" tire son nom de la région de

Chine où elle fut découverte (Kao-Ling) pour la fabrication de la porcelaine.

C'est une argile phylliteuse à deux couches contenant principalement de la

silice 48 % et de l'alumine 36,5 %. Le terme kaolin regroupe des minéraux

argileux relativement communs, dominés par la kaolinite et dérivés

essentiellement de l'altération du feldspath alcalin et des micas. Les kaolins

se présentent sous différents aspects qui influencent leur utilisation finale.

La différence entre leur luminosité, leur blancheur, leur opacité, leur brillant,

leur résistance, détermine leur intérêt commercial.

Fig.7

b-Utilisation :

Le kaolin fait partie de notre environnement. Ses utilisations sont multiples.

Sa blancheur et sa plasticité le rendent particulièrement approprié pour un

usage extensif comme charge, agent d'allongement, matière première pour la

céramique et comme pigment. C'est également une matière première

importante pour les réfractaires, et un catalyseur dans les industries du

ciment et des fibres de verre. Ses deux plus importantes applications sont le

couchage du papier pour masquer les fibres de la pâte à papier et la

production de produits céramiques de haute qualité. Il est également utilisé

dans de nombreux autres processus industriels:

Papier: Le kaolin est utilisé dans l'industrie du papier à la fois comme

charge dans la masse du papier et comme revêtement de surface. Sa

blancheur augmente l'éclat et l'opacité à la surface du papier, tandis que la

8 ANGER Romain, ‘’ Approche granulaire et colloïdale du matériau terre pour la

construction’’, Lyon, 2012

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taille et la forme des particules individuelles de kaolin lui procurent le

brillant et la qualité d'impression requis pour certains types de papier,

exemples : les papiers pour magazines et brochures.

Céramiques: Le kaolin se transforme en mullite et en verre lorsqu'il est cuit

à des températures dépassant 1000°C. Il est utilisé dans les faïences: la

vaisselle, les appareils sanitaires, et les carrelages.

c-La kaolinite dans la nature :

La kaolinite est une argile présente a la fois dans les régions tempérées et

tropicales humides. Elle est le minéral argileux type des sols tropicaux

rouges et jaunes ou elle est associée a l’hématite et la goethite, oxydes de fer

qui colorent ces sols. Le schéma de Millot (1979) illustre la prédominance

de la kaolinite dans les zones tropicales humides et équatoriales 9

Fig.8

Organisation des argiles au niveau du globe d’apres Millot (1979). Lorsque

l’alteration est presque nulle, les argiles des sols sont directement heritees

des substrats rocheux : illites et chlorites dominent. En zone temperee, les

argiles derivent de la roche par legere transformation. En zone

mediterraneenne s’observent les argiles riches en silice : les smectites. Au

contraire, dans la zone intertropicale, la desilification est importante. On

obtient de la kaolinite et souvent de la gibbsite.

3-2-2 Illites :

a-Qu'est-ce que l’illite ?

L'Illite (nom qui vient de "l'Illinois") est une argile assez commune

notamment dans les sols. C'est une argile à trois couches. Dérivant des

micas blancs, elle est potassique et alumineuse. Son pouvoir d'adsorption est

moyen car sa surface développée est "moyenne". Sa couleur varie du gris

9 ANGER Romain, ‘’ Approche granulaire et colloïdale du matériau terre pour la

construction’’, Lyon, 2012

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blanc au brun clair selon la teneur en impuretés métalliques. Elle est

composée essentiellement de silice (36,5 %), faiblement dosée en alumine

(environ 9 %), à tendance calcique (près de 14 %) et riche en fer (près de 9

%). Elle est de toutes les argiles celle dont le pouvoir d'adsorption est le plus

faible. Elle doit donc être distinguée de la Montmorillonite, argile verte

également. La chlorite est proche de l'illite dont elle est issue.

Comme pour les kaolins l’empilement des feuillets forme des plaquettes et

l’eau ne peut pas pénétrer entre les feuillets. Cependant la faible taille des

plaquettes leur confère une surface spécifique plus élevée (de l’ordre de

150m2/g). L’illite est le minéral le plus abondant en climat tempere (50%

environ)10.

b-L’illite dans la nature :

Les illites et micromicas sont les argiles les plus abondantes dans les régions

nord du globe comme l’illustre le schéma de Millot (1979) 11: une faible

altération, en climat froid et tempère, favorise les argiles héritées telles que

la chlorite et l’illite.

Ainsi l’illite est souvent l’argile dominante des sols en Europe et en

Amérique du Nord. Paradoxalement, elle peut aussi être l’argile dominante

des sols des régions désertiques, car elle est stable dans les zones arides ou

semi-arides ou l’altération est faible.

3-2-3 Les smectites : La Montmorillonite:

a-Qu'est-ce La Montmorillonite ?

La Montmorillonite, ou "Argile verte de Provence", est extraite de la mine

de Mormoiron dans le Vaucluse (d'où son nom). La montmorillonite est

un minéral composé de silicate d'aluminium et de magnésium hydraté,

de formule (Na, Ca)0,3(Al, Mg)2Si4O10(OH)2·nH2O, et appartenant au groupe

de la smectite, de la famille des phyllosilicates. Elle est aussi appelée Terre

de Sommières. Les montmorillonites sont des argiles gonflantes :

constituées de trois couches, elles ont la possibilité de modifier l'espace

entre les couches par absorption d'eau. Elles ont le plus haut pouvoir

fixateur connu chez les argiles. Il en existe des variétés assez nombreuses de

couleurs différentes en raison de la présence de métaux. La montmorillonite

est une argile phylliteuse à trois couches à forte concentration en silice

(48,25 %), bien équilibrée dans sa composition minérale (alumine 11,17 %,

magnésium 9,66 %, fer 3,90 %, potassium 3,03 %… calcium, phosphore,

sodium, cuivre, zinc, sélénium, cobalt, manganèse). C'est l'argile la plus

complète quant à ses propriétés thérapeutiques grâce à un très fort pouvoir

adsorbant. Sa région d'extraction et son séchage au soleil provençal lui

confèrent certainement une valeur énergétique supérieure à celle des autres

argiles en raison de la capacité des minéraux argileux à capter l'énergie pour

la restituer. On la trouve sous plusieurs formes, en morceaux (concassée) ou

en fine poudre.

10 LEGROS Jean-Paul, ‘’Latérites et autres sols des régions intertropicales’’ 11 LEGROS Jean-Paul, ‘’Latérites et autres sols des régions intertropicales’’

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b-Smectites dans la nature :

Les terres qui contiennent des smectites ne sont quasiment pas utilisées pour

la construction a cause de leur grande capacité de gonflement et de

fissuration.. Les montmorillonites, découvertes pour la première fois en

France prés du village de Montmorillon, sont largement utilisées dans

l’industrie pour leur capacité de gonflement. Elles sont exploitées a partir de

gisements naturels (Wyoming USA, Grèce, Afrique du Nord). Le gisement

de Fort Benton aux Etats_Unis, dont la montmorillonite a été baptisé

bentonite, est particulièrement intéressant parce que les argiles sont

naturellement saturées par du sodium, ce qui permet d’obtenir un

gonflement encore plus grand.

Fig.9 Fig.10 Fig.11

Fig.9 : Fissures de retrait dans un vertisol lors de la periode seche.

Fig.10 : Sol de riziere en Indonesie laboure a la main. Les gros blocs

naturellement découpes par la fissuration sont retournes un par un

Fig.11 : Apparition de larges fissures dans un mur en briques en raison du

mouvement du sol, riche en smectite

4- Propriétés et composition du sang :

Dans le cadre de ma recherche, je pars de l’hypothèse que la coagulation est

la propriété du sang agissant sur les nouvelles performances de la terre

stabilisé avec ce dernier.

La coagulation sanguine est un processus complexe aboutissant à la

formation de caillots sanguins. Elle permet l'hémostase, c'est-à-dire l'arrêt du

saignement survenant lors d'une blessure pour éviter l'hémorragie.

L’hémostase primaire correspond à la première étape de la coagulation.

Elle est induite par le contact des cellules sanguines avec le collagène de la

média (couche intermédiaire composant la paroi des vaisseaux sanguins) ;

Ces plaquettes se collent à la paroi du vaisseau sanguin et forment ce qu'on

appelle un clou plaquettaire (ou thrombus blanc), qui bouchera le dommage

vasculaire.

L’hémostase secondaire (correspond à l'intervention des facteurs de

coagulations).

- Les facteurs de coagulation sont des protéines plasmatiques qui réagissent

en cascade (quasi simultanément à l'hémostase primaire) pour former des

fibres de fibrine.

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·- Les fibres de fibrine vont s'enchevêtrer, emprisonnant des globules blancs

et rouges ; le tout renforçant le clou plaquettaire.

- La fibrine va ensuite cristalliser pour former le caillot sanguin, ou

thrombus.

Au bout de quelques heures, le caillot se contracte sous l'action des

fibres d'actine et de myosine contenues dans les plaquettes. Cela permet de

rapprocher les parois de la brèche vasculaire et d'assécher le caillot. Par

ailleurs, les plaquettes libèrent un facteur de croissance qui stimule la

prolifération cellulaire, pour aider à la reconstruction du vaisseau.

Une fois le vaisseau sanguin totalement cicatrisé, des enzymes (et en

particulier le plasminogène transformé en plasmine) interviennent pour

dissoudre le caillot (par transformation de la fibrine en produit de

dégradation de la fibrine.

Fig.12 : cailloux sanguins

- Hypothèse de Recherche :

En mélangeant des biopolymeres et des particules d'argiles, le résultat est un

composite peu élaboré. Le polymère enveloppe des blocs composés de

feuillets d'argiles, c'est un composite conventionnel. la fragilité de ce genre

de composite réside dans la liaison entre les feuillets du même bloc ( fig.13).

Si on prends soin de disperser les feuillets du même bloc, le résultat sera un

mâtereau plus résistant ou la partie organique vient enrober chaque feuillet.

Si les plaquettes sont exfoliées ( individualisées) on obtient un nano-

composite hyper résistant dans lequel les polymères interagissent avec

chaque feuillet.

Lorsque en ajoute un additif organique dans la terre, l'argile joue le rôle de

matrice et pout obtenir ces matériaux composites, il faut disperser les

feuillets d'argiles en modules individuels. plus la dispersion entre les

différents feuillets d'argiles est grande, plus la résistance du composite

formé est grande aussi.

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Fig.13

Notre hypothèse est que la fibrine du sang remplacera les polymères et

enrobe les plaques d'argiles pour former un bloc plus résistant. ce nouveau

composant aura des propriétés différentes comparés aux argiles pures.

Comment l'ajout du sang agit-il sur les différents argiles? et quel est la

manifestation de ce changement au niveau microscopique?

5- Protocole d’expérimentation:

5- 1- Échelle macroscopique:

a- Le temps d'absorption ( test d'étanchéité) :

Cette expérience consiste a déposer une goute d'eau sur la surface de chaque

échantillon et de calculer le temps qu'il lui faut pour être aspirer ( fig14 ).

Fig.14

Les résultats affiche une augmentation dans le temps d'absorption pour les

échantillons stabilisés avec le sang. le taux d'amélioration est différents dans

chaque type d'argile, le kaolin est passé d'une moyenne de 16s à 44s

( 275% ), L'illite est passé de 31.86s à 345s (1000%), La Montmorillonite

est passée de 54.84s à 222.4s (400%), la terre de 10.37s à 273s ( 2600%).

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La stabilisation au sang améliore les propriétés hydrofuges de la terre.

On émet l'hypothèse que la coagulation du sang ( grâce à la fibrine ) est la

cause de cette nouvelle résistance de la terre à l'eau.

Tableau 2: : test d'absorption

b- Le module d'élasticité :

Le module d'élasticité (souvent appelé « module élastique ») est

une grandeur intrinsèque d'un matériau, définie par le rapport de

la contrainte à la déformation élastique provoquée par cette contrainte.

La déformation est exprimée comme une grandeur sans dimension. L'unité

pratique souvent usitée du module est le MPa. On parle aussi de limite

d'élasticité, qui est la contrainte à partir de laquelle un matériau commence à

se déformer de manière irréversible. On peut aussi mesurer la vitesse

du son dans le matériau qui nous intéresse, et en déduire le module de

Young sachant qu'on a la relation suivante : .

Cependant, cette loi est approchée : la vitesse du son dépend aussi

du coefficient de Poisson (0.3 dans ce cas )

Il faut déposer l'échantillon est des supports en mousse et donner quelques

coups légers sur l'échantillon a l'aide d'un "petit stylet"( fig.15). Il est de

coutume d'effectuer 3 coups , et de prendre la valeur moyenne afficher par le

GrindoSonic. Ce dernier donne la valeur de la fréquence de propagation du

son dans le matériau. Le module d'élasticité est calculé a l'aide d'un logiciel

spécifique.

K1

K2 K3

M1

M2 M3 Il1 Il2 Il3 T1 T2 T3

sans sang 16,4 17,5 12,6 41,3 54,8 63,3 35,3 31,9 28,5 10,4 8,91 10,7

avec du sang 45,1 40,5 44,1 241 223 209 251 345 426 273 337 245

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

T

e

m

p

s

d

'

a

p

s

o

r

b

i

o

n

Comparaison entre les différents temps d'absorption des

differents types d'argile avec et sans sang

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Fig.15

Analyse des résultats :

Les résultats montrent clairement une augmentation de la valeur du module

de Young. Les valeurs des échantillons "avec sang" a doublé par rapport à

celui "sans sang". Cela signifie que le sang à une influence sur l'élasticité du

matériau. La stabilisation aux sang réduit la rigidité des échantillons et

deviennent plus élastiques.

Tableau 3: test d'élasticité

5-2- Échelle microscopique :

a- Le microscope électronique à balayage( MEB ) : (Connu aussi sous le

diminutif du SEM pour Scanning Electron Microscopy )

La microscopie électronique à balayage est une technique de

microscopie capable de produire des images en haute résolution de la

surface d’un échantillon en utilisant le principe des interactions électrons-

matière. La MEB consiste en un faisceau d’électrons balayant la surface de

l’échantillon à analyser qui, en réponse, réémet certaines particules. Ces

particules sont analysées par différents détecteurs qui permettent de

reconstruire une image en trois dimensions de la surface.

K1

K2 K3

M

1

M

2

M

3

Il1 Il2

Il3 T1 T2

T3

sans sang 102 110 158 513 463 326 526 260 416 404 381

avec du sang 268 232 145 483 514 669 386 461 285 133 457

0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0

3500,0

4000,0

4500,0

5000,0

m

o

d

u

l

e

d

'

e

l

a

s

t

i

c

i

t

é

Types d'argiles

Comparaison des modules d'élasticitédes differents types

d'argile avec et sans sang

18 ENSAPM – Département Transitions – Séminaire de recherche – Année 2016-2017

Interaction électron-matière: En microscopie optique classique, la lumière

visible réagit avec l’échantillon et les photons réfléchis sont analysés par des

détecteurs ou par l’œil humain. En microscopie électronique, le faisceau

lumineux est remplacé par un faisceau d’électrons primaires qui vient

frapper la surface de l’échantillon et les photons réémis sont remplacés par

tout un spectre de particules ou rayonnements : électrons secondaires,

électrons rétrodiffusés, électrons Auger ou rayons X. Ces différentes

particules ou rayonnements apportent différents types d’informations sur la

matière dont est constitué l’échantillon

Préparation de l’échantillon :

- Découper un petit morceau de chaque morceau

- Mettre les morceaux sur des Pleaux ( la face supérieure est adhésif

et permet de les fixer )

- Placer les Pleaux dans le vaporisateur (recouvrir l’échantillons

d’une fine couche d’or pour qu’il devient conducteur)

- Mettre les échantillons dans le MEB

Fig.16

19 ENSAPM – Département Transitions – Séminaire de recherche – Année 2016-2017

b-Analyse des résultats :

La majorité des argiles se présente sous forme de plaquettes parallèles. le

feuillet est l'élément de base de chaque argile. Le Kaolin : se présente sous

forme de plaquettes hexagonales relativement épaisses . L'illite : Comme les

kaolinites, les illites se présentent sous la forme de plaquettes mais plus

fines et plus petites .Les smectites : présentent sous la forme de particules

très fines. Dans les sols, ces particules planes possèdent des contours

dentèles et irréguliers. Elles prennent parfois la forme des particules

allongées comme des lattes. Contrairement aux autres argiles, il est souvent

impossible de distinguer des particules isolées lorsqu’elles sont mélangées a

l’eau, car elles se présentent sous la forme de microstructures ≪ en réseau

≫.

Sur les photos prises à l'aide du MEB , on ne détecte aucune présence du

sang dans les échantillons. L'hypothèse émise sur la possibilité que le sang

aient pu former un réseau de fibres pour consolider l'argile , s'avère fausse

d'après ses observations.

20 ENSAPM – Département Transitions – Séminaire de recherche – Année 2016-2017

CONCLUSION

Disponible presque partout dans le monde et utilisée dans construction

depuis des siècles, la terre crue ne fait pas pourtant l'objet de recherches

fondamentales que depuis peu, la hausse continuelle des couts de l'énergie et

des matériaux de constructions y est pour beaucoup. Cependant elle reste

comme même un matériaux avec une intolérance à l'eau. Ce dernier est

considéré comme le premier obstacle a la construction en terre crue car il

cause de nombreux dégâts dans les constructions. Des pathologies peuvent

apparaitre et causer l'érosion des murs et ainsi détériorer les murs en terre.

Une des solutions possibles reste la stabilisation de la terre crue en ajoutant

un additif naturel pour augmenter ses caractéristiques mécaniques. On

retrouve à travers le monde des recettes de stabilisations différentes d'une

région à une autre selon le climat et les produits à disposition des habitants.

On peut citer : l'ajout de jus de cactus fermenté , crottin de cheval et d’âne

au Pérou, des fibres végétales fermentées en France, balle de riz fermentée ,

paille de riz fermentée, bouse de vache au mali...

La stabilisation avec l'ajout du sang avait eu des résultats satisfaisantes dans

les expériences de Morgane PERRIN12. Dans la continuité de son travail.

Cette recherche avait pour but de pouvoir observer les changements au

niveau moléculaire liés à l'ajout du sang.

Le travail mené se décompose en deux échelles :

- macroscopique:

pour le teste d'infiltration d'eau , nous avons constaté une amélioration

conséquente dans le t'temps d'infiltration de l'eau dans les échantillon. L'eau

mettait plus de temps à s'infiltrer, ceci indique que la terre est devenue plus

hydrofuge. L'illite est le plus hydrofuges des échantillons d'argiles pures.

Le calcul du module d'élasticité a démontré une amélioration des

caractéristiques mécaniques de la terre stabilisée , la valeur des smectites est

la plus élevée entre les argiles pures.

- microscopique :

L'analyse des échantillon au MEB n'était pas concluante concernant

l'observation des modifications apportées par l'ajout du sang.

Dans ce travail nous avant pu démontrer l'apport du sang dans la

stabilisation de la terre crue. Les performances de la résistance a l'eau sont

vérifiées dans les différents argiles. nous avons aussi noté que l'illite

stabilisé est l'argile le plus hydrofuge entre les différents échantillons.

Nous pourrons imaginer que pour les pays pauvres qu'il pourrait représenter

une solution vu que l'adjuvant utilisé est un déchet industriel des abattoirs.

L'inconvénient majeur sera la conservation du sang , il faut prévoir des

anticoagulants naturels pour éviter l'apparition des caillots de sang.

PERRIN Morgane, ‘’Enduit en terre stabilisé par un liant d’origine animale’’,

Mémoire de master du département matériaux pour l’eco-conception sous la

direction de Robert Leroy, Paris, ENSA Paris-Malaquais, 2014.

21 ENSAPM – Département Transitions – Séminaire de recherche – Année 2016-2017

Annexe

Préparation des échantillons :

Chaque échantillon aura les dimensions suivantes : L=5.5 cm, l=2.5 cm,

h=0.5 cm, pour un volume de : V = 6.825 cm3 . les mesures sont définis pour

permettre une observation numérique.

Calcul des masses des échantillons :

On prépare 3 échantillons pour chaque type de d’argile en rajoutant que de

l’eau, et 3 autres avec de l’eau et 8 % de sang avec les données suivantes :

Masse de

l’argile (g)

Masse du

sang (g)

Wp* Masse de

l’eau (g)

Kaolin 100 8 0.45 37

Illite 100 8 0.40 32

Smectite 100 8 0.55 47

Terre 100 8 0.22 14

22 ENSAPM – Département Transitions – Séminaire de recherche – Année 2016-2017

Protocole de séchage :

Jour1 :

- préparer des échantillons (mélange et moulage)

- mettre les éprouvettes sous cloche ou dans une boite hermétique

- mettre dans la boite un récipient rempli d’eau (permettre un

séchage long, uniforme et éviter les fissures)

Jour 2 :

- démouler les échantillons

- Remettre sous cloche

Jour 4 :

- L’eau est enlevée de la boite

Jour 8 :

- Les échantillons sont sortis de la boite et continue le séchage à l’air

libre

Jour 21 :

- Mettre à l’étuve pour 3 jours (séchage final)

23 ENSAPM – Département Transitions – Séminaire de recherche – Année 2016-2017

Bibliographie

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FONTAINE Laetitia, ANGER Romain, Bâtir en terre : du grain de sable à

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HOUBEN Hugo, GUILLAUD Hubert, Traité de construction en terre,

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Séance académique du 09/12/2013, Bulletin n°44, pp. 369-382

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animale’’, Mémoire de master du département matériaux pour l’eco-

conception sous la direction de Robert Leroy, Paris, ENSA Paris-Malaquais,

2014.

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WINKLER M.Erhard, ‘’ The effect of blood on clays‘’, 1955 ,