Menee conjointement par UL et UAC, cette recherche explore les composites argile-pailles de riz pour des constructions durables.
L'Essentiel : Menee conjointement par UL et UAC, cette recherche explore les composites argile-pailles de riz pour des constructions durables.
Christian Enagnon Adadja, chercheur·e au sein de LEM3; LEMA (Université de Lorraine).
Thèse soutenue en 2020 à l'école doctorale École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine).
Cette recherche s'inscrit dans le cadre d'une cotutelle franco-béninoise, garantissant un ancrage simultané sur le terrain local et dans les standards académiques internationaux.
Contexte et Problématique
Le secteur de la construction est le premier consommateur d'énergie et le deuxième émetteur de CO2 à l'échelle mondiale. Cette situation soulève des préoccupations majeures concernant la durabilité des matériaux utilisés, qui ont un impact significatif sur le climat. Face à cette problématique, la recherche s'oriente vers le développement de matériaux écologiques, avec un intérêt particulier pour les composites à base de ressources renouvelables. La thèse de Christian Enagnon Adadja, réalisée à l'Université de Lorraine, se concentre sur un composite argile-paille, constitué d'argile et de pailles de riz, un matériau traditionnellement utilisé dans les constructions rurales. Ce composite offre des caractéristiques mécaniques intéressantes, susceptibles de favoriser son adoption par les professionnels du bâtiment dans des projets de construction durable.
Méthodologie
L'étude repose sur une approche expérimentale et analytique pour évaluer les propriétés élastiques du composite argile-paille. Des essais expérimentaux ont été réalisés, accompagnés d'une analyse microstructurale visant à étudier la répartition des fibres de paille au sein de la matrice argileuse. L'objectif était de déterminer la formulation optimale du composite en fonction de la fraction volumique de pailles. Les essais ont montré que l'ajout de pailles de riz améliore la résistance en traction et en compression du composite jusqu'à un seuil de 25% de proportion volumique. Au-delà de ce seuil, une diminution du module de Young a été observée.
Pour prédire le comportement élastique du composite argile-paille, plusieurs modèles analytiques ont été appliqués, notamment les modèles de Mori-Tanaka et Hashin-Strikman, ainsi que les bornes de Voigt et Reuss. Une étude numérique a également été effectuée à l'aide du logiciel Digimat, qui a permis l'intégration de modules d'éléments finis (FE) et semi-analytiques (MF). Ces outils ont permis de remonter aux propriétés intrinsèques des composants du composite, notamment les propriétés élastiques des pailles de riz et de la matrice argileuse, l'aspect ratio des pailles, l'orientation géométrique des inclusions végétales, ainsi que la fraction volumique des inclusions.
Résultats Principaux
Les résultats expérimentaux révèlent que les propriétés mécaniques du composite argile-paille sont fortement influencées par la proportion de pailles de riz. Jusqu'à 25% de paille, une amélioration significative de la résistance en traction et en compression a été constatée. Le module de Young, mesure de la rigidité du matériau, présente une valeur maximale à cette fraction volumique, tandis qu'un excès de paille entraîne une réduction de cette propriété.
Les modèles analytiques appliqués ont permis de prédire le comportement élastique du composite avec un bon degré de précision. Les modèles de Mori-Tanaka et Digimat MF se sont avérés particulièrement efficaces pour modéliser les propriétés élastiques du composite argile-paille. Ils ont permis d'intégrer divers paramètres, tels que la distribution des fibres et la géométrie des inclusions, dans l'analyse.
Discussion et Perspectives
Les résultats de cette recherche soulignent l'intérêt d'utiliser des matériaux locaux et durables, tels que le composite argile-paille, dans le secteur de la construction. L'optimisation de la formulation du composite pourrait conduire à des applications plus larges, contribuant ainsi à la réduction de l'empreinte carbone du secteur. Les implications de cette étude vont au-delà de la simple modélisation des propriétés mécaniques. Elles ouvrent la voie à une adoption plus large de matériaux écologiques dans les projets de construction, en particulier en Afrique de l'Ouest, où les ressources locales sont souvent sous-exploitées.
L'intégration de ces matériaux dans les normes de construction actuelles nécessite des efforts concertés des décideurs et des acteurs du secteur. Des incitations peuvent être mises en place pour encourager l'utilisation de composites argile-paille, favorisant une transition vers une construction durable. Les travaux futurs pourraient explorer davantage les performances à long terme de ces composites en conditions réelles, ainsi que leur comportement face aux variations climatiques. Cela permettrait de renforcer la position des composites argile-paille comme une solution viable pour une construction respectueuse de l'environnement.
Données clés
- 25% : Fraction volumique de paille à partir de laquelle la résistance du composite s'améliore.
Accéder à l'étude complète
Sources et accès
Christian Enagnon Adadja. Modélisation multi-échelles des propriétés élastiques du composite argile-pailles de riz. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Université de Lorraine; Université d'Abomey-Calavi (Bénin), 2020. Français. ⟨NNT : 2020LORR0067⟩. ⟨tel-02958887⟩