Elaboration et caractérisation mécanique, hygrique et thermique de composites bio-sourcés

In response to environmental concerns, the use of hemp concrete has been developed in recent years and has shown its efficiency from a hygrothermal point of view. Its life cycle analysis underlines the environmental interest of hemp and shows that the most impacting component is the binder, usually lime-based. The aim of this thesis is to develop hemp-based composites by substituting lime with a less impacting mineral matrix. Several formulations are made with different binder matrices and different hemp content. On the one hand, the ThermO® commercial binder is used to produce "classic" hemp concrete, which are used as a comparative reference. On the other hand, binder matrices are developed based on washing mud fines. Claytec® commercial earth is also considered. After presenting the different raw materials selected for this study, the ThermO® binder is characterized with several water ton binder ratios. The washing mud fine stabilisation is investigated regarding mechanical resistance objectives. A stabilization with 5% of portland cement coupled with 5% of ThermO® is selected for the following development. This formulation does not significantly affect the thermal conductivity of the binder matrix, while allowing to achieve the fixed mechanical objectives. The composites made with the various selected binders have hemp I binder ratios ranging between 0.4 and 0.75, conventional ratio for roof, wall and floor applications. They are implemented by compact ion, which leads to densities ranging from 370 to 61 5 kg/m3 and porosities ranging from 70 to 81%. The mechanical. Thermal and hygric behaviors of the composites are investigated. The measured mechanical performances meet the requirements of the professional rules Construire en Chanvre, even for composites made with unstabilized fines. The sorption isotherms obtained are class II or III sigmoid, with higher water contents for composites made with ThermO®. The MBV values obtained show that the composites made with fines and with Caytec® earth are better hygric regulators than the composites made with ThermO® binder, respectively classified as excellent and as very good hygric regulators. The thermal performances of the composites allow a use in distributed insulation. At the dry point, the thermal conductivity mainly depends on the density, without impact of the type of binder. As ambient relative humidity increases, the thermal conductivity of ThermO®, binder-based composites is more impacted than that of other composites in connection with sorption isotherms. This study thus shows the relevance of the development of composites formulated with washing mud fine as a substitute tor lime.En réponse aux préoccupations environnementales, l'utilisation du béton de chanvre s'est développée ces dernières années et a montré son efficacité d'un point de vue hygrothermique. L’analyse de son cycle de vie souligne l’intérêt environnemental du chanvre et montre que le constituant le plus impactant est le liant, généralement à base de chaux. L'objectif de cette thèse est de développer des composites à base de chanvre en substituant à la chaux une matrice minérale moins impactante. Plusieurs formulations sont réalisées avec différentes matrices liantes et différents dosages en chanvre. D'une part, le liant commercial ThermOⓇ est utilisé pour produire des bétons de chanvre «classiques», servant de référence comparative. D' autre part, des matrices liantes sont développées à base de fines issues de boue de lavage. La terre commerciale ClaytecⓇ est également considérée. Après avoir présenté les différentes matières premières retenues pour cette étude. Le liant ThermOⓇ est caractérisé pour différents dosages en eau. Les fines issues de boues de lavage font l'objet d'une étude de stabilisation visant à satisfaire des objectifs de résistance mécanique de la matrice liante. Une stabilisation avec 5 % de ciment portland couplé à 5% de ThermOⓇ est retenue pour la suite de l'étude. Cette formulation n'impacte pas significativement la conductivité thermique de la matrice liante, tout en permettant d'atteindre les objectifs mécaniques fixés. Les composites réalisés avec les différents liants sélectionnés présentent des dosages chanvre / liant évoluant entre 0.4 et 0.75, dosage conventionnels pour des applications toit, mur et dalle. Ils sont mis en œuvre par compaction, ce qui conduit à des masses volumiques comprises entre 370 et 6 15 kg/m3 et des porosités comprises entre 70 et 81 %. Les comportements mécaniques, thermiques et hygriques des composites sont évalués. Les performances mécaniques mesurées répondent aux exigences des règles professionnelles Construire en Chanvre, y compris pour les composites réalisés avec des fines non stabilisées. Les isothermes de sorption obtenues sont des sigmoïdes de classe II ou Ill. présentant des teneurs en eau plus élevées pour les composites réalisés avec le ThermOⓇ. Les valeurs MBV obtenues montrent que les composites à base de fines ou de terre ClaytecⓇsont meilleurs régulateurs hygriques que les composites réalisés avec le liant ThermOⓇ, respectivement classés excellents et très bons régulateurs hygriques. Les performances thermiques des composites en permettent un usage en isolation répartie. Au point sec, la conductivité thermique dépend essentiellement de la masse volumique, sans impact du type de liant. Lorsque l'humidité relative ambiante augmente, la conductivité thermique des composites à base de liant ThermOⓇ est plus impactée que celle des autres composites, en lien avec les isothermes de sorption. Cette étude montre donc toute la pertinence du développement de composites formulés à l'aide de fines issues de boues de lavage en substitution de la chaux

Elaboration and mechanical, hygric and thermal characterization of bio-sourced composite

En réponse aux préoccupations environnementales, l'utilisation du béton de chanvre s'est développée ces dernières années et a montré son efficacité d'un point de vue hygrothermique. L’analyse de son cycle de vie souligne l’intérêt environnemental du chanvre et montre que le constituant le plus impactant est le liant, généralement à base de chaux. L'objectif de cette thèse est de développer des composites à base de chanvre en substituant à la chaux une matrice minérale moins impactante. Plusieurs formulations sont réalisées avec différentes matrices liantes et différents dosages en chanvre. D'une part, le liant commercial ThermOⓇ est utilisé pour produire des bétons de chanvre «classiques», servant de référence comparative. D' autre part, des matrices liantes sont développées à base de fines issues de boue de lavage. La terre commerciale ClaytecⓇ est également considérée. Après avoir présenté les différentes matières premières retenues pour cette étude. Le liant ThermOⓇ est caractérisé pour différents dosages en eau. Les fines issues de boues de lavage font l'objet d'une étude de stabilisation visant à satisfaire des objectifs de résistance mécanique de la matrice liante. Une stabilisation avec 5 % de ciment portland couplé à 5% de ThermOⓇ est retenue pour la suite de l'étude. Cette formulation n'impacte pas significativement la conductivité thermique de la matrice liante, tout en permettant d'atteindre les objectifs mécaniques fixés. Les composites réalisés avec les différents liants sélectionnés présentent des dosages chanvre / liant évoluant entre 0.4 et 0.75, dosage conventionnels pour des applications toit, mur et dalle. Ils sont mis en œuvre par compaction, ce qui conduit à des masses volumiques comprises entre 370 et 6 15 kg/m3 et des porosités comprises entre 70 et 81 %. Les comportements mécaniques, thermiques et hygriques des composites sont évalués. Les performances mécaniques mesurées répondent aux exigences des règles professionnelles Construire en Chanvre, y compris pour les composites réalisés avec des fines non stabilisées. Les isothermes de sorption obtenues sont des sigmoïdes de classe II ou Ill. présentant des teneurs en eau plus élevées pour les composites réalisés avec le ThermOⓇ. Les valeurs MBV obtenues montrent que les composites à base de fines ou de terre ClaytecⓇsont meilleurs régulateurs hygriques que les composites réalisés avec le liant ThermOⓇ, respectivement classés excellents et très bons régulateurs hygriques. Les performances thermiques des composites en permettent un usage en isolation répartie. Au point sec, la conductivité thermique dépend essentiellement de la masse volumique, sans impact du type de liant. Lorsque l'humidité relative ambiante augmente, la conductivité thermique des composites à base de liant ThermOⓇ est plus impactée que celle des autres composites, en lien avec les isothermes de sorption. Cette étude montre donc toute la pertinence du développement de composites formulés à l'aide de fines issues de boues de lavage en substitution de la chaux.In response to environmental concerns, the use of hemp concrete has been developed in recent years and has shown its efficiency from a hygrothermal point of view. Its life cycle analysis underlines the environmental interest of hemp and shows that the most impacting component is the binder, usually lime-based. The aim of this thesis is to develop hemp-based composites by substituting lime with a less impacting mineral matrix. Several formulations are made with different binder matrices and different hemp content. On the one hand, the ThermO® commercial binder is used to produce "classic" hemp concrete, which are used as a comparative reference. On the other hand, binder matrices are developed based on washing mud fines. Claytec® commercial earth is also considered. After presenting the different raw materials selected for this study, the ThermO® binder is characterized with several water ton binder ratios. The washing mud fine stabilisation is investigated regarding mechanical resistance objectives. A stabilization with 5% of portland cement coupled with 5% of ThermO® is selected for the following development. This formulation does not significantly affect the thermal conductivity of the binder matrix, while allowing to achieve the fixed mechanical objectives. The composites made with the various selected binders have hemp I binder ratios ranging between 0.4 and 0.75, conventional ratio for roof, wall and floor applications. They are implemented by compact ion, which leads to densities ranging from 370 to 61 5 kg/m3 and porosities ranging from 70 to 81%. The mechanical. Thermal and hygric behaviors of the composites are investigated. The measured mechanical performances meet the requirements of the professional rules Construire en Chanvre, even for composites made with unstabilized fines. The sorption isotherms obtained are class II or III sigmoid, with higher water contents for composites made with ThermO®. The MBV values obtained show that the composites made with fines and with Caytec® earth are better hygric regulators than the composites made with ThermO® binder, respectively classified as excellent and as very good hygric regulators. The thermal performances of the composites allow a use in distributed insulation. At the dry point, the thermal conductivity mainly depends on the density, without impact of the type of binder. As ambient relative humidity increases, the thermal conductivity of ThermO®, binder-based composites is more impacted than that of other composites in connection with sorption isotherms. This study thus shows the relevance of the development of composites formulated with washing mud fine as a substitute tor lime

Effect of temperature on thermal and hygric properties of hemp-lime plasters

International audienceHemp-lime plasters are bio-based building materials made with a binder and hemp aggregate. Their main qualities are their low environmental impact due to bio-sourced components and their hygrothermal behavior.This study investigates two types of Hemp-lime plasters. The first composition corresponds to a mixture of Tradichanvre lime-based binder with hemp shiv (chanvribat). The second composition corresponds to a mixture of Tradichanvre lime-based binder with fibred hemp shiv (Terrachanvre). This study investigates the effect of temperature on thermal properties (conductivity and thermal diffusivity) and on Moisture Buffer Value (MBV) of hemp-lime plasters. The investigations are based on experimental measurements and are performed at 14°C, 17°C, 20°C and 23°C.The measurements of thermal properties are made at 50% Relative Humidity (RH). To limit the problems of water migration, the measurements are performed with transient state methods. Hot disk is used at all temperatures; it provides both thermal conductivity and diffusivity. Hot wire is used at 23°C, it provides thermal conductivity only.The measurement of moisture buffer value (MBV) is performed following the NORDTEST protocol. Specimens are exposed to daily cyclic variation of relative humidity: 8 hours at 75% RH and 16 hours at 33% RH.Over the considered temperature range (14-23 °C), the impact of temperature on thermal properties is very poorly while it is more sensitive on moisture buffer value. It is shown that the moisture buffer value decreases by about 36% when the temperature decreases from 23°C to 14°C

Hygric and thermal properties of hemp-lime plasters

International audienceHemp-lime mortars are generally used as indoor insulating plasters of building envelopes. They can be applied in thick coat to allow high enough hygrothermal performances to be reached in retrofit case. This study investigates hygric and thermal properties of two hemp-lime plasters. These plasters are made with the same lime-based binder and differ from their kind of hemp shiv. The two kinds of hemp shiv are defibered but one is smaller than the other. This experimental study is based on the measurement of sorption isotherm, water vapour permeability, moisture buffer value and thermal properties (conductivity and diffusivity). The effect of temperature on moisture buffer value and on thermal properties is also investigated. It is shown that hemp-lime plasters are hygroscopic and breathable materials. They are good hygric regulators according to the Nordtest classification and their moisture buffering ability is slightly impacted by temperature in the range from 11° to 23°C. The hemp-lime plaster with the smallest hem

Comparing hemp composites made with mineral or organic binder on thermal, hygric and mechanical point of view

International audienceThis study investigates the effect of the kind of binder on thermal, hygric and mechanical properties of hemp composites. Three binders are considered: a formulated hydraulic lime based binder, a prompt cement based binder and a peculiar bio-polymer: the Poly-Lactic Acid (PLA). The binder is coupled with hemp shiv to produce biocomposite. For each kind of binder, the specific manufacturing method is presented and discussed.The thermal properties of produced biocomposite are measured with a hot disk method at 23°C, 50%RH. The hygric characterization is based on the measurement of Moisture Buffer Value at 23°C. The mechanical behavior of composite under compression is analyzed.Thermal conductivities range from 0.08 to 0.16 W/(m.K), this allows to use these composites without added insulation layer. Following the classification given in the Nordtest report, the studied materials are very good or excellent hygric regulator. Performances are slightly higher with mineral binders. However, the compressive strength obtained with PLA binder are much higher than the ones with mineral binders

Impression 3D de mortier sous l'eau

International audienceDe nos jours, le développement des énergies marines renouvelable et de nouveaux moyens de production basés sur la technique de l'impression 3D induit une réflexion sur les méthodes de construction offshore. L'idée d'utiliser, sur place, la fabrication additive sous-marine, dans laquelle l'effet de la gravité est diminué et la liberté de forme plus grande semble séduisante. Cette technique pourrait être utilisée non seulement pour la mise en place d'ancrages et de systèmes de fondations, pour l'entretien des structures immergées, mais également pour la création de récifs artificiels, mesure compensatoire obligatoire pour la mise en place de centrales énergétiques marines. Cette dernière problématique semble vraiment pouvoir trouver une réponse au développement de l'impression 3D sous-marine. En effet, la préservation de la biodiversité marine est à la fois une urgence environnementale (maintien de stocks de poissons suffisants pour la pêche) et économique

Thermo-viscoelastic analysis of an inductive charging system included in an eRoads. Incit-ev project

This paper presents work carried out in WP4 of the European project INCIT-EV, to develop a thermo-mechanical model, for simulating the performance of electrified roads using an inductive system for the charging of electric vehicles. The system consists of a charging unit, made of a box containing a litz coil, inserted into the road, at low depth under the surface, and sealed using a resin. In previous studies [1], several solutions for the insertion of this system in the road structure were evaluated, using experimental and numerical studies. The purpose of this paper is to highlight the potential of thermo-viscoelastic FEM structural simulations to predict the response of the electric road system (ERS) taking into account daily thermal variations, and heat released by the inductive charging system. Firstly, thermal laboratory tests were performed to evaluate the temperature variations due to the operation of the charging system, and compared with FEM simulations, in order to validate different modelling assumptions (material characteristics, boundary conditions). Then, transient thermo-mechanical simulations were performed, considering different materials for the coil block (polyethylene, or concrete), and for the sealing resin, in order to evaluate different possible designs of the charging elements. The variations of the deformations of the different structures, and of the strain and stress fields, during representative temperature cycles, were studied and compared. Differences in mechanical response obtained with different sealing resins (elastic or viscoelastic) and different coil block materials (polyethylene, and concrete) were analysed and compared