GC1 LICENCE - Cours CONSTRUCTION EN TERRE [PDF]

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PROGRAMME DU COURS Chapitre 1 : INTRODUCTION GENERALE 1. Construire en terre 1.1Notions générales 1.2La terre pour la construction Chapitre 2 : IDENTIFICATION DU MATERIAU TERRE 1. Historique 2. La terre 3. Les caractéristiques liées au matériau terre 3.1La granulométrie et la sédimentométrie 3.2La sensibilité à l’eau 3.3L’adsorption 3.4 La condensation 3.5 La capillarité Chapitre 3 : LES DIFFERENTS TYPES D’ESSAIS DE TERRAIN REALISES SUR LE MATERIAU TERRE 1. Analyse des terres utilisées pour la construction des édifices en terre 1.1 La terre « idéale » 1.2 L’analyse des terres proprement dite 1.3 Correction, amendement Chapitre 4 : LES TECHNIQUES DE CONSTRUCTION EN TERRE 4.1 La terre, utilisée à l'état plastique, sous forme de boue 4.1.1 Adobe 4.1.2 Bauge (Vendée), banco (Afrique), cob (Irlande), zabour (Yémen) 4.1.3 Torchis (Normandie), tchicka (Ethiopie), tappa (Brésil) 4.1.4 La terre, utilisée à l'état légèrement humide 4.1.5 Pisé (France, Maroc), rammed earth (USA, Grande Bretagne) 4.1.6 Briques de terre compactée (France), BTS (Algérie), compacted earth blocks 4.2Le compactage de la terre 4.3 La vibro-compression Chapitre 5 : COMPRESSION DES BRIQUES DE TERRE 5.1Le point de Proctor

5.2Réalisation du mélange 5.3Réalisation des briques et utilisation de la presse Chapitre 6 : LA STABILISATION, LES BRIQUES DE TERRE STABILISEES (BTCS) 6.1 Pourquoi la stabilisation ? 6.2 La stabilisation au ciment 6.3Cas pratique : MISE EN ŒUVRE DES BTC ET MORTIERS DE POSE 6.3.1 Mortier pour les BTC

Chapitre 1 : INTRODUCTION GENERALE 1. CONSTRUIRE EN TERRE 1.1 Notions générales Le matériau terre est à la fois l'un des plus anciens et des plus modernes des matériaux de construction. Grâce à une connaissance qui n'est qu'empirique, donc difficilement transmissible, on construit en terre depuis des millénaires. Dans les conditions économiques actuelles, les techniques de construction en terre présentent une alternative intéressante aux matériaux onéreux comme le béton et l'acier, sous réserve que celles-ci aient les bases scientifiques suffisantes pour garantir l'homogénéité et la fiabilité des briques et des produits en terre et des méthodes techniques de réalisations adaptées aux conditions économiques et sociales du site considéré. Contrairement au béton, la technique peut varier suivant le matériau, les conditions économiques et sociales du pays. Une technique ne doit pas être favorisée à priori par rapport à une autre. Le choix doit être le résultat d’analyses tenant compte des paramètres :  Physiques des sols (nature, liants disponibles, conditions climatiques);  techniques (savoir-faire disponible, niveau de formation des techniciens et ouvriers ;  organisation et suivi de chantier, type de structures à construire, matériel disponible...);  économiques (coût de la main d’œuvre, des matériaux et matériels,…);  sociaux (acceptation des populations …). a) Choix de la terre à utiliser C'est, avant tout, un matériau naturel, meuble, extrait sur le site ou à proximité du site de construction. C'est un mélange, en proportions très différentes d'éléments (graviers, sables, limons -silts et argile-) auxquels s'ajoutent, éventuellement, d'autres matériaux tels que sels, oxydes… et matières organiques. Le matériau Terre, utilisé en construction, est donc un matériau extrêmement hétérogène, dont les caractéristiques sont très diverses d'une région à une autre. Le matériau terre à l’extraction, peut avoir des caractéristiques très différentes de par sa composition et la nature de ses constituants.  Certains sols sont composés essentiellement d’éléments fins argileux. On doit y ajouter beaucoup d’eau pour l’humidifier et l’homogénéiser. Ces

matériaux ainsi humidifiés (état proche de saturation), contiennent peu d’air. Par conséquent, ils ne peuvent être que modelés et non pas compactés. Les techniques adaptées sont alors l’adobe, la bauge, et le torchis.  D’autres terres contiennent essentiellement des gros éléments et peu de fines argileuses. Dans ce cas, il faut utiliser la terre en adoptant la technique de la terre compressée : le pisé ou les blocs de terre compactée (BTC). Pour certains matériaux se trouvant entres ces deux sols, il est possible de les utiliser en les modelant et/ou en les compactant. 1.2 La terre pour la construction Le matériau terre, que l’on trouve selon des épaisseurs variables, résulte d’un processus de transformation complexe : la pédogenèse. Sa nature est conditionnée par de nombreux facteurs de nature physique, chimique et biologique, par des conditions climatiques et la vie végétale et animale. La nature d’une terre repose sur la structure de la roche mère (calcaire, granite), hydrologie, le degré de transformation du sol par les humains (agriculture, travaux publics). Dans la construction en terre, la terre à bâtir est toujours prélevée sous la couche de terre arable, en éliminant la couche végétale et les matières organiques qui ont une activité biologique trop importante pour être employées. On trouve ainsi les composants stables tels que les graviers, les sables, le limon et les argiles. Le matériau terre rassemble différents constituants (eau, air, matières organiques et les matières solides) dont les proportions respectives caractérisent la structure et la texture de la terre. Il est formé d’un mélange d’agrégats aux éléments, natures, et proportions variables (graviers, sables, limons, argiles).

Chapitre 2 : IDENTIFICATION DU MATERIAU TERRE 1. Historique Depuis que l’homme construit, la terre a toujours été l’un des principaux matériaux de construction utilisé. Ce n’est que depuis l’apparition du ciment que les techniques terres ont été délaissées dans les zones urbaines et dans les pays industrialisés. Actuellement, encore un tiers de la population mondiale vit dans des habitations en terre. 2. La terre La terre est une ressource naturelle très répandue. Elle provient de la dégradation de la roche mère consécutive au phénomène d’érosion climatique et chimique. De fait, toutes les terres possèdent des caractéristiques très différentes en fonction de leur provenance. L’utilisation de la terre dans la construction présente de nombreux avantages :  Elle est souvent disponible localement en quantité ;  Elle ne nécessite pas d’énergie (sauf la terre cuite qui demande beaucoup d’énergie et entraine souvent par conséquence la déforestation) ;  C’est un matériau sain et écologique (inertie calorifique et régulation hygrométrique) ;  C’est un matériau recyclable. La qualité des produits (de la construction) dépend en grande partie de la texture de la terre ainsi que de la qualité de ses composants. Cette qualité est directement liée à la proportion de chaque élément et à la nature des argiles présentes. 3. Les caractéristiques liées au matériau terre La terre est principalement caractérisée par :  Sa granulométrie : la quantité et les dimensions des agrégats  Sa plasticité : la propriété d’absorption c’est-à-dire son pouvoir d’absorber et retenir l’eau. Ce qui peut se traduire par le gonflement, retrait et donnant lieu à des fissures de retrait.

 Sa compressibilité : sa capacité de densification et de réduction de volume et de porosité, variable selon le taux d’humidité, et l’énergie ou la force de compactage utilisée.  Sa cohésion : capacité des particules à se maintenir lorsqu’on exerce une force de traction. La reconnaissance de ces propriétés peut se faire en laboratoire suivant les processus et normes existant. Il peut faire appel à des matériels simples ou sophistiqués. Cette reconnaissance peut également se réaliser de manière simple et empirique sur le terrain. Dans ce cas elle se fait de façon sensoriel et est basée sur l’expérience de la personne (le maçon). 3.1 La granulométrie et la sédimentométrie La courbe granulométrique et sédimentométrique nous permet de savoir si le matériau peut être utilisé à l’état naturel ou, s’il faut le cribler pour éliminer une partie des gros éléments. Elle peut aussi nous permettre de faire une classification de ce matériau suivant la classification existant du pays dans lequel on est situé. En laboratoire, elle se fait par voie sèche et/ou humide à l’aide de tamis et de balances. Sur le terrain, elle est estimée visuellement en touchant le matériau et en mesurant la taille des gros éléments et éventuellement en estimant leurs proportions (terre sableuse, graveleuse ou terre fine…). 3.2 La sensibilité à l’eau La consistance d’un sol peut varier suivant la quantité d’eau interstitielle que contiennent ses pores et l’épaisseur des couches d’eau adsorbées, qui enrobent les éléments fins (les argiles). L’argile contenue dans le matériau est de nature et de sensibilité variable suivant leurs surfaces accessibles à l’eau (qui peut varier de 1 à 4 m² par gramme pour les moins sensibles et de plusieurs centaines de m² par gramme, pour les plus sensibles). La structure cristalline des particules d’argile leur confère un ensemble de propriétés de comportement : cohésion, plasticité, adsorption d’eau, gonflement, retrait,… Il y des constantes physiques conventionnelles qui mesurent la sensibilité des sols appelées « limites d’Atterberg », ainsi qu’une valeur mesurée à l’aide du bleu de méthylène appelée valeur de bleu. Un échantillon de la terre peut se trouver dans plusieurs états :

a) L’état liquide L’état liquide s’il contient beaucoup d’eau. Dans ce cas, il prend la forme du contenant dans lequel il se trouve. Si l’on diminue peu à peu son humidité, à moment donné, bien qu'il reste très humide, l’échantillon garde sa forme et non pas la forme du contenant : il est alors à sa limite de liquidité soit Wl. b) L’état plastique L’état plastique s’il contient un peu moins d’eau que le précédent. Dans ce cas, il est encore à l’état très humide, il ne change pas sa forme mais reste modelable à la main. Si l’on continue à diminuer son taux d’humidité tout en le modelant, il arrive un stade où l’échantillon se fissure. L’échantillon est à sa limite plastique Wp. En diminuant son taux d’humidité, il dépassera sa limite de plasticité, où il est encore humide mais se fissure en le modelant (limite de plasticité) soit Wp. c) L’état sec L’état sec s’il contient très peu et/ou pas d’eau. La différence Wl et de Wp est un paramètre important, appelé l’indice de plasticité Ip, qui montre la plage dans laquelle le matériau reste à l’état plastique. Plus Ip est grand, plus la terre peut contenir des argiles très actives, ce qui implique une plus grande vigilance au moment de son utilisation ainsi que l’entretien de structures en terre. 3.3 L’adsorption Ce phénomène est caractérisé par l’augmentation de la masse d’un élément (mur en terre) si l’on augmente le taux d’humidité relative. Ceci correspond en réalité à la fixation par le milieu poreux d’une certaine quantité d’eau attribuée aux forces intermoléculaires (force de Van Der Waals) agissant sur les molécules de vapeur au voisinage de l’interface solide-fluide dans les pores. 3.4 Condensation Le phénomène de condensation (passage de l’état vapeur à l’état liquide) apparaît sur une paroi, avec formation de masse d’eau liquide provenant, d’une part de la condensation de la vapeur initialement en place dans le corps, d’autre part de la condensation du flux d’humidité en phase vapeur s’écoulent vers les zones froides. Si on empêche que la vapeur puisse traverser librement la structure (avec un enduit imperméable par exemple), elle se condense derrière cet écran imperméable et crée des désordres

importants dans la structure. D’où la nécessité d’appliquer des enduits à la chaux sur des murs en pisé. 3.5 La capillarité La capillarité est un phénomène qui a lieu lorsque les structures poreuses (les murs en terre) se trouvent en contact avec un liquide (de l’eau le plus souvent). Cela se produit lorsque la différence entre la pression en phase liquide et celle de la phase gazeuse provoque le cheminement du liquide dans les pores de la structure. Le niveau de la capillarité des structures poreuses(les murs en terre) dépend de plusieurs facteurs :     

la nature et la quantité des argiles présentes dans la structure (dans le mur) ; la quantité et dimension des pores de la structure (matériau) ; le climat (température et hygrométrie) ; la présence de sels dans l’eau ; la force de gravité.

Il est judicieux de prévoir un soubassement résistant à l’eau ainsi qu’une barrière de capillarité, afin d’éviter au maximum que la structure soit en contact direct avec de l’eau. Il est également important de veiller que le mur ne soit pas recouvert d’un enduit imperméable. Faute de quoi l’eau se trouvant derrière cette barrière, peut se condenser, créer des pressions interstitielles, et finalement, éclatera l’enduit.

Chapitre 3 : LES DIFFERENTS TYPES D’ESSAIS DE TERRAIN REALISES SUR LE MATERIAU TERRE Introduction Le matériau terre étant à la fois l’un des plus anciens et des plus modernes des matériaux de construction, il nécessite des techniques d’utilisation pouvant varier suivant la qualité du matériau terre que l’on a in situ. Il est utile de procéder à des analyses qualitatives des terres que l’on souhaite employé pour la construction. Pour faire ces analyses, il faut effectuer (pour avoir un échantillon suffisamment représentatif) plusieurs prélèvements, en plusieurs endroits du lieu prévu d’extraction. Ces analyses de terrain donnent des indications permettant de réaliser les essais de fabrication. Mais ce n’est qu’au vue de la qualité des briques et aux autres éléments fabriqués que l’on pourra se déterminer sur le choix d’une terre. La terre employée par exemple pour les BTC doit avoir certaines caractéristiques parmi lesquelles :  LA COHESION : présence d’argiles de bonne qualité en quantité suffisante, qui vont lier tous les éléments entre eux ;  LA PLASTICITE : aptitude à la déformation du matériau sans fissuration ;  LA COMPRESSIBILITE : capacité à se densifier lors du compactage ;  LA GRANULOMETRIE : bonne représentation de toutes les fractions d’éléments de manière à ce qu’ils s’organisent entre eux sans laisser de vide. 1. Analyse des terres utilisées pour la construction des édifices en terre A chaque type de terre correspond des techniques de construction adaptées. 1.1

la terre « idéale »

La terre idéale n’existe pas. Il faut utiliser une terre de proximité. Dans la plupart des cas, elle peut convenir telle quelle ou alors en l’amendant (avec du gravier, du sable, des liants,…). Pour les BTC, il s’agit d’un béton de terre composée de graviers, sables, limons et argiles (il faut enlever la couche de terre végétale et les éléments organiques). On recherche une terre contenant environ :  1/3 de graviers

 1/3 de sable  1/3 d’éléments fins (limons + argiles) Les graviers, sables et limons sont les éléments de structure et les argiles agissent à la manière d’une colle. Pour les BTC, on cherche à avoir à environ de 15 à 25% du total d’argiles. Ce pourcentage varie en fonction de la granulométrie des éléments inertes dans la terre analysée : plus les éléments sont fins, plus il y a de surface à enrober, plus il faudra d’argile (dans une certaine limite au-delà de laquelle il y aurait trop de retrait). Il varie également en fonction de la qualité des argiles (les argiles sont plus ou moins actives suivant leur surface de liaison. 1 gramme d’argile couvre, suivant les argiles, de 10 à 80m²). a) Les graviers, sables, silts sont des éléments inertes. Ils assurent la structure du « béton ». Ils sont de formes rondes ou anguleuses. Des graviers aux silts, ce sont les mêmes éléments, du plus gros au plus fins. Il y a une continuité entre les éléments arbitrairement définis comme suit :  Gravier : 20 à 2mm  Sable : 2 à 0,02mm  Silt (limons) : de 0,02mm à 0,002mm (2μ) Les limons sont en fait des sables très fins. b) Les argiles sont des éléments actifs Elles permettent de lier les éléments inertes entre eux. Elles agissent à la manière d’une « colle ». En dessous de 2μ, on trouve les argiles. Les argiles ont une structure en feuilles liés entre elles par des liaisons ioniques. Les argiles sont des phyllo silicates (du grec phillos = feuille). L’argile sèche est très compacte, très dure. En présence d’eau, les plaquettes glissent les unes par rapport aux autres. Les argiles deviennent plastiques et augmentent de volume (plus ou moins suivants les argiles). On peut comparer le comportement des feuillets d’argiles à 2 plaques de verres « collées » avec de l’eau : les 2 vitres sont difficiles à séparées ; par contre, elles glissent facilement l’une par rapport à l’autre. A l’inverse, de la même façon, en séchant, les argiles ont du retrait et ce retrait s’il est important est un inconvénient majeur car il entraine des désordres dans la construction.

1.2 L’analyse des terres proprement dite a) Analyse par tamisage L’analyse par tamisage peut se faire de deux façon : à sec ou sous l’eau. On s’aperçoit que si l’on fait le tamisage avec la terre sèche et si l’on fait le tamisage de la même terre mais sous l’eau, on obtient des résultats parfois totalement opposés. Ceci est dû à la présence d’argile en nodules qui se comportent à sec comme des graviers et qui, de ce fait, reste avec les graviers au tamisage. Par contre, sous l’eau, ces argiles se dispersent et passent à travers tous les tamis. Il faut donc tirer les bonnes conclusions des tests : comment vont se comporter sur le terrain les argiles contenues dans la terre que l’on va employer ? Quel est le pourcentage d’argile qui va effectivement se comporter en éléments actifs ? D’où la nécessité, malgré les tests effectués, de tester la qualité des briques fabriqués avant de commencer la construction  Tamisage à sec Nous utilisons des tamis allant de 5mm à 0,02mm (on s’aperçoit en pratique qu’il est plus difficile de tamiser plus fin que 0,02mm). Après l’élimination préliminaire des graviers supérieurs à 10mm (maximum 20mm) on obtient un échantillon de départ du test. On tamise l’échantillon de 5mm et on pèse ce qui reste dans le tamis (T5). On tamise le reste du tamis 5mm (R5) dans le tamis de 2mm et on pèse ce qui reste dans le tamis T2 et ainsi de suite pour les tamis 1, 0.5 et 0.2. le reste du tamis 0.2 contient les sables fins, les limons et les argiles. Nous poursuivons l’analyse par le procédé de décantation. b) L’analyse par décantation Nous séparons dans un premier temps les sables fins des silts et des argiles. Pour cela, on verse le reste du tamis 0.2mm (T0.2) dans un récipient remplie d’eau. Après avoir remué le mélange, on laisse reposer 1min. rapidement, les sables fins tombent au fond du récipient. On récupère le liquide qui contient le mélange limon argile en suspension dans un récipient. Dès qu’ils sont séchés, on pèse les sables fins récupérés. Pour récupérer les limons et les argiles, il faut laisser reposer le mélange limons-argiles en suspension suffisamment longtemps. Il faut éliminer délicatement l’eau de décantation en prenant soin de n’enlever

que de l’eau qui ne contient pas d’argile (les argiles restent très longtemps en suspension). Pour accélérer l’élimination de l’eau, on peut utiliser une plaque de plâtre sur laquelle on dépose le mélange limons-argiles. On récupère la pâte obtenue à l spatule. Par rapport à l’échantillon de départ P = 100%, on retrouve le poids restant de l’ensemble argiles-limons en déduisant successivement les pesées des différents tamis et la pesée obtenue par décantation des sables fins. Pour l’estimation du pourcentage limons-argiles, on va procéder par comparaison avec le comportement d’argiles pures et de limons purs. On récupère un mélange limons-argiles par le procédé décrit précédemment. Il faut préparer un échantillon suffisamment important (le volume d’une boule de pétanque) pour pouvoir effectuer tous les tests comparatifs nécessaires à la détermination du pourcentage des argiles et des limons. Ces tests permettent d’estimer la quantité et la qualité des argiles. Cette détermination se fait à l’aide de plusieurs tests dont quelques-uns, après plusieurs expérimentations, nous semblent les plus pertinents. b.1 Les tests comparatifs en vue de la détermination du pourcentage d’argiles/limons dans le matériau terre    

Test de consistance (colombin) Test du cigare Test du retrait (Boite rainurée) Test de résistance à sec

Pour réaliser ces tests, il est indispensable de disposer, par test, d’échantillon de même humidité et de même dimension. On utilise des boules (de la taille d’une balle de ping pong), une de limon pure, une d’argile pure et une de chacune des mélanges limons-argiles des terres testées et à partir de chacune de ces boules, on essaie de façonner un colombin le plus long et le plus fin possible sans qu’il ne se casse. En notant le limon pur 0 et l’argile pure 10, on note les échantillons entre 0 et 10 suivant leur comportement au test. Pour faciliter la notation et affiner les comparaisons, il est intéressant d’analyser plusieurs terres à la fois.

i) Test de la consistance On réalise des colombins le plus long possible et de 3mm de diamètre sans qu’ils cassent.

a) Test du cigare

On fabrique un boudin de la grosseur d’un cigare et d’environ 25 cm de long et on avance le boudin lentement dans le vide. On note le comportement des échantillons comparativement à ceux d’argile pure et de limon pur. On note également de 1 à 10. ii)

Test du retrait

Nous effectuons ce test avec des planchettes rainurées (rainures d’environ 15 mm de large, de 6 mm de profondeur et 50 cm de long).

On remplit complètement chaque rainure avec un échantillon, une argile pure, un de limon pur et un du mélange limon argile de chaque terre testée, en arasant la surface de la planchette. Au bout de 24 h, on note le nombre de cassures dans chacune des rainures. On note le comportement de l’échantillon. Le retrait donne une indication ne soi (beaucoup de retrait entraine des désordres dans la construction). Le nombre de cassures donne, lui, une indication de la cohésion. A noter qu’il est difficile de savoir si on est en présence d’un pourcentage élevé d’argiles médiocres ou d’un pourcentage plus faibles d’argiles très cohésive car on d’un dans le cadre des analyses. iii)

Test de résistance à sec

Nous effectuons ce test avec les échantillons qui ont servi au test précédent, une fois qu’ils sont secs. On essaye d’écraser les pastilles entre le pouce et l’index. On note (de 1 à 10) le comportement des pastilles de terre par rapport à celles d’argile pure et de limon pur : - Les pastilles d’argile sont très dures - Les pastilles de limon s’effritent tout de suite. b.2 Conclusion des tests Avec les notes obtenues aux différents tests, on établit la moyenne, sachant que la note 10 correspondrait à 100% d’argiles dans le mélange, et 0 à 100% de limons (ou absence d’argiles) dans le mélange. A partir de la moyenne obtenue aux tests, on peut estimer, d’après la pesée limons-argiles, le pourcentage des argiles et des limons dans la terre analysée et

terminer de tracer la courbe de cette terre dans le dans le diagramme de granularité. c) correction amendement Si le tracé s’inscrit dans la courbe enveloppe de la terre «idéale», la terre peut être essayée telle quelle, sinon il faut la corriger en lui rajoutant les éléments manquants (du sable, par exemple). Ces tests donnent de bonnes indications sur la composition de la terre testée, mais ils ne constituent pas une vérité scientifique et le contrôle des briques sur le terrain en les testant reste le seul résultat fiable.

Chapitre 4 : LES TECHNIQUES DE CONSTRUCTION EN TERRE Les modes de construction en terre sont très variés. La terre peut être moulée, modelée, compactée, compressée. Pour chaque cas, il existe plusieurs technologies, de la plus naturelle et artisanale à la plus industrialisée. Cette diversité est due à la fois de types de terres rencontrées et aux matériels disponibles et/ou développés localement. Elle a ainsi entraîné une architecture très variée de par le monde. On peut présenter les principaux modes d'utilisation de la terre en les classant en fonction de l'étatd'humidité de la terre eu moment de son utilisation, et en fonction du mode de mise en œuvre du matériau. REMARQUE : il n’y a pas de « bonne terre ». Il y a juste de bons maçons qui savent utiliser la terre disponible. 4.1La terre, utilisée à l'état plastique, sous forme de boue 4.1.1 Adobe Ce procédé utilise un matériau très argileux, préparé à l'état liquide (teneur en eau de l'ordre de 30 %). Il s'agit d'un mode artisanal et manuel de fabrication de blocs, dans des moules de bois ou de métal. Ces blocs seront, après séchage au soleil, mis en place dans une maçonnerie dont le mortier est une boue de la même terre. Les blocs ainsi réalisés sont utilisés comme matériau porteur ou matériau de remplissage. Cette technique a été industrialisée et fortement mécanisée dans certains états du Sud aux U.S.A. (Arizona, Californie...) où elle est utilisée pour la construction neuve. 4.1.2 Bauge (Vendée), banco (Afrique), cob (Irlande), zabour (Yémen) La terre est semblable à celle des adobes et préparée de la même manière. Le mode de fabrication est artisanal: il consiste à modeler manuellement des murs à l'avancement, en formant des boudins d'environ 60 cm de hauteur et d'épaisseur à partir de boules de terre. Le matériau utilisé est très argileux, et peut être additionné de fibres végétales ou de paille. Les murs ainsi réalisés sont porteurs, en général. 4.1.3 Torchis (Normandie), tchicka (Ethiopie) Le matériau de base est identique à la bauge. Il est en général additionné de fibres, puis projeté ou placé en enrobage sur une ossature de bois ou de bambou.

Il s'agit donc un remplissage, la fonction porteuse étant assuré par l'ossature de bois. Dans tous les cas, la réalisation des constructions fait appel à des technologies artisanales et anciennes. Le matériau final est assez peu résistant, notamment vis-à-vis des intempéries ou de l'eau à l'état liquide (salles d'eau, cuisine,…). Pour pallier cet inconvénient, des solutions architecturales ont été mises au point au cours d'adobe de plus de 30 m de hauteur, âgés de plus de 300 ans, dans la vallée de l'Hadramaout au Yémen. On peut aussi citer les imposantes mosquées du Mali, ou les églises du sud des Etats-Unis. 4.1.4 La terre, utilisée à l'état légèrement humide : Pisé (France, Maroc), rammed earth (USA, Grande-Bretagne) Ce procédé utilise un matériau sableux ou graveleux (diamètre maxi des grains de 10 à 60 mm), préparé à l'état peu humide (teneur en eau de l'ordre de 10 à 15%). La méthode artisanale traditionnelle de mise en œuvre consiste à compacter manuellement la terre entre deux banches de bois (coffrages de 60 cm de hauteur, 40 à 60 cm de largeur, et 3 à 5 m de longueur), à l'aide de dames ou pisoirs. Les murs en pisé sont constitués de bandes horizontales correspondant aux branches, leur donnant une allure assez massive. La mise en œuvre du pisé s'est modernisée en utilisant des dames adaptées sur un marteau piqueur et des branches modulables métalliques. Le pisé est utilisé comme matériau porteur. C'est la méthode traditionnelle utilisée dans certaines régions du Sud-Est de la France jusqu'au début du siècle, et encore utilisée de nos jours au Maroc. 4.1.5 Briques de terre compactée (France), BTS (Algérie), compacted earth blocks Les briques de terre compactées sont fabriqués à partir d'une terre sabloargileuse dont les éléments ne dépassent pas 20mm. Ce matériau est utilisé comme matériau porteur ou de remplissage. Les briques sont fabriquées par compactage statique, dynamique ou par vibro- compression avec des presses manuelles, hydrauliques ou mécaniques. Cette technique est un mode moderne de construction dérivé de la maçonnerie en parpaing de ciment. Cette technique à l'intérêt de permettre la mise en place d'un contrôle de qualité simple des matériaux pendant leur fabrication, et d'utiliser, en les adaptant, les connaissances locales des maçons pour leur mise en œuvre.

Si le pisé est assez utilisé aux USA pour la construction neuve, la technique des blocs compactés ou compressés est actuellement celle qui a le meilleur avenir. Ses atouts sont la multiplicité des machines adaptées, les possibilités du suivi de sa fabrication, la simplicité de la mise en œuvre, les formes architecturales complexes et pourtant à réaliser (linteaux en arc, voûtes et coupoles). 4.2 Le compactage de la terre Le compactage est une technique qui consiste à augmenter la masse volumique d’un sol en diminuant son volume, donc en réduisant ses vides. En terrassements routiers, l'efficacité du compactage se définit, de manière générale, par sa capacité d'atteindre une densité sèche moyenne sur une épaisseur ou une profondeur donnée en un nombre de passes limite. Pour la fabrication de BTC, le compactage est en général produit par la mise en compression de la terre dans un moule, via une presse. Il existe plusieurs types de compactage :  compactage dynamique  compactage statique  compactage par vibro-compression Le compactage dynamique est utilisé en géotechnique routière lors de la mise en œuvre du sol pour la construction des ouvrages :    

remblais routiers remblais de voies ferrées digues et barrages en terre plates-formes pour bâtiment, etc.

Pour optimiser le compactage, il existe deux grands types d’essais correspondant à des modes opératoires de compactage sur chantier :  essai Proctor normal  essai Proctor modifié Ces deux essais permettent d’étudier et/ou optimiser la mise en œuvre des matériaux, sans permettre d’étudier leur comportement en service. Le compactage statique. Il consiste à imprimer un effort croissant sur un matériau, de façon à le comprimer dans un moule. Dans « l’essai de compactage

statique », le matériau est compacté de façon quasi-statique, et permet la fabrication d’éprouvettes homogènes qui serviront, d’une part pendant le compactage pour déterminer les paramètres de mise en œuvre, et d’autre part pour l’étude du comportement en service (Rc, Rt…). 4.3La vibro-compression Ce mode de compactage associe la vibration du moule et l’application d’une charge de compression, en général assez faible. Il est utilisé pour la mise en œuvre des produits béton.

Chapitre 5 : COMPRESSION DES BRIQUES DE TERRE Les techniques de construction terre traditionnelle sont nombreuses, les plus courantes sont :      

Le torchis (garnissage de claies) ; Le pisé (terre battue dans des banches-coffrages) ; L’adobe (terre crue moulée séchée au soleil) ; La bauge (terre façonnée) ; La terre paille (matériau plus léger et plus isolant) ; La terre comprimée (la brique de terre comprimée BTC est une approche de la modernisation et de la standardisation de l’utilisation du matériau terre dans la construction).

Il existe d’ancienne construction qui comporte d’autres éléments en plus de la terre telle que le bois, la pierre ou encore des végétaux. Les différents éléments naturels sont ceux que trouvent les populations dans leur environnement proche. 5.1 Le point de Proctor Une brique de terre comprimée est un béton de terre. Sa qualité est proportionnelle à la densification obtenue (plus la compression est élevée, meilleure est la qualité de la brique). Il faut éliminer l’air contenu dans la terre de manière à ce que tous les éléments qui la composent soient en contact les uns avec les autres. Pour favoriser la compression, on ajoute de l’eau qui agit comme un lubrifiant en facilitant le glissement des argiles et l’arrangement des éléments inertes les uns par rapport aux autres. Mais au-delà d’un certain seuil, l’eau (qui est incompressible) contraire la compression. Il faut donc déterminer la quantité d’eau nécessaire à la fabrication d’une brique : la teneur en eau optimum (TEO). Ce seuil s’appelle le point de Proctor.

En pratique, le point Proctor se détermine sur le terrain en compactant une boule de la terre préparée pour la fabrication, bras tendu à hauteur d’épaule tomber :  elle doit se briser en quelques morceaux  il n’y a pas assez d’eau si elle s’effrite  il y a trop d’eau si elle s’écrase par terre sans se casser. Ce test doit être effectué souvent (par gâchée) et au cours de la journée (modification d’hygrométrie : soleil, pluie). Il faut protéger la terre de la pluie, sachant qu’il est plus facile d’humidifier la terre que de la sécher. S’il faut rajouter de l’eau, la correction se fait au ¼ de litre à la fois par brouette de terre. 5.2Réalisation du mélange Le volume de mélange à préparer ne devrait pas dépasser une à deux brouettes de terre à la fois, pour que l’humidité n’ait pas le temps de se modifier. A titre indicatif :  une brouette = 60l  un seau de maçon =10l De la même manière est importante, sur un chantier, les déplacements liés a la fabrication des BTC. La phase de mélange est très importante : il faut réaliser un mélange très homogène. Il se fait à sec en trois temps : tamisage de la terre, rajouter du sable (si nécessaire), mélanger, rajouter du ciment (si fabrication de BTC stabilisées), mélanger (on déplace au moins trois fois le tas), puis on rajoute l’eau nécessaire en vérifiant avec le test décrit ci-dessus. Sachant cela, on peut calculer les déplacements de manière à ce que l’aire du dernier mélange se trouve au pied de la presse. 5.3Réalisations des briques et utilisation de la presse a) Réalisation des briques Il existe de nombreuses modèles de presse pour comprimer les briques :  manuelles ou motorisées  à transmission mécanique, hydraulique ou pneumatique Nous utilisons une presse manuelle à transmission à double compactage. Trois types de moules peuvent être utilisé :

 un moule pour une brique de 29,5 × 14 × 9  un moule pour une brique de 29,5 × 20 × 9  un moule pour une brique de 23 × 11 × 7 La longueur et la largeur de la brique sont données par les dimensions du moule et sont très précises. Ces valeurs sont invariables. Par contre, l’épaisseur de la brique résulte de la course du piston. Elle peut varier de quelques millimètres. Avec cette presse, la course du piston est fixe, donc la brique de terre aura toujours les mêmes dimensions (à quelques mm près), mais sera plus ou moins bien comprimée selon la quantité de terre employée ou la quantité d’eau ajoutée au mélange. Ces deux paramètres interfèrent et c’est en faisant des essais que l’on saura sur lequel de ces deux paramètres intervenir. b) Principe d’utilisation de la presse On remplit le bac doseur (prévu pour contenir la terre nécessaire à l’obtention d’une brique correctement comprimée) avec de la terre foisonnée préparée au point Proctor. Une fois rempli et arrosé, on fait pivoter le bac doseur de manière à remplir le moule de compactage. Pour renforcer les angles, on enfonce les doigts dans les quatre coins du moule avant de répartir la terre dans le moule (on a ainsi une plus forte compression aux angles) A l’aide du levier, on comprime et on démoule la brique. On prend la brique par les côtés pour ne pas abimer les arêtes et on la stocke de chant pour le séchage sur une palette posée bien à plat (pouvoir superposer plusieurs rangs, il faut que toutes les briques d’un même rang aient la même hauteur et cela est possible sur la largeur des briques qui a une valeur très précise définie par le moule). Pendant le séchage, il faut stocker les briques dans un endroit leur permettant de sécher lentement et d’une manière homogène pour éviter la formation de fissures dues à un retrait trop rapide.

5.4Briques spéciales Il est possible d’après les moules de base, de fabriquer des briques spéciales, par exemple : briques de chaînages, linteaux,…

 Exemple de fabrication d’une brique de chaînage On fabrique un gabarit en bois correspondant à la forme en creux que l’on doit ménager dans la brique permettant de couler du béton pour enrober les fers. Il faut proscrire les angles droits qui engendrent des amorces de fentes dans les briques (liées au retrait et à la différence de compression). On remplit le moule qui contient la forme en bois en ayant soin de diminuer la quantité de terre foisonnée correspondant au volume de la colle en bois (volume de la cale × 1,7). Le rapport du volume de terre foisonnée sur le volume de terre comprimée est d’environ 1,7. Pour garder un taux de compression constant, la terre doit être répartie avant compression dans le moule.

Chapitre 6 : LA STABILISATION, LES BRIQUES DE TERRE STABILISEES (BTCS) 6.1Pourquoi la stabilisation ? Suivant l’usage que l’on va faire des briques, il peut être utile voire nécessaire, de stabiliser.

Une brique de terre comprimée non stabilisée a :  De très bonnes propriétés d’échanges thermiques et hygrométriques ;  Une résistance suffisante à la compression pour pouvoir être utilisée telle quelle dans la construction. Mais au contact de l’eau, elle redevient plastique et ne résiste plus du tout à la compression (si on immerge une BTC dans un seau d’eau, le lendemain, il ne reste plus qu’un tas de boue au fond du seau). La stabilisation fige les argiles et améliore la résistance à la compression des briques. Si l’on immerge une BTC dans un seau d’eau, le lendemain, la brique est intacte : la stabilisation au ciment rend les argiles des briques à l’abrasion et aux chocs s’en trouve aussi améliorée. Dans les régions sensibles au gel, il faut éviter d’utiliser des briques de terre en extérieur, surtout sur les murs les plus exposés aux intempéries. Autrement, il

est nécessaire de stabiliser les BTC à plus de 10%. Sinon l’humidité contenue dans les briques se transforme en glace et les BTC s’émiettent très rapidement. 6.2La stabilisation au ciment Lors de la fabrication des BTCS, il faut tenir compte du fait que le ciment a besoin d’eau pour faire sa prise (matériau hydraulique). Après leur fabrication, il faut donc conserver les briques en milieu humide pendant une semaine au moins. Il faut utiliser un film plastique extensible afin de couvrir tous les côtés et le dessus des palettes de briques. Après une semaine de cette « cure humide », on enlève le film du dessus pour qu’elles puissent sécher lentement. (sinon il faut remouiller les briques régulièrement en fonction du climat). Le film plastique est conservé sur les côtés pour faciliter le transport des briques par palettes. Mais ce film se dégradant rapidement, l’utilisation à cet effet n’est valable que si le transport est effectué assez vite après le séchage des briques. Pour que le ciment assure son rôle de stabilisant, il faut un minimum de 3 à 4% en poids de ciment par rapport au poids de la terre utilisée, sinon il n’y a pas assez de liant. Ce minimum vaut pour un ciment de bonne qualité : suivant les qualités du ciment utilisé, ce pourcentage peut monter à plus de 10%. Plus la terre est composée d’éléments fins, plus il faudra de ciment pour lier les éléments entre eux. Dans le cas où il est difficile de se procurer du ciment, il est moins coûteux d’avoir une terre contenant des éléments plus gros car nécessitant moins de ciment pour un même degré de stabilisation (tout en restant dans les proportions et dimensions des éléments d’une terre propre à fabriquer des BTC). 6.3

Cas Pratique : MISE EN ŒUVRE DES BTC ET MORTIERS DE POSE 6.3.1 Mortier pour les BTC

L’objectif est d’obtenir un mortier aussi résistant à la compression que les briques. Pour cela, on augmente de 50% la quantité de ciment par rapport à celui des briques. Le mortier n’est pas comprimé, il contient beaucoup d’eau et est composé d’éléments plus fins. Ces trois facteurs affaiblissent la résistance du

mortier. (Pour une brique stabilisée à 6% de ciment, il faut en mettre 9%dans le mortier). Théoriquement, ces pourcentages s’appliquent aux poids des éléments. Sur les chantiers, les mélanges se font à partir de volumes (une brouette remplie au ras contient environ 60 litres, un seau de 10 litres). Les densités de la terre du sable et du ciment étant proche cela n’induit pas de grandes différences. En enlevant les graviers, on influe sur le pourcentage d’argiles qui devient trop important (trop d’argile amène trop de retrait). On rectifie en rajoutant plus ou moins de sable. Habituellement, on utilise la même terre au tamis de 3mm et on la mélange avec le même volume de sable afin d’obtenir un mortier facile à mettre en œuvre, sans trop coller. Pour une voûte (montée sans coffrage), on utilise un mortier plus gras. On utilise l’effet « colle » pour maintenir les briques en place en cours de montage d’un rang.