BAti durable: Structure et Enveloppe : BASE

Orientations scientifiques

Les actions développées dans ce thème concernent les éléments d’enveloppe et de structure du bâtiment.  Le thème s’attache à la compréhension des réponses thermiques, mécaniques, hydriques d’éléments d’enveloppe et de structure d’un bâtiment neuf ou existant comportant en particulier des matériaux non-conventionnels et multifonctionnels.

Verrous et approche scientifique du problème

Dans la continuité des études déjà engagées au LOCIE sur le comportement d’éléments de parois ou de structures comportant des matériaux de construction non conventionnels à faible énergie grise ou bas carbone (élaboration, modification, caractérisations hygrothermique et mécanique, couplage en milieu poreux), le laboratoire s’intéressera de plus aux parois multifonctions (mécanique et thermique) ainsi qu’à leurs assemblages. Un volet sera consacré à l’étude des matériaux multicouches nécessaires à ces parois. Les phénomènes à prendre en compte sont nombreux et concernent les transferts couplés de masse et de chaleur, le comportement mécanique et hygrothermique des parois, la collecte et la conversion d’énergie intégrée aux enveloppes, la stabilité structurelle du bâti, la dynamique des structures et le comportement des matériaux de construction. A la complexité des phénomènes déjà mentionnés s’ajouteront les phénomènes liés aux assemblages et à la multifonctionnalité.

Pour cela il est nécessaire de développer des méthodes d’auscultation, du diagnostic structurel et énergétique du bâti. Les méthodes basées sur les analyses expérimentales dynamiques, les corrélations d’image, semblent très prometteuses. Les défis sont liés au comportement multi-physique et la difficulté de mesure in-situ, donc la nécessité de reconstituer un modèle valable à partir de mesures peu intrusives. On s’intéressera dans ce cadre du développement de métrologies innovantes pour l’humidité dans les parois du bâtiment, tels que le développement de capteurs hyperfréquences, ou encore  les capteurs de température et d’humidité basés sur des technologies sans fils comme la RFID.

Face au défi de réhabilitation de parois anciennes, la fiabilité des modélisations doit être améliorée. En effet, l’isolation des murs anciens (pisé, etc.) perturbe l’équilibre hygrothermique et peut impacter la cohésion mécanique du matériau. L’impact de cette perturbation peut être appréhendé grâce à l’étude des phénomènes de transferts de masse et de chaleur couplés au sein du matériau, influencés par l’environnement (ensoleillement, vent, usagers du bâtiment, chauffage, ventilation…). Les matériaux fortement hygroscopiques (par exemple isolants bio-sourcés, ou d’autres matériaux non-conventionnels) permettent de réduire l’amplitude de variations de conditions aux limites (« effet tampon »). Ce comportement reste toutefois complexe et une modélisation plus précise nécessite de prendre en compte les phénomènes nouveaux, négligées dans les modèles standards (hétérogénéité volumique, couplages hygro-thermo-mécaniques, cinétiques de sorption, impact des liants sur les propriétés…), au sein d’un matériau, mais aussi aux interfaces.

 

Ce défi de rénovation s’inscrit pleinement dans la limitation de l’impact environnemental des bâtiments. Cet effort nécessite parfois de réparer ou renforcer la structure en place, d’un point de vue mécanique : par exemple le protocole associant une grille inox et un mortier mis au point au laboratoire a donnée de résultats prometteurs et son étude doit être poursuivie.  Plus généralement, utilisation des matériaux bas-carbone (terre crue, stabilisants naturels ou issus de déchets…) est une alternative intéressante aux constructions traditionnelles. Pour cela il est nécessaire d’étudier leur comportement multi-physique, y compris sanitaire, en pérennant en compte leur impact sur la qualité de l’air intérieur.

L’enveloppe d’un bâtiment, neuf ou rénovée, peut non seulement protéger l’espace intérieur, mais aussi répondre à certains besoins énergétiques (chaud, froid, électricité…). Ceci nécessite de mettre en œuvre des modèles physiques couplés de ces parois multifonctionnelles, et de développer des approches à des échelles très différentes spatiales (du composant élémentaire, par son intégration dans l’enveloppe avec des conditions au limites variables, jusqu’à au couplage avec les besoins énergétiques à l’échelle du bâtiment ou de territoire) et temporelles (de la variabilité journalière d’ensoleillement au changement climatique).

Effectifs permanents

Les chercheurs rattachés à ce thème représentent 6,7 eq EC (dont 2.30 Pr et 5.20 MCF), soit 3,35 ETP_R.

N.Prime (MCf, 100%), O. Plé (Pr, 100%), M. Woloszyn (Pr, 50%), C. Ménézo (Pr, 30%), J.P. Plassiard (MCf, 100%), A-C Grillet (MCf, 100%), S. Rouchier (MCf, 20%), A. Agbossou (Pr, 50%), A-L Perrier (MCf, 50%), M. Pailha (MCf, 50%), A. Lushnikova (MCf, 100%).

 Moyens mobilisés

Des actions sont déjà en cours concernant la plupart des problématiques. Ainsi, sur le pisé, des programmes MOPGA (sur la stabilisation du pisé), ADEME-Olimp (isolation du pisé) et ANR V-Batch (structure en pisé viennent de débuter permettant de démarrer ou renforcer des collaborations avec le Politecnico de Milan, l’ENTPE et le laboratoire ISTerre à l’USMB. En ce qui concerne l’étude des matériaux biosourcés ainsi que de leur impact sur l’ambiance intérieure, ceci permettra de continuer la collaboration avec l’Université des Sciences de Ho Chi Minh Ville au Vietnam. Il conviendra également de développer une nouvelle collaboration avec une équipe spécialisée dans l’identification des moisissures. Cette action, qui a déjà démarré dans le cadre d’un programme SCUSI Région Auvergne-Rhône Alpes, permet aussi le développement de projets transversaux au sein même du LOCIE. Tous ces projets s’appuieront sur différents moyens expérimentaux, existants ou en cours d’installation au LOCIE, qu’il conviendra d’améliorer ou d’adapter aux différents projets (analyse thermogravimétrique, double enceinte thermohygrique (RHBox), conductimètre, plateforme structure…). Une  MCF 60 vient d’être recrutée pour renforcer les aspects de diagnostic et réparation mécanique.

Partenariats et projets

PUCPR (Brésil), ENTPE –Lyon, Cethil – Lyon, CSTB –Grenoble, Université des sciences de Ho Chi Minh Ville Vietnam, UGA-Isterre, Politecnico di milano, CEREMA équipe BPE SCUSI (Région) , ANR V-Batch, OLIMP, SMART RENO et collaborations industrielles (EDF, Léon Grosse, Filiaterre, Patriarche Architecture).