Conception and characterization of new biosourced eco-materials for sustainable building construction
Conception et caractérisation de nouveaux éco-matériaux biosourcés pour une construction durable de bâtiments
Résumé
The desire to design modern buildings with low environmental impact and high energy efficiency has led to an increase in bio-based masonry studies. Indeed, the design of next generation building materials with local by-products and wastes is one of the most promising solutions to green the building sector and promote low-cost green housing. In this thesis work, the development and the hygrothermal and mechanical characterization of several bio-based building materials are presented.The motive behind the work carried out is to promote the use of plant fibers of Moroccan origin (Alfa, Moroccan Cannabis, etc.) in improving the thermal insulation quality of common binders (plaster, clay and cement) with the aim of stimulating the sector of biosourced construction materials in Morocco, and the eastern region in particular. It is in this reflection that we studied the impact of agro-based additives from Eastern Morocco (Alfa, etc.) as a partial replacement of the usual matrices on the hygrothermal and mechanical performance of construction materials. The manufacturing protocol was based on the incorporation of different additive contents into the matrices in question. A water-to-matrix ratio of 0.5 is adopted during the preparation of the bio-composites.At the material level, the intrinsic properties of the bio-composites prepared were identified using various laboratory tests, as described in Chapter 2.At the wall scale, dynamic thermal simulations and CFD analyses were performed to assess the potential use of the produced materials in improving the energy efficiency of buildings, and interior thermal comfort in particular. To promote the use of earth in contemporary construction, the effectiveness of a hybrid wall (brick/adobe) in improving the comfort in summer and winter was evaluated. For accuracy purposes, the developed building models (PMV-PPD) were calibrated and validated based on the real-time monitoring of an existing buildingThe results of this thesis show that the use of local agro-aggregates significantly improves the thermal performance of the building envelopes with enhanced assurance of occupant satisfaction.
La volonté de concevoir des bâtiments modernes à faible impact environnemental et à haute efficacité énergétique a conduit à une augmentation des études de maçonnerie biosourcée. En effet, la conception de matériaux de construction de nouvelle génération à partir de produits et sous-produits locaux est l’un des solutions prometteuses pour verdir le secteur du bâtiment et promouvoir les logements écologiques à bas prix. Dans ce travail de thèse, le développement et la caractérisation hydro-thermo-mécanique de plusieurs matériaux de construction biosourcés sont présentés.Le motif derrière les travaux menés est de valoriser l’utilisation des fibres végétales d’origine marocaine (Alfa, Cannabis marocain, etc.) dans l’amélioration de la qualité d’isolation thermique des liants courants (plâtre, argile et ciment) dans le but de stimuler la filière des matériaux de construction biosourcés au Maroc, et la région orientale notamment. C’est dans cette réflexion que nous avons étudié l’impact des agro-additifs du Maroc Oriental (Alfa, …) comme remplaçant partiel des matrices usuelles sur la performance hygrothermique et mécanique des matériaux de construction. Le protocole de fabrication s’est basé sur l’incorporation de différents teneurs en additifs dans les matrices en question. Un rapport eau/matrice de 0.5 est adopté au cours de la préparation des bio-composites.À l’échelle du matériau, les propriétés intrinsèques des composés préparés ont été identifiées à l'aide de divers tests de laboratoire, qui sont décrits au chapitre 2.À l’échelle de la paroi, des simulations thermiques dynamiques et des analyses CFD ont été réalisées pour évaluer les utilisations potentielles des matériaux conçus pour l’amélioration de l’efficacité énergétique des bâtiments, et le confort thermique intérieur en particulier. Pour promouvoir l’utilisation de la terre dans les constructions contemporaines, l’efficacité d’un mur hybride (brique/adobe) pour améliorer le confort estival et hivernal a été évaluée. Pour des fins de précision, les modèles de bâtiment développés (PMV-PPD) ont été calibrés et validés sur la base du monitoring en temps réel d’un bâtiment existant.Les résultats de ce travail de thèse démontrent que l’utilisation d’agro-agrégats locaux améliore significativement la performance hygrothermique de l’enveloppe du bâtiment avec une bonne assurance de la satisfaction des occupants.