Measurement of the hygrothermal behaviour of rammed earth
Mesure du comportement hygrothermique du pisé
Résumé
Massive rammed earth walls are known for their comfort of living and their ability to regulate the temperature and humidity inside buildings. The evolution of regulations – particularly the thermal ones (RT 2012) - now involves having buildings that meet stringent criteria. However, rammed earth buildings seem not to be in accordance with the references defined by these regulations. This suggests that criteria, other than the simple thermal resistance,should be taken into account to characterize the behavior of a rammed earth building. The coupled heat and mass transfers mechanisms occurring within a porous material such as rammed earth – which lead to this natural regulation – are well known empirically. However, their set scientific evidences are more difficult. The aim of the thesis was to develop a measurement chain of water and heat transfers in rammed earth, to observe and quantify them. A new rammed earth house has been studied during these three years. The thesis was then carried out in four phases:1. Development of a measurement chain (liquid water content probes, relative humidity, temperature and heat flux sensors). Each of the sensors was modified and adapted and calibrated to resist compaction and run in a dense material and containing clay;2. Geotechnical, hydric and thermal characterization of the material: particle size distribution, density, transfer of liquid and vapor, sorption, thermal conductivity,specific heat;3. Testing in laboratory at wall scale in a sealed box working as double climatic chambers designed in the laboratory. Four rammed earth walls were equipped with sensors developed in phase 1;4. Testing at a house scale: the reference house was equipped with the same sensors during construction and monitoring of transfers has been set up for at least 5 years.The main objectives were to instrument rammed earth walls during their manufacturing taking into account the compaction energy, to have a sensor calibration taking into account significant variations of in situ temperatures and record over a long period (at least 5 years) hydric and thermal conditions in the walls, as well as inside and outside the building.The obtained results demonstrate the phenomena of heat and water transfers occurring in the walls. The experimental results allow considering the development of models adapted to compacted earth.
Les murs massifs en pisé sont connus pour leur confort d’habitation et leur capacité à réguler la température et l’humidité à l’intérieur des bâtiments. L’évolution des réglementations – notamment thermiques (RT 2012) – implique aujourd’hui d’avoir des bâtiments répondant à des critères drastiques. Or, le bâti en pisé semble, a priori, ne pas s’inscrire dans les références définies par ces règlements. Il semblerait donc qu’il faille prendre en compte d’autres critères que la simple résistance thermique pour caractériser le comportement d’un bâtiment en pisé. Les mécanismes couplés de transferts de masse et de chaleur qui ont lieu au sein d’un matériau poreux comme le pisé et qui conduisent à cette régulation naturelle sont bien connus empiriquement. Cependant, leurs mises en évidence scientifiques sont, quant à elles, plus difficiles.L’objectif de la thèse a été de développer une chaîne de mesure des transferts hydriques et thermiques dans les bâtiments en pisé afin de les observer et de les quantifier. Une habitation neuve en pisé a été étudiée en particulier durant ces trois ans. La thèse s’est alors déroulée en quatre phases :1 - Développement d’une chaine de mesure (capteurs de teneur en eau liquide, d’humidité relative, de température, de flux de chaleur). Chacun de ces capteurs a été modifié, adapté et étalonné pour résister au damage et fonctionner dans un matériau dense et contenant de l’argile ;2 - Caractérisation géotechnique, thermique et hydrique du matériau : granulométrie, densité, transferts de liquide et de vapeur, sorption, conductivité thermique, chaleur spécifique ;3 - Essais à l’échelle du mur en laboratoire dans un caisson étanche fonctionnant en double enceintes climatiques conçues au laboratoire. Quatre murs en pisé ont été équipés des capteurs développés en phase 1 ;4 - Essais à l’échelle de l’habitation : la maison référence a été équipée des mêmes capteurs durant sa construction et un monitoring des transferts a été établis pour au moins 5 ans.Les objectifs principaux étaient d’instrumenter des murs en pisé durant leur fabrication en prenant en compte l’énergie de compaction, d’avoir un étalonnage des capteurs tenant compte des variations importantes de températures in situ et, d’enregistrer sur une longue période (au moins 5 ans) les conditions hydriques et thermiques dans les murs, ainsi qu’à l’intérieur et à l’extérieur de l’habitation. Les résultats obtenus mettent en évidence les phénomènes de transferts thermiques et hydriques se produisant dans le pisé. Les résultats expérimentaux permettent d’envisager la mise au point de modélisations adaptées à la terre compactée.
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