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Vulnérabilité des constructions en terre crue exposée à des dommages environnementaux

Projet de recherche

Les enjeux environnementaux du changement climatique, de l’épuisement des ressources naturelles et de l’accumulation des déchets, interpellent directement la pratique architecturale, vu la part imputée au secteur de la construction. Face à ces constats, des explorations telles que celles de Toyo Ito, et des pensées telles que celle d’Edgar Morin permettent d’ouvrir des perspectives sur les modes de (ré)action possibles. Le matériau terre crue offre à la fois une réponse pertinente face à ces enjeux et une adéquation avec les perspectives posées. Bien que ce matériau connaisse un fort regain d’intérêt dans le champ de l’architecture, des lacunes importantes persistent dans la connaissance de celui-ci, entre autres sur son comportement au cours de son cycle de vie. Le présent projet de recherche vise dès lors à mesurer et, le cas échéant, à améliorer la vulnérabilité des constructions en terre crue exposées à des dommages environnementaux, et plus spécifiquement face à des phénomènes de type inondations.

1 – Enjeux

Il y a exactement trente ans, soit en avril 1987, la Commission mondiale sur l’environnement et le développement présentait son rapport intitulé « Notre avenir à tous », aujourd’hui communément appelé « rapport Brundtland »[i]. Le constat qui introduit le rapport est clair : « L’incapacité de l’homme à intégrer ses activités à cette structure [nda : la Terre] est actuellement en train de modifier de fond en comble les systèmes planétaires. Nombre de ces changements s’accompagnent de dangers mortels. Il nous faut absolument prendre conscience de ces nouvelles réalités – que personne ne peut fuir – et il nous faut les assumer[ii] ». Pour répondre à ce « défi mondial », le rapport propose une notion nouvelle : le développement durable, soit « un processus de changement dans lequel l’exploitation des ressources, le choix des investissements, l’orientation du développement technique ainsi que le changement institutionnel sont déterminés en fonction des besoins tant actuels qu’à venir[iii] ».

L’histoire du développement durable et des débats qu’il génère ne sont pas à refaire ici. Cependant, trente ans plus tard, le constat de l’incapacité de l’humanité à prendre la mesure de cet enjeu et d’y apporter les réponses adéquates s’impose. Sur le seul aspect environnemental, on observe une hausse constante des émissions de gaz à effet de serre d’origine anthropique[iv], une augmentation des quantités de déchets produits[v] et une exploitation toujours plus importante des ressources dites « non renouvelables »[vi].

2 - Perspectives

Suite à la catastrophe de Fukushima, Toyo Ito, parmi d’autres, exprime, faussement naïvement, le désarroi dans lequel cette situation l’a plongé[vii]. Face à cette catastrophe, à ses causes, à la nécessaire reconstruction, il identifie les limites auxquelles le confronte le modèle de la pratique architecturale hérité du modernisme. Et il raconte l’émergence de nouvelles pratiques qui « (défrichent) la voie au-delà de l’architecture moderne »[viii], à la recherche d’une « profonde relation avec les besoins locaux »[ix].

Dans une même démarche, Edgar Morin dénonce le « paradigme de simplification » qui régit la pensée occidentale depuis le XVIIe siècle. En effet, si celui-ci « a sans doute permis les très grands progrès de la connaissance scientifique et de la réflexion philosophique ; ses conséquences nocives ultimes ne commencent à se révéler qu’au XXe siècle »[x]. L’une de ces conséquences serait « l’intelligence aveugle (qui) détruit les ensembles et les totalités, elle isole tous les objets de leur environnement »[xi].

3 - Terre

Matériau de construction ancestral[xii], la terre a pour ainsi dire disparu des pratiques constructives actuelles. Cependant, la convergence d’une évolution récente de la connaissance du matériau, des qualités environnementales du matériau semble offrir des conditions favorables à une revalorisation de son usage et de la problématique de la « terre déchet ».

Ainsi, depuis une petite quinzaine d’année, grâce aux avancées de la science des matériaux, la connaissance de la matière « terre » et, partant, du matériau « terre », a connu des évolutions conséquentes[xiii], permettant d’une part de mieux comprendre les techniques de mise en œuvre traditionnelles et d’autre part d’envisager de nouvelles techniques, voire de considérer comme « terre à bâtir » des terres déconsidérées jusqu’à présent.

Par ailleurs, l’exposition « La Terre de Paris »[xiv] a permis de démontrer que les quantités colossales de terre devant être évacuées de la région parisienne durant les 5 prochaines années, pourraient en fait devenir non un problème, mais bien une opportunité puisqu’une bonne partie de cette terre[xv] pourrait être utilisée pour l’édification des nouveaux développements urbains prévus autour du futur « Grand Paris Express » dont le chantier génère la majeure partie de cette « terre déchet ».

De plus, le matériau présente d’intéressantes propriétés thermiques, hygrométriques, filtrantes, …[xvi]

Enfin, la terre crue est une ressource très largement disponible, qui présente, à condition de ne pas être stabilisée, à la fois un processus de mise en œuvre produisant de très faibles nuisances environnementales[xvii] et la propriété d’être (presque) totalement et indéfiniment recyclable.

4 - Hypothèse

La connaissance du matériau terre et des conditions de sa mise en œuvre connaissent une évolution marquante, permettant de maitriser et d’optimaliser les caractéristiques constructives du matériau. Cependant, des questions restent ouvertes sur le comportement des constructions en terre au cours de leur vie. En effet, les constructions en terre crue présentent deux vulnérabilités importantes, d’une part face à l’eau (inondations, intempéries, condensation, …), et d’autre part face aux risques sismiques. Si ce second cas de figure fait l’objet de diverses recherches visant à assurer une plus grande fiabilité des constructions en terre crue[xviii], il semble que les risques liés à l’eau au cours de la vie d’une construction restent très peu étudiés[xix], a fortiori si l’on écarte l’usage de stabilisants. Or, dans le contexte belge, il s’agit bien des risques majeurs auxquels sont exposées les constructions en terre.

La cohésion d’un matériau en terre crue non stabilisée est assurée essentiellement par l’interaction entre l’argile et l’eau présentes dans celui-ci. Deux principes majeurs sont ici en jeux : les forces capillaires d’une part, et les liens ioniques d’autre part. A l’équilibre (matériau dit « sec »), la proportion d’eau ambiante présente dans le matériau est comprise entre 0,5% et 5%, alors qu’au moment de la mise en œuvre, elle varie entre 5% et 35% selon les techniques utilisées. On peut dès lors supposer qu’une augmentation sensible de cette proportion d’eau (suite par exemple à une inondation) jusqu’à, voire au-delà, des conditions de mise en œuvre, est susceptible, si elle ne ruine pas nécessairement l’édifice, de modifier la structure du matériau et dès lors ses propriétés mécaniques.

Avec pour objectif de pouvoir contribuer au (re)développement de ce matériau, la présente recherche se propose dès lors d’investiguer la vulnérabilité des murs massifs en terre crue exposés à la présence d’eau libre en grande quantité (situation d’inondation par exemple) en comparant différentes techniques traditionnelles (pisé, bauge, adobe, …) et contemporaine (BTC, terre-paille, …), sous l’angle d’une part des éventuelles modifications de leur comportement structurel, et d’autre part des dispositifs architecturaux mis en œuvre pour prévenir ces risques.

Dans un premier temps, un état de l’art des propriétés mécaniques de la terre crue et des protocoles d’essais et de mesure mis en place sera réalisé. Cette étape permettra à la fois d’établir un tableau critique de l’état de la connaissance, et d’identifier les protocoles d’essais et de mesure les plus pertinents. En parallèle, l’étude des dispositifs architecturaux préventifs existants et une mise en contexte des enjeux actuels de la construction en terre crue seront menés. Dans un second temps, une campagne d’essais sera effectuée sur des échantillons des différentes techniques de mise en œuvre de la terre crue. Enfin, sur base des résultats obtenus et de leur analyse, l’implémentation des techniques constructives et l’optimalisation des dispositifs architecturaux seront envisagés.

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[i] Commission de l’environnement et du développement, Notre avenir à tous, Organisation des Nations Unies, 1987, lien : http://www.diplomatie.gouv.fr/sites/odyssee-developpement-durable/files/5/rapport_brundtland.pdf

[ii] ibid. p.7

[iii] ibid. p.14

[iv] Les émissions de gaz à effet de serre d’origine anthropique, dont le dernier rapport du GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, Changements climatiques 2014, Incidences, adaptation, et vulnérabilité – Résumé à l’intention des décideurs, Suisse, 2014, lien : https://www.ipcc.ch/home_languages_main_french.shtml) considère qu’elles sont de façon « extrêmement probable » (soit 95 à 100% de probabilité d’occurrence, voir encadré RID.3, p.6 du rapport susmentionné) la principale source des changements climatiques observés ces dernières décennies, ont augmenté de façon continue au cours de cette période, passant de 20.994 millions de tonnes de CO2 en 1987, à 35.849 millions de tonnes de CO2 en 2013 (pour mieux situer ces données, la production de CO2 d’origine anthropique était de 8.324 millions de tonnes en 1957 et de 3.894 millions de tonnes en 1927, soit un quasi doublement par période de 30 ans. Source : Tom Boden & Bob Andres, Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, USA , avril 2016, lien : http://cdiac.ornl.gov/ftp/ndp030/global.1751_2013.ems). Environ 10% de ces gaz proviennent de l’industrie de la construction, dont un peu plus de la moitié pour la seule production du béton. Et 24% sont imputables aux bâtiments en usage (ces deux dernières données proviennent de : Guillaume Habert, Identifier les chemins pour une construction soutenable, contribution dans le cadre du séminaire La construction en terre crue, UCL, Tournai, avril 2016, lien : http://uclouvain.be/cps/ucl/doc/sst-loci/images/PPT_G.Habert_15avril16.pdf).

[v] La production de déchet à l’échelle mondiale suit une courbe exponentielle depuis le début du XXe siècle et dont on n’estime qu’elle ne s’infléchira pas avant 2025 dans le meilleur des cas (Daniel Hoornweg et al., Environment : Waste production must peak this century, Nature, 2013. Source : http://www.nature.com/news/environment-waste-production-must-peak-this-century-1.14032). En 2012 et pour la seule Europe des 28, le secteur de la construction/démolition représentait 32,5% des 2,5 milliards de tonnes de déchets produites (source : http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Waste_statistics/fr ). Le traitement des déchets continue à poser problème malgré les efforts considérables fournis pour le recyclage. En effet, toujours pour 2012 et pour l’Europe des 28, si 45,7% des déchets ont été valorisés (dont recyclage :36,4% ; travaux de remblayage : 9,3%), 48,3% ont été dispersés dans l’environnement (ils sont considérés comme « éliminés ») par mise en dépôt (décharges sous et sur sol), épandages sur sol et rejets dans l’eau, et 6% ont été incinérés, dont 4,4% avec valorisation énergétique (source : http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Waste_statistics/fr).

[vi] Du point de vue des ressources, le cas du sable, cette matière si commune, si abondante, permet d’illustrer la problématique de l’usage d’une ressource à un rythme supérieur au renouvellement de celle-ci. En effet, le sable est le résultat d’un processus extrêmement long (plusieurs siècles, voire plusieurs millénaires). Or, du fait d’un usage extrêmement intensif, celui-ci devient rare. Il ne s’agit pas de tous les sables, mais de ceux aptes à être utilisés dans la production d’une multitude de nos objets quotidiens, et, surtout, du béton. Etonnamment, alors que le sable est la matière première la plus consommée après l’air et l’eau, les données sur la consommation mondiale ne sont disponibles que depuis quelques années (Entre 47 et 59 milliards de tonnes de matière sont extraites chaque année, dont 68 à 85% sont du sable et des graviers (les deux catégories sont réunies dans la catégorie des « aggregates »). De plus, l’extraction de ces derniers connaît la plus forte croissance. Source : https://na.unep.net/geas/getUNEPPageWithArticleIDScript.php?article_id=110). Il n’en reste pas moins que pour répondre à la demande grandissante, les techniques d’extraction ont sensiblement évolué ces dernières années, s’attaquant à des réserves jusqu’ici inexploitées, et plus particulièrement aux fonds marins et aux plages. Posant non seulement des difficultés techniques (extraction sous-marine impliquant un équipement lourd et coûteux, nettoyage du sable pour l’élimination du sel qui en empêche sa bonne utilisation, ...), l’extraction massive de sable marin a un impact hautement négatif sur les écosystèmes concernés (source : https://na.unep.net/geas/getUNEPPageWithArticleIDScript.php?article_id=110).

[vii] Toyo Ito, L’architecture du jour d’après, Les Impressions Nouvelles, 2014

[viii] ibid. p. 165

[ix] ibid. p.178. Par ailleurs, l’émergence de ces nouvelles pratiques a fait l’objet de l’exposition proposée par le pavillon japonais lors de la 15e Biennale d’architecture de Venise intitulée « Nouvelles du Front ». Cette exposition regroupait un ensemble de projets autour de la notion de l’EN (terme japonais que l’on pourrait traduire par « lien »). Lien : http://2016.veneziabiennale-japanpavilion.jp

[x] Edgar Morin, Introduction à la pensée complexe, Editions du Seuil, 2005, p.18

[xi] ibid. p. 19

[xii] Entre autres exemples, le village de Jerf el-Ahmar en Syrie est l’un des plus anciens vestiges attestant encore aujourd’hui d’édifices en terre crue. Les maisons les plus anciennes datent de +/- 8500 ans avant notre ère. André Stevens, Architecture de terre et patrimoine mondial, Koregos, reporticle n°153 publié le 25/11/2015. Source : http://www.koregos.org/fr/andre-stevens-architecture-de-terre-et-patrimoine-mondial/8059/)

[xiii] Voir e.a. : Romain Anger, Approche granulaire et colloïdale du matériau terre pour la construction, Thèse de doctorat, INSA-Lyon, Lyon, 2011

[xiv] Terres de Paris, de la matière au matériau, exposition, commissaires scientifiques : Paul-Emmanuel Loiret & Serge Joly, Pavillon de l’Arsenal, Paris, 13/10/2016 – 08/01/2017

[xv] Sous ce singulier se cache en réalité une multitude de variétés de terre. En effet, le sous-sol parisien a la caractéristique de présenter un nombre exceptionnel de composions géologiques. Cette diversité, loin d’être un inconvénient, offre la possibilité de combiner les différentes variétés de terre au gré des besoins spécifiques des matériaux nécessaires (terre à piser, terre à enduit, terre à brique, …).

[xvi] Andra Klinge et al., Hygroscopic natural materials versus mechanical ventilation, communication, congrès Terra 2016, Lyon, juillet 2016

[xvii] La production de CO2 est de 23 g/kg de pisé, de 64 à 106 g/kg de pisé stabilisé (5 à 10% de ciment portland) et de 130 g/kg de béton ordinaire (25 MPa). Source: Henri Van Damme & Hugo Houben, Should raw earth be improved? An environmental look, communication, congrès Terra 2016, Lyon, juillet 2016

[xviii] à ce sujet, voir e.a. les travaux de Marcial Blondet (PCUP, Pérou) et Julio Vargas (PCUP, Pérou).

[xix] Les recherches menées dans ce domaine portent essentiellement sur l’exposition aux precipitations et aux variations du taux d’humidité relative sans atteindre la saturation. Voir e.a.

BUI, Q. B. & MOREL, J. C., Durability of rammed earth walls exposed to 20 years of natural weathering, International symposium on Earthen Structures, Bangalore, Inde, pp.113120, 2007.

Agostino Walter Bruno, Hygromechanical characterisation of hypercompacted earth for building construction, Thèse, Université de Pau et des Pays de l’Adour, 2016