Raw earth is one of the oldest building materials of mankind. Almost a third of the world’s population is living in an earth-based house. However, their use remains low compared to conventional materials such as concrete, steel, and wood. Although these geosourced materials are abundant, recyclable, and have a low environmental footprint, their use is very limited in the construction sector. This can be explained by the lack of data regarding their hygrothermal behavior. In this context, the present work aims to highlight the properties of cob construction material with straw addition. An experimental characterization of hygrothermal and microstructural properties has been carried out. Thermal conductivity, specific heat, sorption isotherms, moisture storage capacity, moisture buffer value (MBV), and water vapor permeability are obtained experimentally. Then, the collected data are used as input parameters of a numerical prediction model to numerically assess the thermal and hygric behavior. Cob is then compared to other more commonly used materials to highlight the benefits of its use within the context of the energetic and environmental transition. Our results will allow better understanding of the behavior of the new geosourced material thanks to experimental and numerical investigation.

In this article, the functional properties of hemp concrete are studied. Hemp concrete stands to reduce the carbon impact and improve the energy consumption of houses. Hence, numerous properties are measured: mass and dimension (volume) variations are found, as is the variability in hygrothermal properties (density, thermal conductivity, heat capacity, moisture buffer value, and water vapor permeability). This entry proposes three different characterization campaigns. The first is a short introduction to the spatial variability in thermal conductivity; the second is dedicated to the study of univariate variations in the mass, volume, and hygrothermal properties of hemp concrete samples. The last one tackles the aging evolution of the properties characterized during the second campaign, in which the samples follow several aging protocols, including exposure to outdoor conditions, the application of immersion-drying cycles, and the application of freeze–thaw cycles. A set of samples is kept under control conditions to allow for comparison. As the main result, spatial variability was found in the material. This is related to the random manufacturing variability or the spatial position regarding the height of the manufactured element. A high univariate variability is found across hemp concrete samples. Moreover, the storage of samples under stable reference conditions implies very little change in the studied materials’ properties, whereas all accelerated aging protocols implied major changes of properties. In particular, we observed an evolution of the thermal conductivity of the samples kept under control conditions for 4 months, with the thermal conductivity ranging from −2.7% to +6.3% with a mean evolution of +1.22%. We observed an increase in the same property, ranging from +2.7% to +18.3%, with a mean of +9.0% for samples kept for 4 months under natural outdoor conditions, an increase ranging from +7.3% to +23.6% with a mean of +15.2% for samples that had undergone 20 cycles of immersion-drying, and an evolution of this property ranging from −5.6% to +12.3% for samples that had undergone 20 freeze–thaw cycles.

Ce travail concerne la modélisation numérique et expérimentale de la variabilité des propriétés thermo-hydriques de matériaux cimentaires en vue de l’évaluation de son impact sur la prédiction du comportement hygrothermique de parois de bâtiments. Une approche probabiliste qui prend en compte la variabilité spatiale des propriétés de matériaux lors des transferts couplés de chaleur et d’humidité a été développée. Elle est basée sur la génération, par la décomposition modale de Karhunen-Loève, de champs aléatoires spatialement corrélés. Une implémentation d’un modèle de transfert hygrothermique dans un code de simulation numérique a été ensuite réalisée en adoptant cette démarche stochastique. Cette dernière, qui considère comme variables d’entrée des champs aléatoires, permet de quantifier l’incidence de cette variabilité sur le comportement hygrothermique d’une paroi de bâtiment. Une étude préalable, dédiée à l’évaluation de l’incidence de la variabilité aléatoire du coefficient de diffusion, a été entreprise en considérant une variabilité de ±30% pour un mortier et de ±20% pour un BHP suivant une loi de distribution normale. Aussi, nous avons relevé un certain nombre d’incertitudes possibles de la teneur en eau à saturation tout en montrant leurs effets sensibles sur le résultat de la prédiction du comportement hygrothermique. Ces études ont permis de mettre en exergue l’importance de la prise en compte des incertitudes sur les données du matériau lors des simulations numériques des transferts hygrothermiques. Sur le plan expérimental, une campagne d’évaluation de la variabilité spatiale des paramètres les plus influents a été menée. Cette campagne a été réalisée sur un voile de dimension 2x1,2 m fabriqué au laboratoire. À l’issue de ce programme expérimental, l’espérance, la variance et la longueur de corrélation des propriétés étudiées (porosité à l’eau, perméabilité à la vapeur, isotherme de sorption et perméabilité au gaz) ont été déterminées. Ces trois paramètres sont indispensables pour la bonne mise en œuvre de la décomposition de Karhunen-Loève. Aussi, une autre campagne de caractérisation expérimentale a été menée sur des pâtes de ciment, mortiers et béton. Elle a été divisée en trois grandes parties selon les propriétés étudiées : (i) Les propriétés microstructurales et d’hydratation où l’on retrouve les mesures des porosités à l’eau et au mercure ainsi que les distributions de la taille des pores et une analyse de l’effet du taux d’hydratation de matériaux cimentaires sur leurs propriétés hygrothermiques. (ii) Les propriétés hydriques : dans cette partie, une analyse sous différents angles (évolution en fonction de l’âge des matériaux, en fonction de la température, effet des constituants des matériaux, etc.) a été réalisée sur les isothermes de sorption et sur la perméabilité à la vapeur d’eau. (iii) Les propriétés thermiques où des mesures de conductivités thermiques et de chaleurs spécifiques ont été effectuées. Les résultats de l’étude ont mis en exergue les limites des approches déterministes suite à leurs confrontations avec les résultats obtenus par l’approche probabiliste, mise en œuvre dans le cadre du présent travail.