Impact des microorganismes sur le comportement des matériaux biosourcés pour le bâtiment
Le développement des matériaux biosourcés à base de granulats végétaux est une solution alliant performance technique et environnementale. Cependant, leur comportement vis-à-vis de l'eau et plus particulièrement du développement des microorganismes est encore mal connu. Afin d'apporter les...
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| Autres auteurs: | , , , , , |
| Format: | Thèse numérique |
| Langue: | Français Anglais |
| Publié: |
2023.
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| Sujets: | |
| Accès en ligne: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2023ORLE1096_va.pdf http://www.theses.fr/2023ORLE1096/abes https://theses.hal.science/tel-05139899 |
| Note: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire de mécanique Gabriel Lamé (Orléans ; 2018-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Karim Aït-Mokhtar (Président du jury) ; Karim Aït-Mokhtar, Rachid Zentar, Emmanuel Rozière, Sylvain Bourgerie, Audrey Prorot (Membre(s) du jury) ; Rachid Zentar, Emmanuel Rozière (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Impact of microorganisms on the behavior of bio-based materials for building |
| Résumé: | Le développement des matériaux biosourcés à base de granulats végétaux est une solution alliant performance technique et environnementale. Cependant, leur comportement vis-à-vis de l'eau et plus particulièrement du développement des microorganismes est encore mal connu. Afin d'apporter les réponses nécessaires pour les intégrer dans le bâtiment, la recherche actuelle vise à comprendre et maitriser leurs propriétés face aux fortes humidités et le risque de développement microbien. Dans ce contexte, cette thèse inscrite dans le cadre du projet région Centre Val de Loire, MATBIO, porte sur l'étude de l'impact du développement microbien sur les matériaux biosourcés à base de granulats végétaux utilisés dans l'isolation thermique et la réhabilitation énergétique des bâtiments. Les objectifs de cette recherche incluent l'évaluation des effets du développement microbien sur ces matériaux, la compréhension des mécanismes microstructuraux à l'origine du comportement macroscopique, ainsi que l'étude de traitements préventifs pour éviter ou réduire le développement microbien sur ces matériaux. L'étude a été menée sur quatre types de granulats végétaux et quatre biocomposites à base de ces granulats. Ces matériaux ont été soumis à un vieillissement accéléré dans des conditions favorisant le développement microbien. Tout d'abord, différentes caractérisations ont été réalisées sur ces matériaux pour évaluer l'effet du développement microbien sur les propriétés fonctionnelles des matériaux. Les caractérisations ont inclus des évaluations microbiologiques, mécaniques, thermiques, et physico-chimiques. Les tests de dénombrement ont montré que les granulats étaient initialement contaminés par des microorganismes avant le vieillissement, probablement en raison des conditions de stockage chez l'agriculteur. Pour les biocomposites, aucune contamination n'a été observée avant le vieillissement accéléré, probablement en raison de la présence de chaux, ayant une forte alcalinité. Cependant, tous les matériaux ont présenté une croissance microbienne significative après 12 mois de vieillissement. Par ailleurs, les observations cryo-HRSEM ont corroboré les constatations tirées des résultats obtenus pour les granulats et les biocomposites. La conductivité thermique et la masse volumique des granulats étudiés ont montré une légère diminution entre 0 et 3 mois et sont restés constantes jusqu'à 12 mois. De plus, la résistance mécanique, la conductivité thermique et la masse volumique des biocomposites ont montré des diminutions entre 0 et 12 mois et en particulier WaL, le biocomposite à base de paille de blé, de chaux, et d'additifs. Cette diminution des propriétés physiques des matériaux biosourcés étudiés est probablement attribuée à la dégradation de leur microstructure par les microorganismes. Ensuite, l'identification des souches bactériennes cultivables sur les biocomposites étudiés, a révélé trois genres bactériens : Nocardiopsis (présent sur tous les biocomposites), Bacillus et Roseomonas (présents sur le biocomposite WaL). Enfin, pour éviter les microorganismes, des traitements aux additifs antimicrobiens tels que la poudre de cuivre et le sulfate de cuivre ont été évalués à différentes concentrations. Ces traitements se sont avérés efficaces contre le développement microbien sans altérer significativement les propriétés fonctionnelles des biocomposites. Le traitement des biocomposites par la poudre de cuivre à une concentration de 3g/L constitue la solution la plus efficace pour prévenir de la contamination microbienne tout en maintenant les caractéristiques souhaitées des biocomposites. The development of bio-based materials using plant aggregates is a solution that combines technical performance and environmental benefits. However, their behavior towards water, especially concerning the growth of microorganisms, is still not well understood. In order to provide the necessary answers to integrate them into the construction sector, current research aims to understand and control their properties faced with high humidity and the risk of microbial growth. In this context, this thesis, conducted as part of the MATBIO project funded by Centre Val de Loire region, focuses on studying the impact of microbial development on bio-based materials using plant aggregates for thermal insulation and energy-efficient building rehabilitation. The objectives of this research include evaluating the effects of microbial growth on these materials, understanding the microstructural mechanisms underlying macroscopic behavior, and studying preventive treatments to avoid or reduce microbial growth on these materials. The study was conducted on four types of plant aggregates and four biocomposites based on these aggregates. These materials underwent accelerated aging in conditions conducive to microbial growth. First, various characterizations were performed on these materials to assess the effect of microbial growth on their functional properties. These characterizations included microbiological, mechanical, thermal, and physico-chemical evaluations. Enumeration tests showed that the aggregates were initially contaminated with microorganisms before aging, possibly due to storage conditions on the farm. For the biocomposites, no contamination was observed before accelerated aging, probably due to the presence of lime, which has high alkalinity. However, all materials exhibited significant microbial growth after 12 months of aging. Furthermore, cryo-HRSEM observations supported the findings obtained for the aggregates and biocomposites. The thermal conductivity and bulk density of the studied aggregates showed a slight decrease between 0 and 3 months, remaining constant up to 12 months. In addition, the mechanical strength, thermal conductivity, and bulk density of the biocomposites exhibited decreases between 0 and 12 months, especially for WaL, the biocomposite based on wheat straw, lime, and additives. This decrease in the physical properties of the studied bio-based materials is probably attributed to the degradation of their microstructure by microorganisms. Next, the identification of cultivable bacterial strains on the studied biocomposites revealed three bacterial genera: Nocardiopsis (present on all biocomposites), Bacillus, and Roseomonas (present on the WaL biocomposite). Finally, to prevent microbial growth, treatments with antimicrobial additives such as copper powder and copper sulfate were evaluated at various concentrations. These treatments proved to be effective against microbial development without significantly altering the functional properties of the biocomposites. Treating the biocomposites with a copper powder concentration of 3 g/L proved to be the most effective solution for preventing microbial contamination while maintaining the desired characteristics of the biocomposites. |
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| Description: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire de mécanique Gabriel Lamé (Orléans ; 2018-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Karim Aït-Mokhtar (Président du jury) ; Karim Aït-Mokhtar, Rachid Zentar, Emmanuel Rozière, Sylvain Bourgerie, Audrey Prorot (Membre(s) du jury) ; Rachid Zentar, Emmanuel Rozière (Rapporteur(s)) |
| Format: | Configuration requise : un logiciel capable de lire un fichier au format : PDF |
| Accès: | Thèse soumise à l'embargo de l'auteur jusqu'au 30 juin 2025 |