Thèse l'Isolation Thermique en Matériaux Biosourcés du Bâti en Terre Crue Comportement Hygrothermique des Assemblages Multicouches H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Savoie Mont-Blanc École doctorale : Sciences Ingénierie Environnement Laboratoire de recherche : LabOratoire proCédés énergIe bâtimEnt Direction de la thèse : Monika WOLOSZYN Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-31T23:59:59 La réduction des émissions dans le bâtiment, portée par la RE2020, encourage des matériaux bas carbone comme la terre crue. Le pisé, technique traditionnelle, présente de bonnes propriétés hygrothermiques mais nécessite une isolation adaptée. Les isolants biosourcés sont souvent privilégiés car ils sont compatibles avec la terre dans leur fonctionnement hygrothermique, et certaines études montrent que des isolants (chanvre, fibre de bois, etc.) améliorent les performances mais peuvent accroître les risques d'humidité. L'influence des interfaces terre/isolant est notamment démontrée par des travaux expérimentaux préliminaires.

Ce travail de thèse vise à analyser la performance thermique des parois bicouches pisé-isolant biosourcé en prenant en compte leur propriétés hygrothermiques spécifiques.
Une approche combinant expérimentation et modélisation numérique sera mise en place. Des essais en laboratoire permettront de caractériser les propriétés hygrothermiques des matériaux. A l'échelle paroi, l'expérimentation permettra de décrire le comportement de parois instrumentées en conditions contrôlées. Différentes configurations de matériaux et conditions climatiques seront testées, malgré des temps d'observation longs liés aux transferts d'humidité.
Un modèle numérique couplé chaleur-masse sera développé et validé à partir des données expérimentales.
L'originalité réside dans l'étude fine des interfaces, souvent supposées parfaites mais en réalité influentes sur les transferts. Le projet vise ainsi à mieux comprendre les phénomènes hygrothermiques et à proposer des modèles fiables pour ces systèmes. La réduction des émissions de gaz à effet de serre dans le secteur de la construction est une nécessité, comme le propose la nouvelle réglementation environnementale française (RE2020), qui s'applique aux bâtiments neufs et encourage l'utilisation de matériaux bas carbone et la rénovation énergétique. Dans ce contexte, la construction en terre crue - une technique traditionnelle, durable et renouvelable - représentant 20 % du patrimoine mondial de l'UNESCO (Gandreau et al, 2013) et 15 % du patrimoine architectural français, offre une solution prometteuse, comme le confirment de nombreuses études récentes (Ben Alon et al. 2021, Ben Alon et al 2023, Rosa Latapie et al 2023, Giuffrieda et al 2024). Parmi les différentes techniques de construction en terre, le travail proposé ici se concentre sur le pisé, un élément clé du patrimoine culturel de la région Auvergne-Rhône-Alpes.

D'un point de vue hygrothermique, le mur en pisé (avec une épaisseur typique comprise entre 30 et 60 cm) agit comme un régulateur, accumulant et restituant la chaleur et la vapeur d'eau sur des cycles journaliers et saisonniers (Poupard et al, 2024). Cependant, sa conductivité thermique élevée souligne la nécessité d'ajouter une isolation pour respecter les exigences minimales de la réglementation thermique française en vigueur. En raison de sa sensibilité à l'eau liquide, cette isolation doit être conçue pour préserver l'équilibre hydrique du pisé, celui-ci étant primordial pour garantir la résistance mécanique de la structure (Bui et al. 2014, Indekeu et al. 2025). Les matériaux biosourcés sont préconisés pour le bâti terre, qu'il soit ancien ou neuf, du fait de leur performance environnementale et de leur compatibilité avec la terre pour limiter les désordres dûs à l'accumulation d'humidité.

Les travaux de thèse de Manon Girerd, en cours au LOCIE (2023-2027), portent sur l'analyse expérimentale des caractéristiques des isolants biosourcés pour comprendre l'apparition et le développement des pathologies humides dans un complexe terre-isolant. Son travail est en train de permettre de résoudre quelques questions scientifiques, qui concernent spécifiquement les transferts hydriques, de leur mesure à leur compréhension pour le bicouche. Sa première publication (Girerd et al, 2026) a analysé des solutions décrites dans la littérature scientifique pour l'isolation du pisé. Lorsqu'on compare les paramètres de transferts d'eau liquide et de la vapeur d'eau des matériaux isolants avec ceux du pisé, on observe que plusieurs isolants bio-sourcés (le chanvre-chaux, la terre allégée et la fibre de bois) présentent des caractéristiques similaires à celles du pisé. Ces isolants à action capillaire et hygroscopiques favorisent un séchage optimal vers l'intérieur et réduisent les risques de condensation. Augmenter l'épaisseur de l'isolation améliore les performances thermiques, mais accroît également les risques liés à l'humidité, tant pour les systèmes d'isolation intérieure qu'extérieure, comme le démontrent ces auteurs. Cependant, il convient de souligner que les résultats de la littérature s'appuient principalement sur des simulations numériques et un nombre limité d'études, parfois contradictoires. Une validation expérimentale, et une étude théorique plus poussée sont nécessaires pour confirmer ces résultats (Kosinski et al. 2025). Par ailleurs, l'un des résultats préliminaires de M. Girerd montre - sur une configuration de séchage 1D de la terre au travers de son isolant- que la nature de l'interface entre les 2 matériaux (contact ou non) influence l'intensité des transferts hydriques pour des états initiaux élevés d'humidité.

Par ailleurs, (Losini et al. 2026) ont travaillé sur les liens entre les différentes échelles d'étude - matériaux en laboratoire et bâtiment. L'étude a montré qu'il est possible d'établir une prédiction directe des performances thermiques des matériaux terre crue à l'échelle du bâtiment à partir des données simples. En revanche, leur comportement hygroscopique est bien plus complexe : il dépend de l'interaction de multiples propriétés à l'échelle du matériau (cinétiques d'adsorption et de désorption, perméabilité à la vapeur), ainsi que des conditions aux limites. Ainsi, le choix d'un matériau basé uniquement sur une caractéristique simple, telle que sa valeur de MBV (Moisture Buffer Value) n'est pas suffisante pour garantir une amélioration des performances à l'échelle du bâtiment. Les phénomènes sont encore plus complexes dans les cas des parois multi-couches, tels que le pisé isolé par matériau bio-sourcée.

Par rapport à ces travaux précédents, ce travail de thèse propose de lever les verrous scientifiques concernant les stratégies d'isolation du bâti en terre avec des matériaux biosourcés. Ainsi l'objectif de la thèse est d'analyser la performance thermique, mais aussi la durabilité (vis-à-vis de la pathologie humide) de l'association paroi pisé / isolant biosourcé dont la particularité est d'être une association de 2 matériaux hygroscopiques et perméables à la vapeur. Le transfert de chaleur latente et l'équilibre liquide-vapeur (adsorption et désorption) au sein des matériaux poreux sont ainsi des phénomènes qui viennent complexifier le simple transfert de chaleur sensible et le stockage de chaleur par capacité thermique.

Plusieurs questions de recherche vont guider ce travail :
- Comment étudier et représenter les transferts de chaleur sensible et latente dans les parois en pisé isolées
- Comment mesurer et modéliser les transferts aux interfaces des matériaux, pour différentes valeurs de la teneur en eau des matériaux. L'objectif est de fournir des données et des outils de modélisations scientifiques, permettant de fournir, à terme, des réponses robustes aux questions sociétales de la rénovation thermique du bâti ancien. Afin de répondre aux questions de recherche, ce travail s'attachera à analyser les transferts de masse et de chaleur au sein des parois bicouches analysées, en portant une attention particulière aux interfaces. Une étude expérimentale et une étude numérique seront conduites en parallèle.

La spécificité du laboratoire est de pouvoir investiguer expérimentalement à la fois l'échelle VER pour la terre et les biosourcés (caractérisation des leurs propriétés d'un point de vue hygro-thermique : conductivité thermique en fonction de l'humidité relative, isotherme de sorption, perméabilité à la vapeur, densité) et l'échelle paroi'. Pour celle-ci, on s'appuiera sur le dispositif expérimental développé par Manon Girerd, dans le cadre de sa thèse décrite plus haut, où une paroi bicouche de 60 x 60 cm constituée d'une couche de pisé juxtaposée à une couche d'isolant est mise en place dans une enceinte climatique, entre 2 conditions aux limites contrôlées en humidité relative et en température.

Le dispositif expérimental sera instrumenté avec plusieurs capteurs de température et humidité relative qui seront positionnés dans les parois (aux interfaces des matériaux, au sein des principales couches, et dans les ambiances extérieures et intérieures). Des fluxmètres compléteront l'instrumentation des parois. Il est à noter que le laboratoire dispose de fluxmètres pleins et perforés, et les travaux préliminaires montrent des réponses différentes en présence de vapeur (Hajj Obeid et al. 2024). Le dispositif sera particulièrement adapté pour étudier les phases transitoires de flux énergétiques (sensibles et latents), sur de longues durées, nécessaires pour l'étude des parois massives, telles que le pisé.

Il est envisagé de tester quelques associations différentes de matériaux (avec différentes propriétés de transfert de chaleur et de masse), et plusieurs conditions aux limites, en particulier proches ou éloignées de pathologies humides. Une des limitations expérimentales est imposée par des constantes de temps très importantes pour des transferts d'eau dans le pisé (plusieurs mois).

Une modélisation numérique sera développée dès le début du travail de thèse, afin de permettre de mieux comprendre les résultats de mesures et d'effectuer des tests complémentaires. Le modèle de base sera basé sur les équations de transferts de chaleur et de masse couplés, déjà utilisées dans le domaine de physique du bâtiment. Ces modèles seront alimentés avec des propriétés de matériaux mesurés en laboratoire, en utilisant les dispositifs existants aux LOCIE, dont certaines expérimentations mises en place récemment (Machlein et al. 2026). Les comparaisons avec les résultats expérimentaux permettront de valider le modèle, en l'améliorant si nécessaire.

L'originalité sera d'étudier de manière ciblée les transferts aux interfaces entre les matériaux - les travaux habituels assument en général un contact parfait. Les résultats déjà obtenus au LOCIE suggèrent que cette hypothèse ne peut pas être admise dans le cas de matériaux fortement hygroscopiques (comme le pisé et les isolants bio-sourcés), notamment dans le cas de forte teneur en eau. Une modélisation hygrothermique des transferts couplés à l'interface sera donc proposée dans ce travail, et constituera une originalité scientifique importante par rapport à l'état de l'art.

- Formation de base en sciences du bâtiment, transferts énergétiques,
- Appétence pour le travail expérimental et pour la modélisation numérique,
- Capacité d'analyse et de synthèse,
- Connaissance des matériaux de construction bas carbone et/ou des transferts hygrothermiques serait un plus.