Development of bio-based earth products for healthy and sustainable buildings: characterization of microbiological, mechanical and hygrothermal properties

Développement de produits de construction biosourcés à base de terre crue pour des bâtiments sains et durables : caractérisation des propriétés microbiologiques mécaniques et hygrothermiques

¹ Universitéde Toulouse, UMR 5503 CNRS – UPS – INPT, LGC (Laboratoire de Génie Chimique), 35 chemin des maraîchers, 31062 Toulouse Cedex 9, France
simonsalexis@live.fr
² Université de Toulouse, UPS, INSA, LMDC (Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions), 135 avenue de Rangueil, 31077 Toulouse Cedex 4, France
³ Université de Toulouse, UMR 5546 CNRS – UPS, LRSV (Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales), Pôle de Biotechnologie Végétales, 24 chemin de Borde Rouge, B.P. 42617 Auzeville, 31326 Castanet-Tolosan, France

Received: 2 February 2015
Accepted: 23 March 2015

Abstract

The impacts of buildings on the environment and on the health of the inhabitants are priority issues nowadays. For many environmental, social and economic reasons, the demand for building products made of materials such as earth and bio-based materials is increasing. Under certain conditions, mold growth can be observed on the surface of such materials, which raises many questions about their use in buildings. In the framework of the “BIOTERRA” ANR project, the aim of the study was to develop and characterize an earth based material incorporating plant fibers from both abiotic and biotic points of view. Compressive strength, thermal conductivity and water vapor permeability of this material were determined. Microorganism sampling methods intended for raw materials and cylindrical specimens were optimized, and the microflora profile of these materials was then obtained. The results showed that the straw addition led to a decrease of compressive strength and an increase of thermal insulation. However, it did not influence water vapor permeability coefficient. Raw materials and manufactured specimens contained mainly Bacillus sp., Aspergillus sp. and Penicillium sp. Other compositions of this bio-based material will be characterized. Sampling methods developing here can also be used to identify the microflora of existing earthen buildings.

Résumé

Les impacts de la construction sur l’environnement et la santé des occupants sont devenus aujourd’hui des enjeux prioritaires. Pour de nombreuses raisons environnementales, sociales et économiques, les produits de construction à base de matériaux tels que la terre crue et des matériaux biosourcés connaissent un essor important. Sous certaines conditions, le développement de moisissures peut être observé, soulevant de nombreuses questions quant à leur utilisation. Incluse dans le projet ANR « BIOTERRA », cette étude a eu pour objectif de développer et caractériser, à la fois sur le plan abiotique que biotique, un matériau à base de terre crue avec ajout de fibres végétales. Sa résistance à la compression, sa conductivité thermique ainsi que sa perméabilité à la vapeur ont été déterminées. Des méthodes de prélèvements des microorganismes dans les matières premières ou les produits fabriqués ont été optimisées. Un profil de la microflore de ces matériaux a ainsi été obtenu. Les résultats abiotiques ont montré que l’ajout de paille faisait diminuer la résistance en compression du matériau composite mais permettait une diminution de la conductivité thermique. Cet ajout n’a toutefois pas influencé le facteur de résistance à la perméabilité à la vapeur d’eau. Les essais biotiques quant à eux ont révélé que les différents matériaux contenaient principalement des microorganismes appartenant aux genres Bacillus sp., Aspergillus sp. et Penicillium sp. D’autres compositions de ce matériau biosourcé seront caractérisées. Les méthodes de prélèvement développées ici pourront également être utilisées pour l’identification de microflores de bâtiments en terre crue existants.