Contribution à L’étude du Mode de Fabrication et du Design des Briques en Terre et Leurs Effets sur L’isolation Thermique

Abstract

Les régions désertiques de notre pays se distinguent par un climat très chaud en été et froid en hiver. Les matériaux de construction utilisés dans différents domaines de la construction ont une isolation thermique faible, ce qui affecte négativement le confort thermique des bâtiments et leur consommation énergétique. Il était donc nécessaire d'intensifier les recherches pour améliorer l'isolation thermique de ces matériaux ou produire des matériaux de construction alternatifs, soit en améliorant leur composition, forme et conception, soit en adaptant leur mode et leur processus de fabrication. Les régions désertiques sont très riches en matières premières tels que l'argile et le sable des dunes, actuellement utilisés dans la production des briques rouges. Le processus de fabrication, la méthode de production, ainsi que l'installation, la forme et la conception jouent un rôle très important dans la détermination des propriétés thermiques, mécaniques et physiques des briques en terre cuite. Cette étude vise à améliorer les performances thermiques des briques en terre cuite tout en préservant leurs propriétés mécaniques et physiques conformément aux recommandations, ainsi qu'à optimiser l'utilisation des ressources naturelles disponibles dans la région d'étude. L'étude a été divisée en cinq axes principaux. Le premier axe consiste à réaliser des expériences préliminaires, impliquant la fabrication d'échantillons des briques en terre cuite composés principalement d'argile et de sable des dunes, avec l'incorporation des divers types des additifs et des déchets industriels et agricoles à un pourcentage fixe dans le corps de la brique pour développer sa composition poreuse. Ensuite, évaluer l'impact des additifs sur les performances thermiques, mécaniques et physiques des échantillons. Dans le deuxième axe, les additifs qui ont donné les meilleurs résultats dans la première étape ont été utilisés pour fabriquer de nouveaux échantillons en utilisant la méthode des plans d'expérience pour déterminer les ratios optimaux du mélange, ainsi que pour évaluer l'impact de chaque additif sur les propriétés des briques en terre cuite fabriquées. Le troisième axe a impliqué la sélection des additifs qui ont donné les meilleurs résultats dans la première étape, puis la modification de leurs ratios dans la plage de 0 à 15% du poids de la matrice du sol, principalement composée d'argile et de sable des dunes. Les ratios ajoutés étaient de 0, 5, 8, 10, 12 et 15%, puis le choix du ratio optimal qui a atteint un équilibre thermique, mécanique et physique. Dans la quatrième étape, l'échantillon, les additifs et les ratios pour l'échantillon optimal obtenu dans la troisième étape ont été sélectionnés, et des ajustements ont été apportés à ses composants en ajoutant des ratios de chaux de 2, 4 et 6% pour évaluer l'impact de cet ajout sur les propriétés thermiques des échantillons. Enfin, dans la cinquième et dernière étape, nous avons réalisé un prototype en utilisant la brique en terre cuite innovante modifiée, ainsi qu'un prototype utilisant la brique en terre cuite commerciale à des fins de comparaison. Les résultats obtenus ont démontré l'efficacité des performances thermiques de la brique modifiée, illustrée par les tests des prototypes, montrant une différence de température entre les deux prototypes à 15:00h en été de 2.5 degrés et à 16:00h en hiver de 3.1 degrés.

The desert regions of our country are characterized by a very hot climate in summer and cold in winter. The construction materials used in various construction fields have poor thermal insulation, negatively impacting the thermal comfort of buildings and their energy consumption. It was therefore necessary to intensify research to improve the thermal insulation of these materials or to produce alternative construction materials, either by improving their composition, form, and design or by adapting their positioning and manufacturing process. Desert regions are rich in raw materials such as clay and dune sand, which are currently used in the production of red bricks. The manufacturing process, production method, as well as installation, shape, and design play a very important role in determining the thermal, mechanical, and physical properties of earth bricks. This study aims to enhance the thermal performance of earth bricks while preserving their mechanical and physical properties as recommended, and optimizing the use of natural resources available in the study region. The study has been divided into five main axes. The first axis involves conducting preliminary experiments, including the fabrication of samples of clay bricks primarily composed of clay and dune sand, with the incorporation of various types of additives as well as industrial and agricultural waste at a fixed percentage into the brick body to develop its porous composition. Then, we evaluate the impact of additives on the thermal, mechanical, and physical performance of the samples. In the second axis, the additives that yielded the best results in the first stage were used to manufacture new samples using the experimental design method to determine the optimal ratios of the mixture and to assess the impact of each additive on the properties of the manufactured clay bricks. The third axis involved selecting the additives that produced the best results in the first stage, followed by modifying their ratios in the range of 0 to 15% of the weight of the soil matrix, mainly composed of clay and dune sand. Ratios added were 0, 5, 8, 10, 12, and 15%, then the choice of the optimal ratio that achieved thermal, mechanical, and physical balance. In the fourth stage, the sample, additives, and ratios for the optimal sample obtained in the third stage were selected, and adjustments were made to its components by adding lime ratios of 2, 4, and 6% to assess the impact of this addition on the thermal properties of the samples. Finally, in the fifth and final stage, a prototype was developed using the modified innovative clay brick, as well as a prototype using commercial clay bricks for comparison purposes. The obtained results demonstrated the effectiveness of the thermal performance of the modified brick, as illustrated by prototype tests, showing a temperature difference between the two prototypes at 15:00 PM in summer of 2.5 degrees and at 16:00 PM in winter of 3.1 degrees.

تتميز المناطق الصحراوية في بلدنا بمناخ حار جدا صيفا وبارد شتاء, مواد البناء المستخدمة في مجالات البناء المختلفة لها عزل حراري ضعيف مما يؤثر سلبا على الراحة الحرارية للمباني وفاتورتها الطاقوية. لذا كان لزاما تكثيف البحوث لتحسين العزل الحراري لهذه المواد أو إنتاج مواد بناء بديلة ,إما عن طريق تحسين تكوينها وشكلها وتصميمها أو عن طريق تكييف وضعها وعملية تصنيعها .تعتبر المناطق الصحراوية غنية جدا بالمواد الخام مثل الطين ورمل الكثبان الذان يستخدمان حاليا في انتاج الطوب الأحمر. تلعب عملية وطريقة التصنيع وكذلك التركيب والشكل والتصميم دورا مهما للغاية في تحديد الخصائص الحرارية والميكانيكية والفيزيائية للطوب الترابي. تهدف هذه الدراسة إلى تطوير الأداء الحراري للطوب الطيني المحروق مع المحافظة على خصائصه الميكانيكية والفيزيائية داخل مجالات التوصيات ,وكذا الاستغلال الأمثل للموارد الطبيعية الموجودة بمنطقة الدراسة, تم تقسيم الدراسة إلى خمس محاور رئيسية ,تمثل المحور الأول في إجراء تجارب أولية تمثلت في تصنيع عينات من الطوب الطيني تكونت أساسا من الطين ورمل الكثبان وتم دمج عديد الأنواع من الإضافات والنفايات الصناعية والزراعية في جسم الطوب بنسب ثابتة قصد تطوير التركيبة المسامية له , ثم تقييم أثر الاضافات على الأداء الحراري والميكانيكي والفيزيائي للعينات , في المحور الثاني تم استخدام الاضافات التي حققت أفضل النتائج في المرحلة الاولى وتم تصنيع عينات جديدة عبر الاستعانة بطريقة خطط التجارب لتحديد النسب المثلى للخليط وكذا تقييم تأثير كل مضاف على خصائص الطوب الطيني المحروق المصنع. في المحور الثالث تم اختيار الاضافات التي حققت أفضل النتائج في المرحلة الاولى ثم تم تغيير نسب إضافتها في المجال من 0 الى 15 بالمئة من وزن مصفوفة التربة المتكون أساسا من الطين ورمل الكثبان ,حيث تم إضافتها بنسب 0 ,5 ,8, 10 ,12 و15 بالمئة, ثم تحديد النسبة المثلى التي حققت أداء حراريا وميكانيكيا وفيزيائيا متوازنا. في المرحلة الرابعة تم اختيار العينة والإضافات والنسب للعينة المثلى المتحصل عليها في المرحلة الثالثة و تم اجراء تعديل على مكوناتها من خلال اضافة نسب 2 , 4 و6 بالمئة من الجير لتقييم أثر إضافته على خصائص العينات خاصة الحرارية. في المرحلة الخامسة والأخيرة قمنا بإنجاز نموذج أولي باستخدام الطوب الطيني المحروق المستحدث ونموذج آخر باستخدام الطوب الطيني المحروق التجاري لأغراض المقارنة .لقد أظهرت النتائج المتحصل عليها نجاعة الأداء الحراري للطوب المستحدث المعدل وتجسد ذلك من خلال اختبارات النماذج الاولية المنجزة حيث وصل فرق درجة الحرارة بين النموذجين على الساعة الثالثة مساء في فصل الصيف الى 2.5 درجة و 3.1 درجة على الساعة الرابعة مساء في فصل الشتاء.