LE BAMBOU, UN MATÉRIAU PAS COMME LES AUTRES.

Accueil

1 - Le bambou

2 - Le bambou dans la construction

3 - Construire avec le bambou

4 - Exemples de projets

5 - Bambou en Europe - Discussion

6 - Vietnam, nouvel élan pour le Bambou

7 - Bibliographie

8 - Annexes

Résumé du mémoire « Développement d'une poutre de béton armé de bambou préfabriquée pour l'habitat urbain de Hanoi » de Boucher Jonathan – Maître ès sciences à l’Université de Laval (Canada).

ville de Hanoï

La ville de Hanoï (Vietnam)

Depuis une vingtaine d’années, plusieurs recherches se sont intéressées à la mise au point de matériaux et de technologies non polluants qui consomment un minimum d’énergie lors de leur production. L’attention des chercheurs s’est progressivement tournée vers des matériaux non-industriels, tels les fibres végétales, l’argile et le bambou. Pourtant, les matériaux traditionnels utilisés dans les pays en développement, comme le Vietnam, ont fait l’objet de peu de travaux de recherche. Actuellement, le bambou est surtout utilisé en milieu rural pour la réalisation d’ossature, de planchers ou de toiture dans la construction légère. Il est aussi largement utilisé pour construire les échafaudages. Mais certaines études ont démontré qu’il peut aussi être utilisé comme armature dans le béton. Le bambou n'est donc pas seulement un matériau du passé, mais bien un matériau dont les usages sont aujourd'hui innombrables et croissants, même dans les pays industrialisés. Il ouvre la voie à de nouvelles perspectives d'avenir qui enrichiront le développement humain dans les diverses sphères suivantes de la vie:

• Amélioration des conditions de vie des collectivités rurales;

• Affirmation de l'identité culturelle;

• Développement durable de l'environnement;

• Production de produits industriels;

• Produit de remplacement du bois au 21e siècle.

Matériau largement répandu au Vietnam, qui s'adapte à différents climats, facile d'utilisation, accessible et ayant des vertus écologiques, le bambou comme armature de béton demeure une possibilité inexploitée au Vietnam qui pourrait favoriser le développement social et économique pour les habitants de Hanoi. La « plante miracle » peut avoir un impact important et positif sur plusieurs aspects du développement humain dans les décennies à venir.

Ce mémoire porte donc sur la préfabrication d’une poutre de béton armé de bambou destinée à l’habitat urbain de Hanoi.

distributeur

Distributeur de pieux de bambou à Hanoi (photo par Jonathan Boucher et Dany Blackburn, 2002)

A. Matériaux de construction et mise en oeuvre

Les principaux matériaux utilisés dans le marché local de la construction sont le bois et le bambou pour les coffrages, la brique et le béton pour la structure et les murs et l’acier pour les armatures et la toiture.

Le bambou

Actuellement, le bambou est peu utilisé dans la construction vietnamienne malgré l’abondance de la matière à travers tout le pays. Il sert surtout de pieux pour les fondations et pour le soutien temporaire des coffrages. Car il est perçu comme un matériau pauvre dont l'utilisation réfère davantage aux bâtiments ruraux et aux abris temporaires.

Le coût du bambou est d’environ 0,10 USD/m incluant le transport. L’exploitation du bambou n’est pratiquement pas contrôlée mettant ainsi en péril la pérennité de la ressource de même que la préservation d’un environnement naturel déjà durement éprouvé.

Le béton

Son utilisation est d’ailleurs presque généralisée dans la construction résidentielle à Hanoi. La possibilité de créer des formes variées, sa technologie facile à assimiler, sa grande disponibilité et l’économie de moyens pour sa mise en oeuvre sont des raisons pour lesquelles le béton est si utilisé dans un pays en voie de développement comme le Vietnam. Habituellement, le béton est confectionné et coulé directement sur le chantier.

La main-d’oeuvre locale

Quant à la main-d’oeuvre locale, celle-ci est non spécialisée. Souvent très jeunes, les ouvriers provenant de la campagne sont sous-payés et sans logis. Ils doivent donc vivre sur le site de construction pour toute la durée du chantier dans un environnement de travail où le bruit, la poussière, les odeurs, la fumée, et la pollution prévalent. De plus, les outils et les équipements sont vétustes et insuffisants et la plupart des interventions se font manuellement sans règles de sécurité ou de protection. Il n’y a pas de règles strictes concernant la surveillance des petits chantiers résidentiels.

Le climat

Le Vietnam jouit d’un climat très diversifié grâce à l’étendue de ses latitudes et de la variété de ses altitudes. Le pays est situé dans la zone intertropicale entre le tropique du Cancer et l’équateur. Les conditions climatiques locales peuvent être extrêmes et varient d’un hiver froid et humide au Nord, à une chaleur aride dans la région du Mékong. Le Vietnam est situé dans la zone des moussons de l’est asiatique et connaît deux périodes de pluies abondantes par an d’intensité variable selon la région. Les étés sont chauds et humides, ils commencent au mois de mai et durent jusqu’en octobre. Les hivers sont assez frais et humides et viennent avec la mousson irrégulière du nord-est.

La saison des pluies que subit Hanoi entre les mois de juin et août, contraint les chantiers de construction. Cette période de l’année est marquée par des journées ensoleillées et des pluies plus qu’abondantes en début de soirée. Cette situation cause des problèmes pour les coulées de béton et peut retarder certains chantiers sur une longue période. Il s’avère difficile de contrôler les étapes de malaxage et de mise en oeuvre du béton lors de pluies abondantes. Une trop grande quantité d’eau peut réduire considérablement les performances et la durabilité à long terme du béton.

B. Problématiques observées et objectifs de recherche

L’étude de la construction résidentielle vietnamienne a révélé que les contextes politiques, économiques, sociaux et culturels ont une incidence directe sur le fonctionnement et l’organisation d’un chantier de même que sur les conditions de mise en oeuvre.

• Les principaux problèmes identifiés sont :

• Le poids des bâtiments trop élevé pour la capacité portante du sol.

• L’utilisation de matériaux polluants, non renouvelables et coûteux incitant une industrialisation accélérée et la destruction de l’environnement.

• Le manque de main-d’œuvre spécialisée.

• L’outillage restreint.

• Les normes de constructions pratiquement inexistantes.

• L’absence de mesures de sécurité sur les chantiers.

• Le transport et l’entreposage des matériaux difficiles sur le chantier.

• Les conditions climatiques limitant la progression des chantiers.

Afin de formuler des objectifs justes et adaptés à la réalité vietnamienne, il est donc important de prendre en compte les éléments suivants :

• Le bambou comme matériau de construction offre une image négative auprès de la population locale.

• L’exploitation du bambou et sa transformation ne sont pas organisées dans la grande région de Hanoi.

• L’approvisionnement difficile et la dégradation de l’environnement sont des enjeux importants mais qui sont habituellement négligés par les décideurs locaux.

• Contrairement au béton armé de barres d’armature en acier, il n’existe pas de normes ou de codes de construction régissant l’utilisation du béton armé de tiges de bambou.

La préfabrication locale à petite échelle n’est pas une pratique courante dans la construction résidentielle de Hanoi.

manutention

C. Les objectifs de recherche

Le système constructif que nous voulons développer doit donc rencontrer les objectifs suivants :

• Contrôle de qualité

• Assemblage facile et rapide

• Manutention des pièces par les ouvriers (dimensions et poids optimisés)

• Coffrages réutilisables

• Capacités structurales adéquates : Le calcul de cette capacité doit respecter les normes prescrites par le Code National du Bâtiment du Canada qui servira de référence à défaut de normes pour l’utilisation du bambou en construction.

• Réduction du poids total du bâtiment : La section de la poutre devra être optimisée afin de réduire son poids au maximum et d’en faciliter la manipulation, par conséquent, de limiter les problèmes de tassement différentiel.

• Durabilité des composantes : Le système de plancher doit être durable. On devra donc s’assurer que l’utilisation de bambou comme matériau d’armature ne compromet pas la durabilité du béton armé.

• Réduction de la durée du chantier : La poutre et le système de plancher développés doivent s’insérer dans les séquences d’érection déjà établies.

• Approvisionnement et distribution des poutres par des distributeurs locaux : On peut donc espérer que l’idée d’un système préfabriqué localement devrait être relativement bien accepté.

• Populariser l’utilisation du bambou dans la construction vietnamienne

D. L’adhérence béton-bambou

L’adhérence entre les tiges de bambou et le béton est l’une des principales limites de la technologie des bétons armés de bambou. Ils ont tenté de déterminer l’influence du traitement du bambou et de la résistance du béton sur la qualité de l’adhérence entre le béton et les armatures de bambou, en tenant compte des variables suivantes :

• La valeur de la force en compression du béton;

• La présence de noeuds sur les tiges;

• La durée du séchage des tiges;

• Le sablage des surfaces de bambou;

• L’application d’un traitement au bitume avec et sans sable.

Il apparaît que les tiges de bambou ayant des noeuds obtiennent toujours une meilleure adhérence béton-bambou que celles sans noeuds. Les noeuds agissent comme des protubérances qui permettent au bambou de mieux s’agripper au béton. Le séchage prolongé des tiges de bambou augmente l’adhérence du bambou au béton. les tiges sèches ont une meilleure stabilité dimensionnelle ce qui permet au bambou de rester ancré dans le béton et de conserver sa fonction d’armature.

Les éprouvettes avec des tiges de bambou dont la surface a été sablée ont une meilleure force d’adhérence (1,94 MPa) comparativement aux tiges demeurées intactes (1,65 MPa). Enfin, le recouvrement des tiges par une couche de bitume semble améliorer l’adhérence de 12% tandis que le même traitement plus l’ajout de grains de sable repousse cette valeur à 27%.

Essai d'arrachement du bambou dans le béton(Ghavami, 1995) Phénomène d!instabilité dimensionnelle du bambou dans le béton (Dessin : Jonathan Boucher 2003)

Les chercheurs ont également tenté de trouver une façon d’accroître l’adhérence béton bambou. Leurs essais prouvent que le recouvrement du bambou par un vernis et un grillage métallique offre le meilleur coefficient d’adhérence béton-bambou.

Désireux d’apporter une contribution supplémentaire à ces connaissances, Kawai (2001) s’est intéressé plutôt à la façon de tailler les armatures dans le but d’augmenter l’adhérence entre le béton et le bambou. Lors de son expérimentation, il réalisa des crénelures de 30 mm de longueur par 2 mm de profondeur dans la section longitudinale des lanières de bambou. Ainsi ces protubérances exercent un meilleur accrochage au béton puisque les résultats obtenus montrent que les armatures de bambou crénelées ont une adhérence de deux à trois fois supérieure à celle des armatures de bambou sans crénelures.

E. L’utilisation du bambou comme armature dans le béton: le cas des poutres.

Grâce à ses fibres longitudinales qui lui donnent une résistance élevée en tension, le bambou peut être utilisé pour remplacer l’acier comme armature dans les éléments de béton, telles les poutres. Tous les auteurs recensés s’accordent pour dire que les équations et les procédures de design pour le béton armé d’acier peuvent être employées de façon tout à fait sécuritaire pour la conception des poutres de béton armé de bambou.

Sélection d’une espèce particulière pour la fabrication des poutres de béton armé de bambou.

Afin de protéger les espèces vulnérables, il convient de sélectionner une espèce dont l’abondance assura la pérénité de la ressource malgré une exploitation commerciale à petite échelle.

Il s’agit du dendrocalamus sericeus. Cet espèce pourrait en effet convenir à la fabrication d’armature de bambou dans la fabrication des poutrelles.

La préparation des armatures de bambou

Les tiges acquises étaient dénuées de parties internes spongieuses vulnérables à la décomposition (Hidaldo 2001). Il s’avère que les sections de tiges montraient une densité et une texture homogène de la parois externe jusqu’à la parois interne. Il ne fut donc pas nécessaire, dans le cas présent, de retirer une partie des tiges de bambou. L’intégralité des tiges a donc pu être transformée en armature. Le découpage se fit aisément dans le sens des fibres. Cinq armatures furent taillées en moyenne dans une tige de bambou.

Découpage des armatures (Photo par Jonathan Boucher 2003)

Dimensions et forme d’une section de lanière de bambou Crénelures (photo par Jonathan Boucher, 2003)

Crénelage des lanières de bambou (Kawai 2001)

Les méthodes de préservation des tiges de bambou

Ces tiges ont subi un premier traitement d’immersion et de séchage selon la méthode traditionnelle. Ce traitement essentiel constitue le moyen le plus simple et le moins coûteux pour assurer la conservation des tiges de bambou. Il demeure que, dans un environnement humide, le bambou devient un matériau hygroscopique qui absorbe l’eau du béton. Pour la fabrication de nos poutres armées de bambou, il est donc nécessaire d’imperméabiliser les lanières de bambou pour éviter qu’elles s’imbibent d’eau au contact du béton frais et que leur gonflement ne fasse éclater le béton qui les recouvre.

Afin de bien les imperméabiliser, les tiges de bambou furent sablées et enduites d’un agent hydrofuge reconnu pour préserver la matière ligneuse.

Concernant la question de l’adhérence béton-bambou. Nous avons donc suivi leurs recommandations :

S’assurer d’un séchage des tiges de bambou de 4 semaines

Utiliser des tiges avec des noeuds

Sabler les surfaces des armatures

Appliquer un traitement hydrofuge(SIKAFLOOR 90)

Pour assurer une bonne adhérence entre le bambou et le béton, nous avons également respecter les recommandations de Balaguru (1985) à savoir que :

La distance entre les lanières doit être au moins égal à la largeur des armatures plus 7,5 mm ou supérieur à la dimension maximale des granulats. La face concave des lanières ne doit être orientée vers le bas, de manière à ne pas emprisonner des bulles d’air lors de la coulée du béton.

F. Préparation du coffrage de la poutre

La préfabrication, soit l'utilisation d'éléments préfabriqués, permet de réduire les déchets, d'augmenter la rapidité d'exécution et la continuité du travail. A moyen terme, la préfabrication amène une répétition du travail favorable au rendement et à la sécurité. Cela exige cependant une coordination plus pointue et un respect assez strict des dimensions. De plus, la plus grande consommation de ressources est généralement associée aux coffrages des éléments de béton. Souvent, on utilise du bois de construction de première qualité pour les coffrages et on le jette par la suite.

Géométrie des poutrelles armées de bambou

(illustration par Jonathan Boucher, 2005) Coffrage de bois (photo par Jonathan Boucheret Dany Blackburn, 2004) Profil et disposition du coffrage (photo par Jonathan Boucheret Dany Blackburn 2004)

Par conséquent, des coffrages qui peuvent être démantelés et montés facilement et rapidement aident aussi à réduire l'énergie intrinsèque totale.

De plus, un plexiglas fut ajouté sur les parois internes du coffrage de manière à limiter le gonflement du bois à cause de l’absorption d’eau, ce qui risquait de faire éclater la poutre lors du démoulage.

La préparation et la coulée du béton

Le béton est un mélange précisément dosé de ciment, de granulats, d’eau et d’adjuvants. Il est formulé en fonction de l’usage auquel il est destiné.

Ces bétons se comportent comme un liquide visqueux. Leur très grande fluidité permet de les mettre en place dans des coffrages de forme complexe sans avoir recours à de la vibration comme c’est habituellement le cas pour les bétons conventionnels. L’eau de gâchage constitue la quatrième et dernière composante du béton. La quantité d’eau doit être soigneusement dosée afin d’atteindre simultanément les conditions de maniabilité, de résistance mécanique et de durabilité fixées au départ.

Le béton fut mis en place tout simplement en versant le béton dans le coffrage sans aucun autre moyen de consolidation (figure 3.27). Les coffrages étaient préalablement huilés afin de prévenir l’adhérence entre le béton et la paroi du coffrage et ainsi faciliter l’opération de décoffrage. Une fois le coffrage rempli, celui-ci fut conservé 7 jours à la température de la pièce (environ 20 C) avant le décoffrage de la poutre.

Fixation des armatures (photo par Jonathan Boucher et Dany Blackburn, 2004) Poutres décoffrées (photo par Jonathan Boucheret Dany Blackburn, 2004)

G. Mise à l’épreuve du système constructif de plancher

Pour confirmer l’efficacité du système structural proposé, nous avons construit une section de plancher en grandeur réelle) (Blackburn, 2006). Cette section de plancher est constituée de 3 poutrelles et 10 dalles de béton léger (figure 3.32). La mise sous charge du plancher fut obtenue par l’empilement progressif des sacs de ciment (40 kg) uniformément répartis sur toute la surface du plancher. Selon le Code National du Bâtiment du Canada (CNB), la surcharge maximale de plancher est estimée à 190 kg/m2 pour des immeubles résidentielles. La charge maximale que devrait supporter notre section de plancher est donc égale à :

Nous avons empilé 24 sacs de ciment sur la section de plancher ce qui correspond à une charge de 960 kg (24 x 40 kg) ce qui est supérieur à la surcharge imposée parles normes canadiennes. Le plancher a parfaitement supporté cette charge sans aucun dommage apparent. À l’aide d’un extensomètre, nous avons mesuré la flèche au centre du plancher qui était égale à 9 mm pour la charge maximale. Cette valeur est bien inférieure à flèche maximale autorisée par le Code National du Bâtiment du Canada qui est égale à 12,5 mm (!max= L/240 = 3000 mm / 240 = 12,5 mm). Par mesure de sécurité, nous n’avons cependant pas augmenté la charge du plancher jusqu’au point de rupture. Toutefois, les résultats obtenus lors de l’essai de flexion 4 points sur une poutrelle et lors de l’essai de chargement sur une section de plancher en grandeur réelle nous permettent de conclure que le système de plancher proposé constitue une alternative fiable et sécuritaire du point de vue structural.

Le design et le dimensionnement de la poutre et de la dalle se sont avérés adéquats dans l’ensemble, puisque les éléments ont satisfait aux exigences structurales désirées. Nous avons toutefois remarqué que le profil très délicat de la poutre a, dans certains cas, été responsable de l’apparition de fissures dans l’aile supérieure de la poutre lors de sa manipulation. Cette fragilité n’a cependant pas eu de conséquences néfastes pour la résistance car, sous l’application des charges externes, l’aile supérieure de la poutre est sollicitée en compression ce qui a pour effet de refermer toutes les fissures. On pourrait cependant prévenir cette fissuration en ajoutant une ou deux petites tiges d’armatures dans l’aile supérieure ou en ajoutant des fibres végétales au béton.

De plus, la géométrie orthogonale de la poutre (en forme de T) a rendu l’étape du décoffrage délicate, puisque certaines parties du coffrage sont demeurées coincés entre la tête et la base de la poutre suite au gonflement du bois de coffrage. Cette difficulté fut corrigée par l’ajout d’un plexiglass à l’intérieur du coffrage et en modifiant légèrement certains angles de la poutre pour permettre un décoffrage plus aisé.

Construction d’une section de plancher en grandeur réelle (photo par Jonathan Boucher et Dany Blackburn, 2005)

Empilement de sacs de sable jusqu’à la charge totale admissible (photo par Jonathan Boucher et Dany Blackburn, 2005)

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Conclusion

Nous constatons que nos objectifs élaborés au début du projet, ont tous été confirmés, ce qui nous incite à croire que le système de plancher préfabriqué serait certes une alternative intéressante pour l’habitat urbain de Hanoi. Certaines améliorations pourraient néanmoins être apportées au système de plancher. On pourrait, par exemple, améliorer l’imperméabilisation des armatures de bambou pour prévenir la fissuration résultant du gonflement du bambou à l’humidité. On pourrait aussi perfectionner le coffrage et limiter la fissuration de l’aile supérieure de la poutre en y ajoutant de petites tiges de bambou ou en incorporant des fibres végétales au mélange de béton. Le poids du plancher est un autre aspect important de ce projet. Le poids de la poutre (24 kg/m) est inférieur à la limite de 100 kg pour une poutre de 4 m que nous nous étions fixé au départ. Il était donc facile pour deux ouvriers de manipuler ces poutres à deux personnes sans l’utilisation de machinerie spécialisée. Les poutres dont la géométrie contribue à réduire la hauteur du plancher permettent de diminuer le poids global du bâtiment et par le fait même de limiter le phénomène de tassement différentiel des fondations observé à Hanoi.

Il est facile de croire que la préfabrication du système proposé s’adapterait bien à la réalité vietnamienne. Les éléments préfabriqués pourraient être réalisés par de petits ateliers locaux qui approvisionneraient les chantiers. Les planchers ne seraient donc plus réalisés sur place ce qui diminuerait les risques d’accidents et par conséquent favoriserait une niveau de sécurité accru sur les chantiers. Cette mentalité commerciale est d’ailleurs déjà implantée dans la ville de Hanoi pour d’autres matériaux, tels la brique, le bambou, le bois et l’acier. Il est très réaliste de croire que l’implantation de cette nouvelle technologie pourrait s’intégrer harmonieusement dans le fonctionnement des chantiers qui est familier auprès des acteurs de la construction.

De plus, l’utilisation d’armatures en bambou, comme substitut à l’acier, serait certainement une solution profitable au bien-être de la communauté et tout à fait rentable au point de vue économique. De plus, l’utilisation du bambou comme matériau de construction est une alternative intéressante pour le Vietnam, car elle limite l’utilisation de matériaux polluants, énergétivores et non renouvelables. Toutefois, cette abondante ressource demeure très peu exploitée pour l’instant. La création d’éventuelles plantations de bambou ou une gestion plus serrée de l’exploitation des ressources actuelles sont nécessaires afin d’assurer une exploitation contrôlée, une protection des milieux naturels et une reforestation du territoire.

Finalement, dans le but d’assurer la pérennité et la viabilité de cette technologie, il est indispensable qu’elle soit prise en charge par un organisme local. Par exemple, celle-ci pourrait être confiée à l’Institut Vietnamien de Recherche sur le Bâtiment à Hanoi, afin de diffuser, de développer et de commercialiser la technologie des bétons armés de bambou.


↩ Chapitre 5
Chapitre 7 ↪