Le parc d’avant 1945, relevant de modes constructifs, de matériaux et de techniques de construction pour la plupart disparus, se révèlent plus délicats à traiter. Parmi eux, le bâti en mâchefer occupe une place à part.
Matériau hétérogène, difficile à caractériser, intervenir sur du bâti en mâchefer de manière pertinente, respectueuse et qualitative n’est pas évident.
Le CAUE Rhône Métropole et le Cerema ont mené une étude permettant d’aider au repérage et à la reconnaissance du bâti en mâchefer, de livrer une caractérisation la plus complète possible du matériau et de proposer des stratégies d’intervention sur le parc de logement en mâchefer, tant sur le plan architectural que thermique.
A l'origine de la rédaction de guide, le CAUE Rhône Métropole a caractérisé les qualités architecturales du bâti de mâchefer dans la région lyonnaise. Ce matériau, résidu de l'incinération du charbon ou des déchets dans les usines d'incinération, est présent dans une part importante de constructions de logements réalisés jusqu’à la fin des arènes 50. A Lyon, la maçonnerie de mâchefer s’est principalement développée sous sa forme banchée, comme "pisé de mâchefer" employé pour toutes sortes d’éléments constructifs porteurs.
Le mâchefer, un matériau local recyclé pour le bâtiment
En raison de sa mise en œuvre très empirique et de la provenance multiple des matériaux, le pisé de mâchefer a donné lieu a des compositions très variables d’un chantier à l’autre.
Utilisant des déchets de l’industrie, le matériau est économique, d’autant que le système constructif qui lui est associé est rationnel et efficace, en cohérence avec les moyens techniques modestes utilisés à l’époque de son utilisation massive. Issue d’une tradition constructive ancienne transmise de génération en génération, la conception de l’habitat en pisé de mâchefer a fait appel au bon sens pratique pour se prémunir des risques et valoriser les potentialités de son environnement.
Comme pour l’habitat en pisé de terre ou en pierre, maisons et immeubles collectifs en pisé de mâchefer sont caractérisés par une forme simple et compacte, qui limite fortement les surfaces de déperdition.
De la même manière que le bâti ancien a de tout temps su mettre en œuvre des ressources locales (pierre, bois, terre) ou récupérées sur d’autres édifices, le bâti en mâchefer tire lui aussi sa matière première d’un "gisement de réemploi", celui des sites pourvoyeurs des scories de hauts fourneaux utilisées dans sa fabrication.
Le Cerema a cherché à objectiver les caractéristiques physiques du matériau. En effet, comme pour toute rénovation de bâti ancien, les caractéristiques de l’ouvrage, notamment mécaniques, hygrothermiques et physico-chimique des matériaux employés doivent être prises en compte. C’est la condition sine qua non pour éviter les désordres et pathologies dus à des interventions inappropriées.
Une campagne d’essais sur des échantillons de pisé de mâchefer provenant de plusieurs chantiers lyonnais a été initiée par les Cerema afin de parfaire la connaissance des caractéristiques du matériau et d’identifier les incidences sur les projets de réhabilitation et d’amélioration thermique de ce patrimoine.
Ces connaissances permettent de donner des recommandations pratiques pour réhabiliter le bâti en mâchefer .Les échantillons proviennent de 4 chantiers de rénovation ou démolition situés à Lyon. En dehors de toute normalisation, les pisés de mâchefers sont marqués par une forte hétérogénéité, caractéristique des fabrications artisanales. Les résultats de tests et de mesures réalisé ne peuvent constituer par conséquent des données de référence valables pour tous les pisés de mâchefer.
Caractéristiques du pisé de mâchefer
Le pisé de mâchefer présente en quantité variable, les composants suivants :
- Cendres et scories de houille pilées ou non et/ ou résidus et scories de fonderies métallurgiques (laitiers) pilés ou non
- Chaux grasse ou hydraulique, ciment
- Granulats divers (sables , graviers, pouzzolanes naturelles ou artificielles pilées ou non, cailloutis).
1.1 Caractéristiques physiques et comportements mécaniques :
Masse volumique :
De manière générale, on peut retenir que le pisé de mâchefer possède une masse volumique relativement faible qui en fait un matériau de "maçonnerie légère" : une masse volumique variable de valeur intermédiaire égale à 1 200 kg/m3, soit deux fois plus "léger" que le béton plein.
Porosité :
Les essais réalisés indiquent une porosité importante et connectée avec une valeur moyenne de 23%. Par comparaison, le pisé de terre possède une porosité autour de 36% et le béton plein classique de quelques pourcents seulement. Cette porosité importante est à mettre en relation avec les phénomènes de capillarité afférents.
Résistance à la compression :
Les résistances moyennes mesurées sur les différents échantillons vont de 1,1 à 4,2 MPa, avec des écarts-types de 15 à 35 % de la valeur moyenne. En condition saturée (c’est-à-dire avec une teneur en eau comprise entre 22 à 28%), la résistance chute de manière variable en fonction des produits testés, avec des différences de 17 à 50 % relevées. Une forte résistance à sec n’est pas gage d’insensibilité à l’eau : ainsi, les produits les plus solides en condition sèche sont ceux qui ont présenté la chute de résistance la plus forte en condition saturée.
Résistance à l’arrachement :
La question de la fixation dans la maçonnerie en mâchefer est un sujet délicat. En effet, le matériau étant réputé friable et hétérogène d’un bâtiment à l’autre, voire d’un lit de maçonnerie à l’autre sur une même construction, il n’existe aucun produit sous avis technique. Cette hétérogénéité pousse à la prudence : les calculs permettent, sur la base d’une quinzaine d’essais réalisés par site, de retenir une valeur correspondant à une classe 4 de résistance mécanique, valeur moyenne basse, obtenue après application d’un coefficient de sécurité additionnel, qui permet de préconiser une densité suffisante de chevilles pour fixer le dispositif d’ITE.
1.2 Caractéristiques et comportements hygrothermiques :
Les essais hygrothermqiues menés par le Cerema ont porté sur les mesures suivantes :
Conductivité thermique
Mesurée en W/(m.°K), la conductivité thermique est la capacité d’un matériau à conduire la chaleur. Plus sa valeur est petite, plus le matériau est isolant.
Les mesures réalisées par le Cerema selon la méthode du disque chaud ont permis d’obtenir des résultats de conductivités thermiques dont les valeurs sont trois à quatre fois moindres que celle d’un béton plein ordinaire de masse volumique équivalente. Ces valeurs sont également environ deux fois plus faibles que celle d’un parpaing en aggloméré de béton ou d’un pisé de terre crue). À titre de comparaison, un mur de 50 cm en mâchefer possède une résistance thermique de l’ordre de 1.8 m².°K/W, soit une résistance équivalente à un mur en béton revêtu d’une isolation en polystyrène expansé (PSE) de 6 cm d’épaisseur
Diffusivité thermique
La diffusivité thermique est une grandeur physique qui caractérise la capacité d’un matériau à transférer la chaleur. Elle dépend de la capacité du matériau à conduire la chaleur (conductivité thermique) et de sa capacité à accumuler la chaleur (capacité thermique volumique).
Les mesures de diffusivité thermique moyenne obtenues ont permis de déterminer une fourchette de valeurs plus faibles que celle d’un béton plein (mais plus élevées que celle d’un béton de pouzzolane.
Capacité thermique volumique sèche
Cette valeur est 2 à 3 fois plus faible pour le pisé de mâchefer que pour un béton plein classique ou un pisé de terre crue. Cela signifie que le mur en mâchefer, à volume équivalent, absorbera moins de chaleur en été lors des périodes chaudes qu’un mur en béton plein, un pisé de terre crue ou qu’un mur en béton de pouzzolane classique. Ainsi, pour la même chaleur apportée en été, sa température va davantage s’élever à volume équivalent qu’un mur de béton, un béton de pouzzolane ou un pisé de terre crue.
Inertie thermique
L’inertie thermique d’un bâtiment est sa capacité à échanger (à stocker, à conserver, puis à restituer) la chaleur de manière diffuse avec les éléments en contact. Plus cette inertie est élevée, plus le bâtiment mettra du temps à se refroidir en hiver et à se réchauffer en été. Une inertie plus importante permet d’améliorer le confort d’été et d’hiver en lissant les variations de la température intérieure. Un mur en mâchefer de 40 à 50 cm d’épaisseur aura un bien meilleur déphasage et une inertie par absorption aussi bonne qu’un mur en béton de 20 cm.
Comportements à l’humidité
Cette notion recouvre la capillarité et absorptivité liquide, les propriétés hygroscopiques et le facteur de résistance à la diffusion de vapeur d’eau.
La maçonnerie de pisé de mâchefer possède une très forte activité capillaire, supérieure à celle d’une pierre calcaire et à fortiori du béton.
Les résultats des essais montrent une capacité hygroscopique du pisé de mâchefer relativement faible. Le bénéfice du confort thermique de l’habitat lié à cette capacité est donc à relativiser pour le pisé de mâchefer.
Les mesures réalisées indiquent que le pisé de mâchefer est un matériau très ouvert à la vapeur d’eau. Il nécessite donc une attention particulière lors de l’adjonction d’épidermes extérieurs et/ou intérieurs (revêtement de façades, traitement des purs intérieurs).
1.3 Caractéristiques et comportements acoustiques
Les simulations réalisées par le laboratoire UMRAE ont permis de caractériser plusieurs propriétés acoustiques du pisé de mâchefer. Les performances en absorption acoustique du pisé de mâchefer sont très modérées mais il faut noter qu’une paroi en pisé de mâchefer n’est pas destinée à rester à l’état brut et qu’elle doit être revêtue, à l’extérieur comme à l’intérieur.
En fonction du caractère plus ou moins dense du pisé de mâchefer couplé avec ses propriétés mécaniques et son niveau de résistance au passage à l’air, une plage de valeurs d’indice d’affaiblissement acoustique pondérée peut être estimée entre 38 et 51 dB. Ces valeurs d’affaiblissement acoustique pondérées sont en deçà de celles présentées par le béton et la brique pleine.
Des simulations ont permis d’évaluer les performances en isolement acoustique de parois de mâchefer vis-à vis des seuils réglementaires préconisés dans le guide CNB "Réglementation acoustique des bâtiments" dans le cas des bâtiments d’habitation.
Pour l’isolement intérieur entre locaux en considérant une paroi de 30 cm d’épaisseur, le béton de mâchefer seul ne suffit pas à atteindre les valeurs réglementaires mais une isolation rapportée de10 cm d’isolant fibreux et une plaque de plâtre s’avèrent suffisantes pour dépasser largement tous les seuils concernant l’isolement acoustique entre deux logements distincts.
Pour l’isolement aux bruits extérieurs, avec une épaisseur de 45 cm, seul le pisé de mâchefer avec la masse volumique la plus élevée permet de respecter l’ensemble des seuils réglementaires.
Agir sur le bâti en pisé de mâchefer
Les savoirs et pratiques s’étant progressivement éteints depuis quelques générations avec l’abandon de ce matériau de construction, la compréhension du patrimoine dont il relève demande à être réactivée pour arbitrer des choix d’intervention pertinents. La caractérisation architecturale et technique du bâti en pisé de mâchefer et du matériau lui-même ont permis de faire le point sur les choix appropriés en matière de méthode, de dispositifs et de matériaux pour réhabiliter l’habitat en mâchefer.
L’écueil des approches d’évaluation habituelles vient souvent du fait qu’un ouvrage du XXe siècle n’est pas intuitivement associé à la catégorie du bâti ancien et que les réponses standards et solutions techniques courantes appliquées à la rénovation d’un parc architectural récent ne sont pas adaptées à un ouvrage en pisé de mâchefer.