Titre : Analyse de la variabilité des terres excavées et définition de critères d’aptitude au réemploi pour la construction en terre crue à l’échelle d’un territoire: application au Grand Lyon

Mots-clés
Terre excavée – Réemploi – Écoconstruction – Variabilité – Territoire

Résumé

Ce stage vise à analyser comment la variabilité des terres excavées, à l’échelle du territoire du Grand Lyon, influence leur aptitude au réemploi, en particulier pour la construction en terre crue. La gestion de ces matériaux soulève aujourd’hui des enjeux environnementaux, économiques et sociaux majeurs. Les difficultés rencontrées dans d’autres territoires, comme l’a montré l’expérience Cycleterre en Île-de-France, soulignent la nécessité d’une approche territoriale, multidisciplinaire et opérationnelle pour anticiper et optimiser leur valorisation. Le stage débutera par un état de l’art réglementaire et normatif clarifiant les cadres actuels du réemploi. Des enquêtes auprès de maîtres d’ouvrage, aménageurs et acteurs de la filière permettront d’identifier les pratiques existantes, les pistes de valorisation éprouvées et les leviers facilitant l’intégration des terres excavées dans les projets. Dans un second temps,·le stagiaire sélectionnera plusieurs chantiers présentant des terres potentiellement adaptées à la construction en terre crue (avec validation par des artisans ou professionnels du secteur), puis en analysera les caractéristiques techniques (granulométrie, argilosité, minéralogie…) ainsi que les paramètres opérationnels (volumes disponibles, conditions logistiques, coûts). Des éprouvettes seront réalisées à différentes échelles afin d’évaluer comment la variabilité du matériau influence le comportement d’éléments constructifs réels. Inscrit dans la continuité de projets récents, tels que TERREAU, ce travail alimentera une dynamique territoriale innovante en vue du montage d’une thèse et renforcera la capacité du Grand Lyon à structurer une filière locale, durable et inclusive de réemploi des terres excavées.

Description des travaux

Contexte

La gestion des terres excavées représente un défi croissant dans les métropoles européennes, où l’augmentation des chantiers d’aménagement génère des volumes importants de déblais. Leur mise en décharge entraîne des coûts économiques élevés et un impact environnemental significatif, renforçant l’intérêt pour leur réemploi local. Parmi les débouchés possibles, la construction en terre crue constitue une option particulièrement pertinente dans le contexte de la transition écologique du secteur du bâtiment.

Cependant, la forte variabilité des sols (granulométrie, plasticité, minéralogie, teneur en argiles, …) constitue un frein majeur à leur utilisation. Les travaux récents montrent que cette variabilité conditionne directement l’aptitude des terres à être réemployées selon des critères mécaniques, hygrothermiques ou constructifs (Aubert et al., 2016 ; Jaquin et al., 2009 ; Fogue djombou et al., 2024). Par ailleurs, plusieurs études soulignent les limites et les opportunités du réemploi des déblais à l’échelle des territoires urbains, ainsi que les contraintes réglementaires et logistiques associées (Hale et al., 2021).

Les expériences récentes montrent qu’une approche territoriale est nécessaire pour comprendre les ressources réellement mobilisables et construire un modèle opérationnel de filière. Le territoire du Grand Lyon, riche en dynamiques d’écoconstruction et engagé dans des politiques d’économie circulaire, constitue un terrain d’étude idéal pour explorer ces synergies. Dans un contexte où le secteur du bâtiment cherche à réduire son empreinte carbone, la terre crue apparaît comme une alternative crédible dont l’impact sur les flux de chantiers commence à être documenté (Blanquart et al., 2024).

Ce stage s’inscrit ainsi dans une perspective de recherche appliquée, mobilisant des compétences en ingénierie, analyse des données et compréhension des usages, en cohérence avec les axes scientifiques du laboratoire CESI LINEACT.

Sujet

Le stage a pour objectif d’évaluer comment la variabilité des terres excavées du territoire du Grand Lyon influence leur aptitude au réemploi en construction en terre crue. Les étapes clés incluent :

1. Analyse et état de l’art

• Analyser le cadre réglementaire et normatif pour identifier les obstacles et zones de flou autour des terres excavées, et positionner la construction en terre crue dans les référentiels existants.

• Mener des enquêtes auprès des acteurs territoriaux (maîtres d’ouvrage, aménageurs, collectivités, entreprises de terrassement, artisans) pour comprendre les pratiques actuelles, les freins organisationnels et les opportunités de valorisation.

2. Caractérisation et convenance pour la terre crue des matériaux

• Identifier des chantiers pilotes présentant des terres à potentiel et réaliser une validation artisanale avec les artisans qui participeront au projet (plasticité, façonnabilité, cohésion, …).

• Caractériser les sols en laboratoire : analyses granulométriques, limites d’Atterberg, teneur en eau, minéralogie, comportement mécanique simple (tâche réalisée avec un laboratoire partenaire).

• Évaluer les contraintes opérationnelles : volumes disponibles, accessibilité, transport, coûts et organisation logistique.

Réaliser des éprouvettes pour tester la manière dont la variabilité des matériaux se traduit dans des composants constructifs

Les résultats issus de la caractérisation des sols et des tests des éléments constructifs seront comparés aux critères de l’outil de décision développé par le CEREMA (Rojat et al. (2020)), afin d’abonder les connaissances sur la convenance des terres excavées pour la construction en terre crue.

3. Analyse territoriale et recommandations

• Élaborer une typologie des terres excavées, réaliser des cartes potentielles et proposer des recommandations pour préfigurer une filière de réemploi adaptée au Grand Lyon.

Livrable final :
Un ensemble de recommandations pour favoriser le réemploi des terres excavées en terre crue sur le territoire, en lien avec les acteurs et la filière locale.

Production scientifique/technique attendue :

·        Rapport d’état de l’art : réglementation, normes et pratiques existantes.

·        Base de données territoriale : propriétés techniques des terres excavées (granulométrie, composition, humidité…).

·        Prototypes d’éprouvettes et résultats d’essais : caractérisation mécanique et physique des terres.

·        Cartographie du potentiel de réemploi : analyse spatiale et indicateurs pour identifier les zones favorables au réemploi des terres.

·        Recommandations opérationnelles : pour les acteurs du Grand Lyon, favorisant la réutilisation locale des matériaux.

Impacts attendus :

·        Développement d’un outil opérationnel pour les acteurs du Grand Lyon

·        Participation à la structuration d’une filière locale circulaire et réduction des déchets

·        Transfert de connaissances scientifiques et pratiques aux partenaires territoriaux et industriels

·        Contribution à la réduction de l’empreinte environnementale et au renforcement de l’économie circulaire territoriale

Perspectives doctorales :
Ce stage constitue un tremplin naturel vers un projet doctoral. La thèse pourrait porter sur la « Modélisation territoriale et prédiction de l’aptitude des terres excavées pour la construction en terre crue : vers un outil régional d’aide à la décision pour une filière locale circulaire ».

Axes principaux de la thèse :

·        Caractérisation technique des terres excavées

·        Modélisation spatiale des flux de matériaux

·        Développement d’un jumeau numérique territorial

·        Analyse des stratégies socio-territoriales pour structurer une filière de revalorisation des terres excavées pour la construction en terre crue

Planning

Tâches principales

Mois 1 : État de l’art réglementaire et normatif, bibliographie, prise de contact avec les acteurs territoriaux

Mois 2–3 : Enquêtes et interviews, identification des chantiers pilotes, prélèvements de sols

Mois 3–4 : Analyses en laboratoire (granulométrie, limites d’Atterberg, minéralogie, tests mécaniques), évaluation des contraintes opérationnelles (volumes, accessibilité, transport, coûts)

Mois 4–5 : Etude de la convenance (préparation et tests des éprouvettes (élément constructif (briques, élément de mur pisé, éléments compressés, enduits) en fonction des terres disponibles))

Mois 6 :Synthèse des résultats, cartographie, rédaction du rapport et recommandations, préparation du montage de thèse

Travaux antérieurs au sein du laboratoire

Le stage s’inscrit dans la continuité des travaux menés au sein du CESI LINEACT dans le domaine de la Construction 4.0 et de la ville durable. Le laboratoire développe notamment des outils d’analyse territoriale, d’aide à la décision et de modélisation numérique pour accompagner la transition écologique des filières de construction. Il s’appuiera également sur des collaborations existantes avec des acteurs de la construction en terre crue locaux et nationaux, ainsi que sur des projets de recherches récentes tel que :

· le projet TERREAU, visant à identifier des leviers pour lever les freins à l’usage de la terre crue dans la construction durable;

· le projet MATARUN visant à valoriser les terres excavées dans la construction en terre sur l’île de la Réunion;

· le PN Terre visant à renforcer la recherche, la pratique et la reconnaissance de la construction en terre crue, pour encourager son usage à plus grande échelle dans le secteur du bâtiment

· des projets territoriaux autour de l’économie circulaire et des ressources locales.

Présentation du laboratoire

CESI LINEACT (UR 7527), Laboratoire de l’Innovation Numérique pour les Entreprises et l’Apprentissage au service de la Compétitivité des Territoires, anticipe et accompagne les mutations technologiques des secteurs et services liés à l’industrie et à la construction. La proximité historique de CESI avec les entreprises est un élément déterminant pour nos activités de recherche. Elle nous a conduits à concentrer nos efforts sur une recherche appliquée, proche des entreprises et menée en partenariat avec elles.

Une approche centrée sur l’humain, couplée à l’usage des technologies, ainsi que l’ancrage territorial et les liens avec la formation, ont permis de construire une recherche transversale : elle place l’humain, ses besoins et ses usages au cœur de ses enjeux, et aborde l’angle technologique à travers ces contributions.

La recherche s’organise autour de deux équipes scientifiques interdisciplinaires et de plusieurs domaines d’application.

Équipe 1 – « Apprendre et Innover »

Elle concerne principalement les sciences cognitives, les sciences sociales et les sciences de gestion, les techniques de formation et celles de l’innovation.
 Les principaux objectifs scientifiques portent sur la compréhension des effets de l’environnement — et plus particulièrement des situations instrumentées par des objets techniques (plateformes, ateliers de prototypage, systèmes immersifs, etc.) — sur les processus d’apprentissage, de créativité et d’innovation.

Équipe 2 – « Ingénierie et Outils Numériques »

Elle concerne principalement les sciences du numérique et les sciences de l’ingénieur.
 Les principaux objectifs scientifiques portent sur la modélisation, la simulation, l’optimisation et l’analyse de données des systèmes cyber-physiques. Les travaux de recherche portent également sur les outils d’aide à la décision et sur l’étude des interactions humain-système, notamment via des jumeaux numériques couplés à des environnements virtuels ou augmentés.

Ces deux équipes développent et croisent leurs travaux dans des domaines d’application tels que :

· Industrie 5.0,

· Construction 4.0 et Ville Durable,

· Services Numériques.

Ces domaines sont appuyés par des plateformes de recherche, principalement celle de Rouen dédiée à la Factory 5.0, et celles de Nanterre dédiées à la Factory 5.0 et à la Construction 4.0.

Liens avec les axes de recherche de l’équipe impliquée

Les travaux se dérouleront au sein de l’équipe ION, dans la thématique Mécanique, Matériaux, Procédés. Ils s’inscrivent dans la continuité des recherches visant à comprendre comment la mise en œuvre de matériaux biosourcés et géosourcés influence leurs propriétés. Dans le cadre de ce stage, cette approche sera appliquée aux terres excavées, en évaluant la manière dont leur variabilité territoriale et leurs caractéristiques techniques et économiques conditionnent leur aptitude à être réemployées dans la construction en terre crue. L’objectif est de fournir des éléments scientifiques exploitables pour le développement de procédés de valorisation locaux et durables, tout en contribuant à la connaissance sur le comportement des matériaux géosourcés dans des applications constructives.

Bibliographie

Aubert, J.-E., A. Fabbri, and J.-C. Morel. “An Earth Block with a Compressive Strength Higher than 50 MPa.” Construction and Building Materials 104 (2016): 86–93.

Blanquart, C., E. Moesch, and T. Zeroual. “La terre crue comme alternative au béton ? Une évaluation de son impact sur le métabolisme des chantiers de BTP.” Natures Sciences Sociétés 32, no. 1 (2024): 30–42. https://doi.org/10.1051/nss/2024033.

Fogue Djombou, Yannick Igor, Melvyn Gorra, and Bruno Malet-Damour. “Hygrothermal Optimization for Excavated Soil Reuse in Various Climate Buildings: A Global Literature Meta-Analysis.” Recycling 9, no. 1 (2024): 7. https://doi.org/10.3390/recycling9010007.

Hale, S. E., A. J. Roque, G. Okkenhaug, E. Sørmo, T. Lenoir, C. Carlsson, D. Kupryianchyk, P. Flyhammar, and B. Žlender. “The Reuse of Excavated Soils from Construction and Demolition Projects: Limitations and Possibilities.” Sustainability 13, no. 11 (2021): 6083. https://doi.org/10.3390/su13116083.

Jaquin, P., C. Augarde, and C. Gerrard. “Historic Rammed Earth Structures in Spain: Construction Techniques and Materials.” Engineering Geology 105, nos. 1–2 (2009): 1–10.

Morel, J.-C., R. Charef, and E. Hamard. “Earth Construction: Lessons from the Past for Future Eco-Efficient Architecture.” Materials and Structures 51, no. 3 (2018).

Rojat, Fabrice, Erwan Hamard, Antonin Fabbri, Bernard Carnus, and Fionn McGregor. “Towards an Easy Decision Tool to Assess Soil Suitability for Earth Building.” Construction and Building Materials 257 (2020): 28. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119544. HAL: 02899562.

Candidature

Pour candidater, veuillez s’il vous plait adresser l’ensemble des éléments spécifiés en un seul PDF :

· Un curriculum vitae (CV) détaillant le parcours académique, les compétences techniques et les expériences pertinentes,

· Une lettre de motivation (d’une page maximum) exprimant l’intérêt pour le stage et l’adéquation avec le sujet de recherche,

· Toute lettre de recommandation ou document justificatif susceptible de renforcer la candidature.

Requirements:

Compétences

Compétences scientifiques et techniques

· Connaissances en géotechnique ou matériaux de construction ou urbanisme

· Analyse de données et interprétation des résultats

· Intérêt pour la construction durable, la terre crue et l’économie circulaire

· Compétences en cartographie ou SIG appréciées

· Méthodes d’essais en laboratoire (granulométrie, limites d’Atterberg, identification minéralogique, …) appréciées

Compétences relationnelles

· Capacité d’analyse et de synthèse

· Autonomie, rigueur scientifique

· Aisance relationnelle pour mener des entretiens

· Aptitude au travail interdisciplinaire et en lien avec les acteurs du territoire

· Goût pour l’expérimentation et le prototypage