2018 - Caractérisation et optimisation d'un composite biosourcé pour l'habitat

Type document : Thèse, mémoire, article scientifique, etc.

Résumé : Le secteur du bâtiment est une source majeure d'émissions de CO2 dans le monde (à la fois pour la construction et l'exploitation des bâtiments), en raison notamment de la consommation d'énergie (chaleur, ventilation et refroidissement) et de la production de matériaux. Parallèlement à cela, l'épuisement des ressources naturelles tend à devenir un problème critique. Parmi les réponses pouvant être apportées pour faire face à ces défis, l'utilisation de ressources renouvelables et recyclables, à faible énergie grise apparait pertinente. À cet égard, l'utilisation de co-produits agricoles en tant que granulats légers à des fins d'isolation thermique est une solution méritant d’être étudiée. Ces matières premières génèrent une faible énergie grise et peuvent être considérés comme des déchets avec un bilan carbone positif car ils stockent du CO2. La substitution de la chaux ou du ciment par de la terre crue locale améliore également sensiblement l'empreinte carbone d’un matériau de construction. Le travail présenté ici qui a pour objet de mesurer les performances de ces matériaux respectueux de l'environnement a été réalisé dans le cadre du projet BIOCOMP ayant pour but de développer des biocomposites produits localement ayant pour vocation d’être utilisés en tant que matériaux isolants intérieurs. L’intérêt pour les partenaires du projet est d’offrir des solutions de rénovation pour les bâtiments vernaculaires de Touraine. Dans cette étude, des échantillons ont été préparés en utilisant 4 granulats végétaux différents (paille de colza, écorce de tournesol, moelle de tournesol et mélange de moelle et d'écorce de tournesol) avec une terre crue servant de liant pour un même rapport liant / granulats. Cette étude a pour objet de comparer les propriétés acoustiques, mécaniques et hygrothermiques de différents biocomposites à base de granulats issus de co-produits végétaux et d'argile. Nous avons d'abord analysé les matières premières afin d'obtenir d’une part la masse volumique et les propriétés thermiques et hydriques des granulats végétaux et les caractéristiques minéralogiques et gravimétriques de la terre crue sélectionnée d'autre part. L’évolution de la conductivité thermique des mélanges terre:granulats végétaux a été étudiée à différents taux d'humidité et différentes masses volumiques. D’un point de vue hydrique, les capacités de sorption/désorption de ces matériaux ont été mesurées en régime statique de même que la capacité de tampon hydrique simulant un régime dynamique. La capillarité des granulats et des biocomposites a également été étudiée. L'étude de ces propriétés hydriques permet d’estimer l’adéquation de solutions de rénovation basées sur ces matériaux avec le bâti local constitué de pierres calcaires très poreuses possédant une forte capacité de réguler l’humidité. Les conductivités thermiques de mélanges de terre-crue: colza et terre-crue:tournesol (écorce et moelle) doivent être inférieure à 0,065W.m-1.K-1 pour que ces matériaux soient considérés comme isolant thermique de bâtiment selon la norme NF P 75-101. Les enduits chaux:végétaux ou terre-crue-végétaux peuvent difficilement atteindre ces performances, mais l'un de leurs principaux avantages tient à leur capacité de régulation du climat intérieur ainsi que leur compatibilité avec les caractéristiques des bâtiments vernaculaires. Le point faible de ces matériaux réside dans leurs faibles performances mécaniques empêchant toute utilisation structurelle ainsi que leur sensibilité à l'eau liquide. Afin d'améliorer ces deux aspects, l’ajout de silicate d'éthyle semble offrir des garanties intéressantes nécessitant la mise en place d’essais complémentaires. Au contraire, l'ajout d'une faible quantité (5%) de chaux est contre-productif, diminuant à la fois la résistance mécanique et la résistance à la capillarité. Lors de la mise en œuvre de ce type de matériaux isolants, les maçons ajoutent généralement un enduit de finition, il nous est par conséquent apparu pertinent de mesurer l'impact de ce revêtement sur les capacités de tampon hydrique et les performances acoustiques (absorption et affaiblissement) des biocomposites. Cette couche de finition diminue la régulation dynamique hydrique et l'absorption acoustique, mais augmente la perte de transmission. Pour finir, nous avons étudié le comportement du flux thermique à travers une paroi en pierre de tuffeau locale recouverte d'une couche isolante d’argile: colza placée à l’intérieur d’une chambre climatique. Nous avons comparé les résultats avec ceux obtenus via une simulation via le logiciel WUFI 2D. Ce logiciel nous a également permis de simuler l’effet de différentes compositions d’enduits de finition sur les capacités de séchage du biocomposite à l’état frais ainsi que les changements dans la cinétique de séchage d'un composite induisant des augmentations de la durée de séchage différentes selon le type d’enduit. L'un des principaux intérêts de cette étude est de confirmer qu'une large gamme de co-produits végétaux produits à l’échelle locale pourrait être utilisée en tant que granulats pour l’élaboration de bétons végétaux. Malgré ses performances mécaniques plus faibles et sa vulnérabilité à l'eau liquide par rapport aux liants à la chaux ou à la pouzzolane, l'utilisation de la terre-crue comme liant pour les bétons végétaux mérite d’être étudiée plus avant aux vues de sa forte disponibilité, de son bilan environnemental positif et de ses propriétés hygrothermiques. Des filières locales de matériaux biosourcés pourraient donc être mise en place sur de nombreux territoires en fonction des ressources disponibles localement permettant le développement d’une économie circulaire vertueuse pour l’environnement.

2018 - Caractérisation et optimisation d'un composite biosourcé pour l'habitat

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