Materiaux biosourcés Habitat_antczak

Titre : Valorisation des matériaux bio-sourcés pour la réhabilitation des bâtiments. Etude et impact des
transferts couplés chaleur-masse sur le comportement hygrothermique des isolants thermiques à base
de fibres naturelles
Financement prévu : Université d’Artois/Région Nord-Pas de Calais
Cofinancement éventuel :
(Co)-Directeur de thèse : Emmanuel Antczak
E-mail : [email protected]
Co-directeur de thèse : Alexis Chauchois
E-mail : [email protected]
Laboratoire : Laboratoire Génie Civil et géo-Environnement (EA 4515)
Equipe : Habitat
Descriptif :
Le travail proposé consiste à étudier le comportement hygrothermique des matériaux bio-sourcés ou
agro-sourcés dans le cadre d’une utilisation comme isolant thermique pour la rénovation des
bâtiments. Ce sujet se place dans le contexte général de la réduction des consommations
énergétiques liée aux bâtiments anciens, à la production de matériaux et à leur recyclage ainsi qu’à la
réduction d’émission des gaz à effet de serre. D’après l’Ademe, dans le secteur du bâtiment, la
consommation moyenne annuelle d'énergie est proche de 400 kWh d'énergie primaire par m² chauffé.
La contrainte de réduction des émissions de CO2, mais également la hausse inéluctable du coût de
l'énergie liée à l'épuisement progressif des ressources, nécessiteront de parvenir à une consommation
moyenne d'énergie primaire de l'ordre d'une centaine de kWh/m² en 2050 pour l'ensemble des
bâtiments en service, dont environ 50 kWh/m² d'énergie primaire pour les usages de chauffage de
locaux et de l'eau chaude sanitaire. C'est en France le plus gros consommateur d'énergie parmi tous
les secteurs économiques, avec 43 % de l'énergie finale totale. Cette énergie consommée entraîne
l'émission de 120 millions de tonnes de CO2 représentant 25 % des émissions nationales et
32,7 millions de tonnes de carbone. Cette quantité est du même ordre de grandeur que celle des
déchets de chantiers de bâtiments ou des déchets des ménages. C'est aussi une demi-tonne de
carbone émise dans l'atmosphère chaque année par chacun d'entre nous. Toutes ces valeurs devront
être divisées par quatre en 2050. Cependant le stock important de bâtiments anciens (près de 30
millions de logements) et leur très longue durée de vie constituent des caractéristiques qui semblent
pénalisantes pour des progrès rapides du secteur.
Dans une démarche de réhabilitation indispensable, les coûts énergétiques sont également liés à la
production de matériaux de construction, à leur transport et à leur recyclage en fin de vie. On sait que
la production de matériaux isolants industriels (laines minérales et mousses plastiques) est énergivore
et peut avoir des impacts sur la santé des utilisateurs (micro-fibres, émission de gaz nocifs…) lors de
la mise en œuvre et de leur utilisation dans le temps. L’utilisation et la valorisation des bio-ressources
prend ici tout son intérêt : le coût énergétique à la transformation du produit est faible, le problème du
recyclage ne se pose pas, l’utilisation de ressources locales (filières courtes) limite les transports,
l’origine naturelle des produits réduit l’impact sur la santé. De plus l’utilisation de sous-produits ou de
déchets (paille, anas de lin…) permet aux agriculteurs de trouver une nouvelle source potentielle de
revenus.
Si on se place dans une problématique régionale, le parc immobilier ancien est très important, en zone
urbaine (habitat ouvrier) et en zone rurale (habitat agricole). La rénovation de cet habitat est
indispensable pour que la région atteigne ses objectifs de réduction de 60% des consommations
énergétiques et de division par 4 des émissions de gaz à effet de serre à l’horizon 2050. Cette
approche prend également tout son sens dans le cadre de la mise en place du label « Bâtiment biosourcé » par le ministère du logement et les organismes certificateurs.
Il existe évidemment de nombreuses questions quant à l’utilisation des bio-ressources dans la
construction, elles sont notamment liées à leur caractéristiques thermiques pour assurer l’efficacité
énergétique des bâtiments rénovés et à la présence d’eau sous forme vapeur ou liquide qui influe sur
les transferts et la durabilité dans le temps. Nous cherchons à valoriser les produits dans le cadre de
la réhabilitation de bâtiments, donc de parois non isolées au départ et qui déjà sont sujettes à une
éventuelle présence d’humidité en leur sein. Les études scientifiques existantes portent surtout sur les
matériaux naturels en tant que fibre additionnelle au béton par exemple, le cas le plus souvent
rencontré est celui du béton de chanvre. Seulement, au regard de la réglementation actuelle et de la
future RT 2020, il semble que ce type d’approche perde son sens puisque la résistance thermique des
parois est liée à leur épaisseur, et dans ce cas l’emprise sur la surface habitable est beaucoup trop
importante. Dans le cadre d’une rénovation, ce type de solution technologique n’est pas envisageable.
C’est pour cette raison que nous nous orientons vers les matériaux fibreux voire granulaires à fonction
isolante exclusive.
Pour traiter le sujet proposé, nous prévoyons la mise en place de deux approches parallèles et
complémentaires, l’expérimentation et la modélisation. Les matériaux bio-sourcés seront choisis et
testé en laboratoire (issus de la paille de blé, du lin, du chanvre, du colza…) suivant leurs
caractéristiques thermiques et leur environnement hygrométrique. Cette connaissance des matériaux
permettra d’alimenter des modèles de comportements pour mettre en évidence les types de transferts
que l’on peut retrouver au sein des parois. Les résultats obtenus seront comparés à ce que l’on peut
observer expérimentalement sur une paroi en vraie dimension ou in situ. Cette démarche permettra
d’identifier d’éventuels problèmes de comportements et de mettre en valeur les qualités de ce type de
produits. Le laboratoire possède les équipements nécessaires à la partie expérimentale en laboratoire
(bancs de caractérisation thermique, sondes de mesure (fil chaud, hot disk…), enceinte climatique
thermorégulée, capteurs de mesure (fluxmètres, thermohygromètres…)) et in situ par son implication
dans des projets liés à la réhabilitation de bâtiments anciens valorisant les écomatériaux.
Le candidat devra apporter ses compétences pour faire le lien entre la partie expérimentale et la
modélisation qu’il devra développer. Il aura une très bonne connaissance scientifique des transferts
couplés chaleur/masse dans les milieux poreux et fibreux. Sa démarche permettra d’analyser les
observations faites sur les mesures en laboratoire et in situ sur l’existant, et de les transposer par une
approche numérique à d’autres matériaux fibreux ou granuleux. Le profil de base du candidat est celui
d’un numéricien, mais il devra également s’investir dans le domaine de l’instrumentation et de la
connaissance des méthodes de mesure et des capteurs associés.