matériaux, innovation, éco-conception et bâtiment

matériaux, innovation,
éco-conception
et
bâtiment
Renaud Caplain
Maître de conférences
CNAM Paris
Forum Matériaux Bâtiment
vendredi 30 janvier 2009
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Les matériaux dans le bâtiment
Trois grandes catégories et, très
vite, une quatrième.
céramiques
métaux
composites
plastiques
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Les métaux dans le bâtiment
fontes et aciers
aluminium
cuivre
zinc
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céramiques
pierres
briques
verres
ciments
plâtres
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polymères
Polycarbonates
Polyuréthane
Résines époxy
silicones
PVC
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composites
Du mur de pisé au béton
pisé : maçonnerie de terre argileuse
comprimée sur place.
torchis : mortier composé de terre
grasse et de paille
béton : mélange de ciment, sables et
granulats
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Obtention des métaux
Par voie chimique : on part d’un oxyde d’un silicate,
d’un carbonate, d’un sulfate….On ramène tout à
l’état d’oxyde que l’on réduira ensuite. Cette
réduction produit des gaz à effet de serre (CO2,
SO2, NOx, …) et consomme beaucoup d’énergie.
Acier
15 MWh/tonne*
Aluminium 85 MWh/tonne
Zinc
20 MWh/tonne
*Choix des matériaux en conception mécanique
Michael F. Ashby Dunod
2000
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Obtention du ciment
Le ciment est obtenu par calcination à
1300 °C d’un mélange de calcaire et
d’argile. Cette calcination produit
également du dioxyde de carbone.
La calcination de 1 tonne de calcaire produit
440 kg de CO2
L’énergie consommée pour obtenir 1 tonne
de ciment est de l’ordre de : 1,5 MWh
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La production de verre
Le verre pour le bâtiment est un mélange
de nombreux (6 – 7) oxydes, silicates,
carbonates, nitrates portés à 1500°C. Un
tel mélange, à cette température, dégage
environ 250 m3 de gaz, en majorité à
effet de serre.
Pour le verre de vitre il faut une énergie
de 5 MWh/tonne
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Mise en forme des polymères
Pour les différents matériaux polymères
utilisés dans le bâtiment les énergies
mises en jeu sont :
Polystyrène : 35 MWh/ tonne
PVC : 20 MWh/tonne
Tous ces matériaux sont dérivés du pétrole ou
d’hydrocarbures.
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Bilan énergétique
A la suite des données numériques on peut
rapidement faire un bilan de l’énergie qui a
été dépensée pour élaborer les matériaux
nécessaires à la construction du bâtiment.
Il faut maintenant mettre en œuvre les
économies d’énergie au moins équivalentes
aux dépenses précédentes.
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La conduction thermique
L’expérience commune nous montre que tous les
matériaux, à des degrés divers, sont de plus ou
moins bons conducteurs de la chaleur.
L’écoulement de chaleur se fait toujours de la
source chaude vers la source froide. La vitesse
d’écoulement est proportionnelle à l’écart de
température entre ces deux sources. Elle
s’annule lorsque les deux températures sont
égales.
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La
conductivité
thermique*
*Engineering
Materials and their
Applications
Fourth Edition
Flinn/Trojan
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Les économies d’énergie
Il n’y a pas de petite économie : tous les moyens
sont bons.
Un minimum de bon sens s’impose : inutile de
mettre le paquet sur les économies de
chauffage sans bonne isolation.
Une bonne formation pour la mise en œuvre :
certains nouveaux matériaux ne se manipulent
pas comme les anciens.
Utiliser de bons moyens de contrôle.
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Les fuites thermiques
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Isolation
Un principe de base : le multicouche
Plusieurs couches avec de l’air entre les couches
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Exemples pratiques
recommandations de l’ADEME
Isolation interne
des murs, lorsque
le ravalement
extérieur est en
bon état
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Isolation
extérieure
lorsque le
ravalement
est
défectueux
traitement des ponts thermiques plus efficace
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Mur et
contrecloison
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La brique creuse
Le réseau d’alvéoles
contrarie la propagation
de la chaleur
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Le double vitrage
La simple vitre constitue très facilement
un pont thermique, non pas en raison de
ses médiocres qualités conductrices mais
en raison de son épaisseur :
Un petit calcul montre que pour une vitre de 3
mm d’épaisseur, hauteur 1,5 m, largeur 1,2 met un écart de température de 20°C (20°C à
l’intérieur, 0°C à l’extérieur) la déperdition
d’énergie est de l’ordre de 15 kW. On estime
à une division par 5 les pertes liées à un
double vitrage (sans pont thermique).
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Isolation des combles
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Toitures terrasses
On doit toujours isoler une toiture terrasse à l’extérieur
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Les planchers
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La protection des vitrages
La protection ne vaut pas uniquement
en hiver il faut penser aussi été.
Pour maintenir une température
constante dans des locaux spécialisés,
il faut, par exemple, traiter les
vitrages par un dépôt semiréfléchissant. L’opacité à certaines
ondes peut jouer dans les deux sens.
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Les bétons traditionnels
Parmi les qualités d’un béton il y a celle qui
résulte du dosage en eau. Celle-ci doit
servir à l’hydratation du ciment et à la
rhéologie du béton frais.
Un surdosage est mauvais à tout point de
vue : environnement et mécanique. 10% en
trop provoque un effondrement des
propriétés mécaniques de 20 à 50%
suivant le mélange, sans compter les
problème de corrosion des armatures.
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Les
<<nouveaux>>
bétons
A la place des
armatures on peut
incorporer des fibres
en acier gainé qui peut
encaisser des
contraintes de
cisaillement.
On peut aussi
incorporer des fibres
optiques
convenablement Forum Matériaux Bâtiment
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orientées.
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« nouveaux bétons » (suite)
Les porosités créées par l’élimination
de l’eau peuvent être comblées par
toutes sortes de produits additifs à
caractère plus ou moins isolant comme
des cendres, des fumées de silice, du
polystyrène, de la poudre d’aluminium
(béton cellulaire), etc.
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Un peu de bon sens
Autant que cela est possible, tenir compte
du climat et orienter le bâtiment en
fonction de son usage.
Former les personnes qui vont mettre en
œuvre les nouveaux matériaux afin de ne
pas créer de ponts thermiques.
Dans les bâtiments anciens ne pas
commencer par des panneaux solaires ou
la pompe à chaleur avant d’avoir isolé la
maison.
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résumé
Nous avons utilisé de l’énergie pour fabriquer les
matériaux nécessaires à la construction du
bâtiment.
Il faut, à tout prix, faire des économies
d’énergie lors de l’utilisation du bâtiment. Il
serait souhaitable que les économies soient à la
hauteur de ce qui a été déjà dépensé.
Les uns et les autres nous avons à nous
préoccuper du remplacement progressif de
l’énergie d’origine fossile pour de nouvelles
sources : soleil, vent, marées, biomasse, etc.
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Merci de votre attention
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