R&D et Innovation 2018-05-29T20:39:26+00:00

R&D et innovation (1)

Innover avec les matériaux biosourcés : l’ingénierie du vide et de la diversité

L’utilisation des ressources issues de la biomasse constitue une opportunité remarquable pour innover dans le domaine de la construction. 

Le dynamisme actuel de la recherche au niveau international autour des matériaux de construction biosourcés – et en particulier autour des bétons végétaux –  se concrétise dans la mise au point de nouveaux matériaux biosourcés ou encore par l’optimisation de leurs performances aussi bien dans les domaines mécanique, thermique, ou acoustique.

L’ingénierie du vide

Une caractéristique essentielle est prise en compte dans pratiquement tous les programmes de recherche concernant les bétons végétaux : la porosité qui résulte de la microstructure de la matière végétal, influence directement les performances et le fonctionnement de la majeure partie des matériaux issus de la biomasse.

D’un point de vue mécanique, la porosité permet d’obtenir des matériaux avec de faibles masses volumiques, ayant généralement une moindre résistance en compression mais capables de se déformer avec peu ou sans dégradation.

La porosité ouverte facilite l’absorption des ondes sonores et, selon les typologies de matériaux, concourt à l’isolation phonique et à la correction acoustique.

La présence d’air faiblement mobile, au sein des pores, améliore sensiblement la résistance thermique. Mais surtout, ces pores – s’ils sont connectés entre eux – permettent, en fonction des conditions de température et d’humidité relative, la circulation et le changement de phase de l’eau contenue dans le matériau. Ces transferts sont à l’origine d’un fonctionnement dit hygrothermique dynamique et jouent un rôle de régulateur particulièrement performant. Ces phénomènes ont fait l’objet de travaux importants, en particulier pour les bétons végétaux et s’ouvrent aujourd’hui à beaucoup d’autres matériaux poreux.

Les programmes de recherche font progresser la compréhension de ces phénomènes complexes et aujourd’hui un nouveau défi se présente : maîtriser ou designer astucieusement les caractéristiques des pores (dimensions, connectivité, organisation, propriétés de surface, etc.) afin d’optimiser les performances des matériaux, en fonction de leurs usages.

Béton végétaux : une rupture technologique

La substitution des granulats minéraux par des granulats végétaux confère aux bétons un ensemble de caractéristiques qui n’a pas échappé aux chercheurs et, par conséquent, aux fabricants de chaux et de ciment.

Au-delà des qualités environnementales – en particulier une amélioration sensible du bilan carbone et de la renouvelabilité – les bétons végétaux bénéficient d’une faible masse volumique, d’une grande plasticité et d’une résistance thermique améliorée. Mais surtout, les travaux scientifiques ont montré que leur porosité très élevée – pouvant dépasser 80% du volume total – permet un fonctionnement hygrothermique qui en fait des matériaux à changement de phases « naturel » et qui implique de modifier l’approche thermique des bâtiments.

Désormais, l’enjeu est, d’une part, de piloter ces fonctionnements grâce à des formulations contrôlées et, d’autre part, d’être en mesure de calculer les impacts sur la performance énergétique des bâtiments pour qu’ils puissent enfin s’intégrer dans les calculs utilisés par les réglementations thermiques.

Diversité des sources et des objectifs

Les travaux de recherche conduits sont extrêmement variés, ils portent sur l’origine des matières premières et leurs différentes transformations.

L’origine des matières biosourcées est en effet très diverse. Les produits, issus de l’agriculture, de la sylviculture, de l’aquaculture, des écosystèmes naturels ou encore du recyclage, ont des caractéristiques différentes. Et cette diversité est accrue par les origines géographiques, les systèmes de productions ou encore les types de transformations ou les conditions de stockage.

Approche multi-physique

Les différentes performances – mécanique, acoustique et thermique – réunies au sein d’un même matériau ont ouvert aux chercheurs une approche multi-physique et les ont poussé à aborder les problématiques des matériaux de construction sous un angle innovant.

Contrairement à une tendance forte incitant à développer des produits spécifiques pour répondre aux besoins de chaque fonction – structure, isolation thermique, correction acoustique, etc. – de nombreux travaux sur les matériaux biosourcés cherchent à répondre simultanément à plusieurs fonctions.

Durabilité

Les bétons biososurcés n’échappent pas pour autant aux exigences communes à tous les matériaux de construction.

Une part importante de la recherche concerne donc leur durabilité dans le temps, les causes et conséquences de dégradations possibles, les aspects sanitaires et la qualité de l’air intérieur qui s’y rattache ou encore l’analyse de leur cycle de vie.

La dynamique française

Les acteurs français de la recherche font preuve d’un dynamisme notoire dans le domaine en signant plus de 50% des publications recensées dans Science Direct entre 2012 à 2015.

Leur expertise leur permet de piloter des groupes de recherche internationaux tels que le comité technique de la RILEM Bio-aggregates based building materials et ce n’est pas un hasard si les deux premières éditions de l’ICBBM – International  Conference on Bio-based Building Materials – ont été organisée en juin 2015 et en juin 2017 à Clermont-Ferrand .

Sources :
(1) Extrait de Bio World Resource Benchmark, ENSAM Campus de Cluny & Biobuild Concept – Juillet 2015 – Laurent Arnaud et Bernard Boyeux pour ARCHITECTURES CREE

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