De la fibre à l usage de produits à base de fibres de bois dans les parois de bâtiments en Europe

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Aurore Boulet
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1 De la fibre à l usage de produits à base de fibres de bois dans les parois de bâtiments en Europe Christine Delisée, Pr Bordeaux Sciences Agro Institut de Mécanique et d ngénierie de Bordeaux, Dépt Génie Civil

2 Contexte général Développement et valorisation d une ressource renouvelable et locale : la biomasse forestière Valorisation de l utilisation de fibres naturelles panneaux structuraux (ameublement, automobile...) panneaux isolants (thermique et/ou acoustique) Partenariat soutenu avec les industries de la filière bois Diversification possible de la matière première et des procédés, multifonctionnalité

Contexte : production européenne Production européenne des panneaux à base de bois dominée par les panneaux de particules (Obs Economique FBForêt 2013-2014) Isolants bois

3 Contexte : production européenne Production européenne des panneaux à base de bois dominée par les panneaux de particules (Obs Economique FBForêt ) Isolants bois représentent 15% des panneaux à base de fibres (MDF-HDF-Isolants) Figure 1 : Répartition de la production de panneaux à base de bois, dont les isolants, Europe, 2013 (UNECE/FAO,2014)

Contexte : production européenne Production en augmentation 2012-2013 +1,3% (Observatoire Economique France Bois Forêt 2013-2014) Evolution 2012-2013 selon type de

4 Contexte : production européenne Production en augmentation ,3% (Observatoire Economique France Bois Forêt ) Evolution selon type de produits Panneaux particules +1,3% Contreplaqués -7,2% OSB + 9% Figure 2 : Balance commerciale des panneaux à base de bois (UNECE/FAO,2014 ; UNECE, 2013)

5 Contexte : production européenne Leaders européens de panneaux isolants à base de fibres de bois Ateliers sur l Enveloppe, Rimouski 22 novembre 2016

Contexte : marché français Marché français de l isolation thermique : 1,3 milliard d euros en 2012 Isolants à base de bois : Un marché à développer Des matériaux récents aux performances pouvant être

6 Contexte : marché français Marché français de l isolation thermique : 1,3 milliard d euros en 2012 Isolants à base de bois : Un marché à développer Des matériaux récents aux performances pouvant être optimisées Industries du panneau à base de bois Une optimisation des produits Figure 3 : Part de marché des isolants thermiques en France en 2012 (Alcimed, 2012) Une activité à diversifier! Matériaux innovants Ateliers sur l Enveloppe, Rimouski 22 novembre 2016

7 Contexte : marché français PAVATEX/SOPREMA STEICO BUITEX/ISOVER ACTIS Figure 4 : Localisation des usines produisant des panneaux de fibres ou de particules (Union des Industries de panneaux de process 2015, FCBA 2015, FCBA 2015) Ateliers sur l Enveloppe, Rimouski 22 novembre 2016

8 Procédés : panneaux de fibres de bois Procédés vs utilisations Densités macroscopiques (0,038 1,53) Propriétés intrinsèques des fibres Non homogénéité de densité Anisotropie Architecture : orientation, tortuosité des fibres et pores Nombre, répartition spatiale, nature des liaisons

Procédés par voie sèche : textile non tissé 25-70 kg/m 3 type MDF 80-150

9 Procédés : isolants à base de bois Procédé par voie humide : papetier kg/m 3 Panneaux rigides Epaisseur 20 mm Multi-plis (contrecollage) Procédés par voie sèche : textile non tissé kg/m 3 type MDF kg/m 3 Panneaux semi-rigides ou flexibles /rigides Epaisseur 60 à 240 mm Pli unique

10 Procédés : isolants à base de bois Procédé par voie humide Structure 2D Procédé par voie sèche NT Structure 3D Liaisons hydrogène Fibres plastiques fm= 6 à 12% phase humide phase sèche

11 Procédés : isolants à base de bois Procédé par voie sèche type MDF (Gutex) Figure 6 : Procédé d élaboration d isolants à base de fibres de bois par voie sèche, inspiré du procédé MDF (ajout de résine polyuréthane). Ateliers sur l Enveloppe, Rimouski 22 novembre 2016

Ouvreuse nappeuse Laroche (à gauche) et four à air chaud

12 Procédé textile non-tissé - à l échelle du laboratoire - + Figure 7 : Chaine de non tissés, I2M Bordeaux. Ouvreuse nappeuse Laroche (à gauche) et four à air chaud Strahm pour consolidation (à droite). Ateliers sur l Enveloppe, Rimouski 22 novembre 2016

13 Procédé textile non-tissé - à l échelle du laboratoire - Ouvraison des fibres Cardage Ventilation Nappage Mise en épaisseur des nappes et consolidation thermique + Figure 8 : Détail des étapes du nappage des fibres

14 Procédé textile non-tissé - à l échelle du laboratoire - des fibres à la nappe fibreuse Photos Pierre VIGNON, I2M 2016 au panneau consolidé

Contexte d un projet industriel soutenu par l ADEME - 2014-2017 Porteur FINSA France Coordination scientifique I2M (CDelisée, JMoreau) 1 thèse CIFRE

15 Contexte d un projet industriel soutenu par l ADEME Porteur FINSA France Coordination scientifique I2M (CDelisée, JMoreau) 1 thèse CIFRE FINSA/I2M, thèse ADEME/ESB, post-doctorant 24mois ADEME/BxScAgro, Ateliers sur l Enveloppe, Rimouski 22 novembre 2016

16 Objectifs du projet ECOMATFIB Ecoconception et optimisation multi-objectif de matériaux isolants à base de fibres de bois Améliorer les relations matière première/procédés /structure/fonctions des produits existants Eco-concevoir des composites innovants à base de fibres de bois aux multi-performances optimisées Optimisation de l utilisation de la matière première Elaboration de panneaux de laboratoires (chaine de nontissés) : optimisation des paramètres machine Caractérisation et compréhension des matériaux Création de matériaux aux performances optimisées

17 Méthodes Réalisation d un plan d expériences Conception de matériaux de laboratoires Analyse et modélisation de la microstructure 3D matériaux industriels et de laboratoire Expérimentation multi-échelles propriétés thermiques et mécaniques, reprise en épaisseur, suivi de déformations sous imagerie 3D Optimisation multi-objectif des performances techniques - économiques. - environnementale

Des équipements innovants Microtomographie aux rayons

essais in situ, sous imagerie Extraction d

18 Des équipements innovants Microtomographie aux rayons X Résolution 0,7 à 30 µm / voxel Taille d échantillons centimétrique Cellule de traction/compression Réalisation d images 3D et essais in situ, sous imagerie Extraction d informations quantitatives : granulométries, porosités, orientations, nombre et taille des contacts

19 Des équipements innovants Dispositif Desprotherm : méthode du plan chaud Estimation indirecte de la conductivité thermique λ et de la diffusivité a à partir des mesures de : l effusivité b la capacité thermique volumique ρ.cp

20 Une méthode innovante : l optimisation multi-objectif Etape 1. Formulation des fonctions objectifs Etape 2. Optimisation multi-objectif et décision multi-critère

K) Quelques résultats Caractérisation thermique à 12% de teneur en

21 Identification de l effusivité b Identification de la capacité therm. Cp (J/kg.K) Quelques résultats Caractérisation thermique à 12% de teneur en eau Fig 10. Évolution λ*=(ρ*) pour différentes finesses de fibres et masses volumiques apparentes de laines de verre. (Langlais, 2004)

22 Quelques résultats Caractérisation mécanique : échelle macroscopique Cycle de charge-décharge en compression Déformation résiduelle Effet du temps de maintien sous compression Etude de la courbe d Hystérésis Figure 11 : Courbes Contraintes-déformation en compression

23 Essais 4D de compression in situ Analyse d images (microstructure) + Corrélation d images 3D (champs de déformation) Quelques résultats Caractérisation mécanique : échelle microscopique

24 Conclusions Matériaux isolants à base de fibres de bois en développement (procédés non tissés ) Performances thermiques, hydriques, mécaniques, environnementales économiques? Nécessité d optimiser les performances pour concurrencer les produits issus de la ressource fossile Approche intégrée structures isolantes à développer Nouveaux procédés à inventer!!

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