Les applications du chanvre dans le bâtiment : isolation des sols

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1 AMIOT Marion E3-janvier 2008 COHADE Céline Les applications du chanvre dans le bâtiment : isolation des sols I Contexte de l application Sachant que les pertes calorifiques des planchers d un logement non isolé correspondent à 7% de la facture de chauffage, isoler permet donc de faire des économies d énergie. D autre part, isoler le plancher bas d'une maison, c'est l'isoler du froid et des remontées d'humidité, tandis qu'isoler un plancher intermédiaire, c'est protéger les étages inférieurs des bruits de chocs (ou bruits d'impact). Il existe plusieurs techniques d isolation. Les principales sont les suivantes : - Dans le cadre d une construction neuve sur terre-plein : utilisation de planchers béton à poutrelles et entrevous PSE (polystyrène expansé) à languettes ou de planchers béton à poutrelles avec isolation sous dalle flottante (plaque horizontale en béton, ciment, carrelage, pierre etc., fixée sur un isolant). - Dans le cas ou les planchers sont sur terre-plein ancien, seul un isolant sous dalle flottante est possible. - Enfin, si le plancher est sur vide-sanitaire : l isolation peut être complétée par des panneaux de laines minérales ou mousses alvéolaires spécifiques en sous-face sous condition que la ventilation du vide-sanitaire soit respectée. Dans un contexte de développement durable, l utilisation du chanvre dans la construction s appuie essentiellement sur trois caractéristiques de ses coproduits : la résistance mécanique des fibres, la faible densité des particules du bois (la chènevotte), et son pouvoir isolant. L objectif est donc d inclure un matériau écologique, dans les applications destinées au bâtiment, tout en permettant d apporter certaines qualités d isolation. Le chanvre est une plante cultivée depuis l arrivée des celtes en Europe. Mais concernant le bâtiment, les traces de son utilisation ancienne restent rares, car grâce à ses qualités de durabilité et de résistance, le chanvre était essentiellement destiné à des usages à forte valeur ajoutée.

2 Cependant c est en France que le chanvre est devenu un matériau d isolation et de construction à la fin des années 80. Ce sont notamment les particules issues de la partie centrale de la tige (la chènevotte) entourées par les fibres longues (la filasse) qui ne sont plus aujourd hui considérées comme des sous-produit mais qui sont mises en avant. Ainsi depuis une dizaine d années, le chanvre a pris une place de premier plan dans le domaine de l éco construction. La chènevotte (cellulose fibrée) est extraite mécaniquement du chanvre, puis dépoussiérée et calibrée. Celle-ci, une fois malaxée avec des liants adaptés, permet la confection de mortiers légers de qualité. Tige de chanvre fraîche Au cours du rouissage, les fibres se détachent de l'intérieur de la tige (partie ligneuse) qu'on nomme alors "chénevotte" Fibres après défibrage dans un moulin à marteaux ou broyeur II Cahier des charges fonctionnel Les applications du chanvre dans le bâtiment peuvent être répertoriées en deux catégories principales : en voie sèche ou en voie humide. Il peut s agir en effet de tout ce qui concerne les laines de chanvre destinées à l isolation des planchers ou alors tout ce qui concerne les bétons et mortiers de chanvre. 1 ) Rappels sur quelques définitions La conductivité thermique : elle conditionne l aptitude de l isolant à conduire la chaleur. Elle est symbolisée par la lettre grecque lambda. Globalement, plus le lambda d un matériau est élevé, plus celui-ci conduit la chaleur, et donc moins il est isolant. L on considère qu un matériau n est efficace que si le lambda est inférieur à 0,065. Sachant que les matériaux de construction courants (parpaing, brique, bois...) ont des lambda oscillant entre 0,5 et 2, l ajout d une couche d isolation présentant un lambda moins élevé s impose. La résistance thermique R : la résistance thermique abrégée en R est exprimée en m².k/w. Elle s obtient par le rapport de l épaisseur (en mètres) sur la conductivité thermique, (lambda) du matériau choisir. Lors du choix d un matériau isolant, il faut autant que possible que la résistance thermique R figurant sur l étiquette du produit soit la plus élevée possible. En effet, plus R est important, plus le produit est isolant!

3 2 ) Laine de chanvre en rouleaux Les propriétés essentielles à acquérir grâce à ce type d isolation concernent l isolation thermo acoustique. Caractéristiqu es techniques et fonctionnelles Entretien Composition du matériau Impacts environnement aux Contribution à la maîtrise des risques sur la santé Réglementatio n thermique et iolation phonique Masse volumique Conductivité thermique Données sur les risques incendie Résistance à l humidité Durée de vie Techniques d entretien Domaines d utilisation Eléments constitutifs du matériau Energie grise Recyclage du matériau : Pollution de l air et de l eau,, effet de serre Destruction de la couche d ozone Emissions de COV Risques Principes de précaution - Isolation thermique et phonique - Résistance thermique 25 kg/m3 en rouleau W/m.K difficilement inflammable Absorbe sans dommage 4 fois sa masse en eau vie très longue (pas de tassement) sans entretien, pas de risque de moisissure dans le temps car diffusion importante de l humidité, répulsive pour les nuisibles (le chanvre ne contient pas d albumine) -isolation sur plancher plat : déployer un pare vapeur sur le sol puis le rouleau de laine de chanvre. Si une seconde couche est nécessaire, ne pas mettre de pare vapeur sur la 1ère couche. - isolation sur plancher avec solive : 1ère couche de l'épaisseur des solives avec un pare vapeur sur le plancher existant. Seconde couche perpendiculaire à la première sans pare vapeur. Fibres de chanvre (80 à 90%) Fibres de polyester (10 à 20%) Élevée (énergie consommé par le produit de la fabrication de ses matières premières à sa démolition). Matériau réutilisable et compostable. Pas de données Absorbe plus de CO2 que sa fabrication n en rejette. Pas de données Pas de risques encourus durant la pose de l isolation. Néant R > 1,4 m².k/w pour planchers - super-isolante (parmi les meilleurs du marché) : résistance thermique de 0,039 W/m.K. -bonnes qualités en ce qui concerne l isolation phonique -1 épaisseur de 80 mm + 1 épaisseur de 100 mm donnent : R = 4,5 m².k/w et 1 épaisseur de laine de chanvre en 120 mm donne : R = 3 m².k/w

4 3 ) Mortiers et bétons à base de chanvre Pour obtenir les propriétés d isolation phonique et thermique des sols, les granulés de chanvre peuvent être utilisés sous leur forme brute, dans des mortiers de chaux pour la réalisation de dalles isolantes. Les premiers chantiers réalisés avec des bétons ou mortiers de chanvre et chaux datent de plus de 20 ans mais aujourd hui ceux-ci se multiplient notamment dans le domaine de l isolation de sols en béton de chanvre. Composition du matériau Généralité eau, liant (chaux) et des granulats de chanvre. (proportions selon l application) Particularité des granulats de chanvre (chènevotte, ex : Chanvribat) -pouvoir absorbant élevé (198 % selon NFV ) -capacité de rétention en eau importante (373 % selon NEN ), (grande partie d eau normalement dédiée au liant absorbée lors du malaxage - densité faible -Pouvoir isolant élevé. - Inertie thermique élevée. -Perméabilité à la vapeur d eau, construction respirante -Elasticité importante. Performance mécaniques Valeurs seuils (minima) en condition standard (20 C- 50%HR) Particularité des liants Exemples de deux liants formulés garantissant une régularité des résultats Isolation de sol - Béton de chanvre -à base de chaux aérienne (conforme à la norme NF EN459-1 à 3) - à base de pouzzolane (additif) (conforme à la norme NF P ). - Tradical PF 70 : 75 % de chaux aérienne, 15 % de liant hydraulique et 10 % de pouzzolane, liant chaux grasse formulé conforme aux DTU 26.1 et Tradichanvre (liant + charge minérale) : 35% sable calcaire, 65% de liant composé de 85% de chaux aérienne et de 15 % de chaux hydraulique naturelle. -Module d'élasticité MPa : > 15 MPa -Résistance à la compression (MPa) : > 0.2 MPa -PS : les bétons de chanvre ne sont pas porteurs : il sont utilisés en remplissage d'ossatures bois porteuses. Performance Thermiques : une inertie thermique importante Ex d une chape isolante pour un certain type de liant Coefficient de conductivité thermique -Composition mélange : Chanvribat + Tradical PF 70 -Masse Volumique (kg/m3) : 275 -Conductivité thermique (W/ m*k) : 0,11 0,05 à 0,2 W/m. C suivant la forme (le meilleur pour la laine, le pire pour les granulé "bétonné

5 Résistance thermique pour une couche de 10 cm de laine de chanvre de lambda=0,05 W/m. C Acoustique R=0,1/0,05 = 2 m². C/W. Autrement dit, un m2 de 10cm va laisser passer 0,5W par degré de différence de température Propriétés de Bonne correction confort Ambiance saine Perméabilité à la vapeur d eau Propriétés environnement ales Destruction de la couche d ozone murs en béton de chanvre permet de stocker du gaz carbonique. III Les principaux matériaux utilisés pour l isolation 1 ) Les matériaux d origine végétale Parmi les principaux matériaux d origine végétale utilisés, on trouve : - La laine de chanvre en rouleaux ou en panneaux semi-rigides - Le chanvre lié à la chaux - Ouate de cellulose - Liège expansé (cf. Tableau 1 sur Annexe WORD) 2 ) Les matériaux d origine minérale et végétale - Laine de verre - Laine de roche - Laine de mouton (cf. Tableau 2 sur Annexe WORD)

6 IV Procédé de fabrication Par un défibrage mécanique peu polluant, on obtient deux écoproduits, la fibre pour la laine et la chènevotte pour le vrac et la construction. Le procédé consistant à transformer la tige de chanvre est le défibrage mécanique qui est réalisé dans un moulin à marteaux ou dans un broyeur, qui frappe fortement les tiges. Cette opération consiste à extraire les fibres appelées aussi filasse qui représente 30 à 35 % de la masse totale de la tige ainsi que la chènevotte, qui sera ensuite dépoussiérée et calibrée. Or pour la construction, seule la chènevotte (cellulose fibrée), c est-à-dire le cœur de la plante qui se trouve sous l écorce, est utilisée. Cette dernière représente de 65 à 70% de la masse totale de la tige. Comme elle se compose de fibres courtes elle ne peut être utilisée pour la filasse. La chènevotte est donc un rebut de l industrie chanvrière qui trouve, dans son utilisation par le bâtiment, un recyclage écologique et rentable Présentation générale 1 ) Procédé de fabrication des fibres : fabrication de la laine de chanvre isolante Isolation par voie sèche Défibrage mécanique des tiges de chanvre Séparation de la chènevotte (le bois) et des fibres Affinage et calibrage des fibres

7 Liage des fibres par des fibres thermo-fusibles Formation d un matelas d une masse volumique variant de 20 à 40 kgm3 2 ) Procédé de fabrication de la chènevotte A ) Isolation par voie sèche - L isolation par déversement : Défibrage mécanique des tiges de chanvre Séparation de la chènevotte (le bois) et des fibres Traitement de la chènevotte (protection contre les reprises d humidité et le feu) Déversement des granulats en isolation dans les vides de construction (plancher, combles ) - Les sous-couches nivelantes et isolantes en vrac : Défibrage mécanique des tiges de chanvre Séparation de la chènevotte (le bois) et des fibres Chènevotte reçoit un enrobage de bitume naturel lui permet de s auto bloquer lorsqu elle est mise en œuvre * Sous-couche nivelantes et isolantes à base de granulat de chanvre : Il s'agit de matériaux en vrac utilisés pour l'isolation et la remise à niveau de planchers flottants. Parmi les produits sur le marché on peut citer le MEHABIT, indiqué pour les sols soumis à des charges dynamiques importantes (couloirs, salles de sport, etc.) La présence de bitume permet aux granulats de chanvre de se coller entre eux, et donc d'obtenir ainsi une structure stable et sans joint. * Sous-couche nivelantes et isolantes à base de fibres de chanvre : Il s'agit de mats non tissés posés sous planchers (en particulier sous les planchers flottants) permettant de répondre à des exigences en matière d'isolation et de bruits d'impact. Selon les fabricants, les fibres de chanvre sont utilisées seules ou associées à d'autres fibres végétales : le liant utilisé est souvent un polyester.

8 B ) Isolation par voie humide Défibrage mécanique des tiges de chanvre Séparation de la chènevotte (le bois) et des fibres Mélange de la chènevotte à un liant à base de chaux (confection des mortiers et bétons) Remarques : Nécessité d utiliser des liants pour assurer une liaison fiable entre les granulats de chènevotte mais aussi permettre l extraction de l eau à tous les stades de la vie du matériau. (Il faut noter que le caractère particulièrement hydrophile des particules de chènevotte pose le problème de la gestion de l eau à tous les stades de la vie des produits : malaxage, prise des liants, séchage, puis durant la vie des ouvrages.) Différentes raisons ont orienté les recherches vers l utilisation de la chaux et plus spécialement de chaux aérienne, la prise d un liant aérien étant moins dépendante de l eau que la prise des liants hydrauliques. Les raisons sont les suivantes : - les limites de l utilisation du ciment comme liant (écologiques, performances, techniques) - Appel à une même sensibilité : le chanvre par son caractère végétal (isolation thermique, correction acoustique, régulation hydrique, élasticité et plus généralement confort) et la chaux en assurant la liaison et la protection sans altérer les qualités. - Un mariage assurant performances, fiabilité et respect de l environnement et de notre santé. V - Contrôle des performances 1 ) La RT 2005 (Réglementation Thermique RT 2005) La RT 2005 (Réglementation Thermique 2005), applicable pour tout permis de construire déposé après le 1er septembre 2006, impose aux bâtiments neufs résidentiels et tertiaires (à l exception de ceux dont la température normale d utilisation est inférieure ou égale à 12 C), aux constructions provisoires (d une durée d utilisation inférieure à deux ans), aux bâtiments d élevage ainsi qu aux bâtiments chauffés ou climatisés en raison de contraintes liées à leur usage), une prise en compte rigoureuse de ces pertes, et d'apporter les moyens d'y remédier. La nouvelle Réglementation Thermique 2005 fixe la consommation globale d une maison à 85 kwh/m²/an. Plusieurs enjeux se jouent : Enjeu planétaire : Lutter contre l effet de serre La France s est engagée à réduire la consommation d énergie des bâtiments qui contribuent, pour plus du quart, à la production des gaz à effet de serre. La RT 2005 spécifie : - une amélioration de la performance énergétique de la construction neuve d au moins 15%, pour un objectif de 40% en 2020,

9 - une limitation du recours à la climatisation, - la maîtrise de la demande en électricité. Enjeu social : Maîtriser les loyers et les charges Pour que chacun puisse trouver un logement correspondant à ses capacités financières, le gouvernement reste attentif à la maîtrise du coût global des logements. La RT 2005 devrait ainsi permettre de réduire la facture énergétique d au moins 15% par rapport aux bâtiments construits selon la précédente réglementation RT 2000, contribuant ainsi à diminuer les charges. Enjeu économique : Encourager les systèmes et les techniques constructives performants La RT 2005 répond à la stratégie énergétique nationale : elle permet d une part de contribuer à l indépendance énergétique nationale et d autre part de favoriser la compétitivité économique de l ingénierie, des techniques et des produits français sur le marché intérieur et à l exportation. 2 ) La Nouvelle Réglementation Acoustique (NRA) Depuis le 1er janvier 2000, tous les pays de la communauté européenne doivent utiliser les indices uniques mis au point par le Comité européen de normalisation afin de caractériser les performances acoustiques des produits. Nouvelles exigences acoustiques dans les constructions. Indices d évaluation européens : VI - Les produits existants et les fabricants mondiaux 1 ) Les fabricants -Chènevotte non traitée pour béton légers : LCDA (Chanvribat), La Chanvière du Bellon (isoconstruction), Kanabreiz, - Chènevotte et fibres longues non traitées pour béton léger : La Chanvrière du Bellon, Kanabreizh - Chènevotte minéralisée pour isolation en vrac : LCDA (Chanvrisol), Chènevotte Habitat (Isochanvre)

10 - Laine de chanvre en vrac, en rouleaux et panneaux semi-rigides : Textinap, LCDA (Chanvrilaine), Hock vertriebs,gmbh (Thermo_Chanvre), La Chanvrière du Bellon (Isolaine), Kanabreizh - Autres : parpaings et briques restent l'apanage de pionniers comme Easy-Chanvre (Morbihan) ou les Ateliers du Chanvre (Isère). Le béton de chanvre est lui lié aux chaufourniers, comme Balthazard et Cotte Bâtiment. 2 ) Les distributeurs Parmi les distributeurs on peut citer : Arboga, SOCIETE TEXTILE DU THORE, Ecolodève etc 3 ) Un ordre de grandeur des prix Base constituée à partir des tarifs Arboga 2007 et Ecolodève 2007 Désignation Surface < 100 m² Px euro/m² Panneaux souples à semi rigides (Conductivité Epaisseur Surface thermique : λ W/m C mm paquet HT Densité : 30 kg/m³ m² Dim. : 0.60x1.35 m) m² 6.90 Rouleaux Conductivité thermique : λ W/m C Densité : 30 kg/m³ Dim. : 0.60x10 m Chènevotte Conductivité thermique : λ W/m C Densité : 100 kg/m³ Sacs compressés de 200 litres TRAD70 Liant chaux naturel pour béton de chanvre le sac 22Kg TRADCV Tradichanvre pour enduit chanvre le sac 30 Kg TRAD98 Chaux aèrienne CL90 le sac 20 Kg TRAD80 Chaux aérienne formulée pour enduit le sac 20 Kg ,6 7,5 TTC ,48 8, ,94 11,5 13,75 13,79 16,49 9,35 11,18 16,05 19,20 Un comparatif des prix est également disponible en Annexe 2 et concerne d autres matériaux isolants (ouate de cellulose, laine de verre, liège, laine de mouton, laine de roche). La base des prix a été effectuée à partir du site

11 VII Les marchés, tendances et actualités de recherche 1 ) Aujourd hui C est la plante dans son intégralité qui intéresse le bâtiment (la fibre est transformée en laine de chanvre alors que la chènevotte mélangée à de la chaux permet la création de bétons légers, deux solutions écologiques d isolation.) Même si du fait de son prix encore élevé la laine de chanvre n a pas totalement séduit le marché français, (en Allemagne et en Autriche, les subventions gouvernementales lui ont permis de s implanter avec succès), les bétons de chanvre en revanche suscitent plus d intérêt et la France fait figure de précurseur dans ce domaine. 2 ) Quelques perspectives d avenir Actuellement, les fibres de chanvre sont essentiellement utilisées pour la fabrication de laines isolantes. Cependant, d autres applications pourraient rapidement voir le jour : souscouche de plancher ou de chapes flottantes, revêtements muraux et de sol, charges de fibres pour béton D autre part, un autre frein concernant l utilisation des bétons à base de chanvre, est dû d une part à son prix encore relativement élevé et au manque de connaissances concernant son utilisation. Cependant, sachant que sur une longue durée ce procédé permet d utiliser moins de chauffage grâce à ses meilleurs capacités isolantes et permet d éviter aux habitants des maladies (air moins sec), les bétons de chanvre présentent des atouts qui devraient rapidement permettre son développement. VIII Conclusion L'industrie du chanvre, au niveau mondial, est en plein essor, comme le montre l acquisition d un nouveau marché: l'isolation. Il s agit d un produit écologique ne contenant aucun additif nocif pour l'environnement. Sa transformation et sa pose, ne constituent pas un danger pour la santé et il s agit d un matériau recyclable. De plus, les insectes ne s'y attaquent pas et son utilisation rend l'habitation saine et confortable. Ainsi, les matériaux isolants issus du chanvre sont sans doute un des meilleurs compromis techniques, économiques et écologiques pour une isolation de qualité. Bien qu elle ait une forte énergie grise, la laine de chanvre est bien moins dangereuse pour la santé et l environnement que les isolants en laine minérale. En outre son principal atout est d absorber plus de CO2 que sa fabrication n en rejette, sans oublier que son prix est moins élevé par rapport à celui des autres isolants écologiques tout en restant plus cher que les isolants classiques.

12 IX - Références bibliographiques et Internet - Articles PDF - Domus matériaux écologiques quide d achat, juillet Fiches techniques de l ALE (Agence Locale de l énergie de l agglomération lyonnaise) : La laine de chanvre - Chanvres et Techniques : «isoler sain avec la laine de chanvre» -OUVRAGE -WEB - «L isolation écologique», de Jean-Pierre Oliva, Edition Terre vivante. (p.68 à 73) - Transformation et utilisation du chanvre : - Procédés de transformation du chanvre : Liants et chenevotte : -Producteurs-fabricants : Application bâtiment : - Isolant utilisé dans la construction : Comparatif des prix : %20Laine%20de%20verre.pdf La réglementation thermique : La réglementation acoustique : /