Les matériaux bio-sourcés dans la construction De la connaissance des matériaux à leur application in situ

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1 Les matériaux bio-sourcés dans la construction De la connaissance des matériaux à leur application in situ Cerema Est Jeudi 1 er juin 2017 Déroulé de la matinale Introduction du Directeur, présentation des groupes «Bâtiment» et «Acoustique» 1. Les biosourcés : quels matériaux, quelles spécificités? Propriétés multiphysiques des bétons végétaux [Philippe GLÉ] Les laines végétales, de la microstructure aux performances acoustiques et thermiques [Clément PIÉGAY] 2. Le comportement des biosourcés vis-à-vis de l humidité : intérêt et problématiques de durabilité Le béton de chanvre, un matériau hygroscopique à fort potentiel [Etienne GOURLAY] Quels impacts de l humidité sur les performances acoustiques et thermiques? [Philippe GLÉ] 3. Application des biosourcés in situ : enjeux et suivi des performances Suivi des performances d un bâtiment après réhabilitation à l aide de matériaux biosourcés, l exemple de la Maison du Tourisme de Troyes [Etienne GOURLAY] Quelles utilisations des matériaux isolants biosourcés pour la rénovation énergétique du bâti ancien? [Elodie HÉBERLÉ] 1

2 Suivi des performances d un bâtiment après réhabilitation à l aide de matériaux biosourcés : l exemple de la Maison du Tourisme de Troyes Cerema Est Etienne Le 9 décembre GOURLAY ans du laboratoire de Strasbourg Plan de la présentation o Présentation de la Maison du Tourisme o Caractérisation acoustique du chauxchanvre ocomportement hygrothermique de l enveloppe chaux-chanvre osuivi des performances énergétiques et de la qualité de l air intérieur du bâtiment o Conclusions et perspectives 4 2

3 La Maison du Tourisme ERP composé de deux parties : o Partie ancienne réhabilitée : structure colombage + remplissage chaux-chanvre o Extension neuve : structure bois + remplissage chauxchanvre 5 La Maison du Tourisme [photos : Carole Bell] 6 3

4 Plan de la présentation o Présentation de la Maison du Tourisme o Caractérisation acoustique du chauxchanvre ocomportement hygrothermique de l enveloppe chaux-chanvre osuivi des performances énergétiques et de la qualité de l air intérieur du bâtiment o Conclusions et perspectives 7 Localisation de l étude acoustique (2 ème étage) Etude acoustique 8 4

5 Enduits chaux-chanvre Enduit «fermé» (Bureau 3) Enduit «ouvert» (Bureau 2) 9 Démarche expérimentale In situ : o Méthode locale : Tube de Kundt embarqué appliqué in situ o Méthode plus globale : Mesure du temps de réverbération (doublet microphonique non applicable) [photo : Adrien Clergeot] En laboratoire : o Mesure au tube de Kundt sur échantillons de béton de chanvre carottés o Mesure directe de porosité et caractérisation indirecte des paramètres acoustiques 10 5

6 Mesures d absorption acoustique in situ 11 Plan de la présentation o Présentation de la Maison du Tourisme o Caractérisation acoustique du chauxchanvre ocomportement hygrothermique de l enveloppe chaux-chanvre osuivi des performances énergétiques et de la qualité de l air intérieur du bâtiment o Conclusions et perspectives 12 6

7 Implantation des jeux de trois capteurs oau 1 er étage, en façade Sud-Est oau 2 ème étage, en façade Sud-Est (non exploité) oau 3 ème étage, en façade Nord-Ouest 13 Exemple de courbes de température Intérieur Milieu Extérieur 14 7

8 Exemple de courbes d humidité relative Intérieur Milieu Extérieur 15 Déphasage thermique Intérieur Milieu Extérieur 16 8

9 Amortissement associé Intérieur Milieu Extérieur 17 Principaux résultats ocourbes de T et HR cohérentes pour ce type de bâtiment ovariation journalière de HR pouvant atteindre 10% au sein du matériau odéphasage thermique au milieu du mur de près de 6h et amortissement supérieur à 70% 18 9

10 Modélisation des transferts hygrothermiques ologiciel WUFI 2D : modèle de transferts couplés de chaleur et de masse ocaractérisation des matériaux en laboratoire 19 Calage du modèle (T) 20 10

11 Calage du modèle (HR) 21 Principales remarques o Bonne corrélation entre les températures mesurées et modélisées o Amplitudes journalières modélisées plus faibles Mauvaise prise en compte des transferts convectifs et des changements de phase o Courbes d humidité relative modélisées très grossières Sous-estimation de la célérité des transferts hygriques par convection et des changements de phase 22 11

12 Plan de la présentation o Présentation de la Maison du Tourisme o Caractérisation acoustique du chauxchanvre ocomportement hygrothermique de l enveloppe chaux-chanvre osuivi des performances énergétiques et de la qualité de l air intérieur du bâtiment o Conclusions et perspectives 23 Suivi des performances énergétiques du bâtiment o Une consommation électrique de 152 kwh EF /m 2 bien supérieure au calcul conventionnel Soit 392 kwh EP /m 2 (Classement F) o Consommations élevées pour le poste «Ventilation» ainsi que pour les postes «Chauffage» et «Refroidissement» en intersaison Amélioration nécessaire de la GTB o Présence d un rideau d air chaud à l entrée et de vitrines éclairées la nuit Lié à l usage du bâtiment 24 12

13 Suivi de la qualité de l air intérieur du bâtiment o Pas de dépassement significatif de valeurs réglementaires et sanitaires pour les polluants identifiés dans les bureaux Composés liés à des activités de ménage/nettoyage (alphapinène, limonène, camphène, acide acétique) o Augmentation des concentrations et des émissions entre l hiver et l été Lié à l'hygrométrie du matériau? o Manque de données laboratoire sur le matériau Difficulté d interprétation des données in situ o Niveaux de CO 2 satisfaisants avec quelques dépassements très brefs de 1000 ppm 25 Conclusions et perspectives o Effet significatif du mode d application de l enduit sur son absorption acoustique o Pas d effet global à cause des différences de géométrie o Fort amortissement des variations de température et d humidité relative extérieures au sein des parois de chaux-chanvre o Meilleure connaissance des performances acoustiques et hygrothermiques des bétons et enduits chaux-chanvre et amélioration des modèles existants Perspectives : Autre projet? Autre matériau? (contrats API du Cerema) 26 13

14 Quelles utilisations des matériaux isolants biosourcés pour la rénovation énergétique du bâti ancien? Cerema Est Elodie Le 9 décembre HEBERLE ans du laboratoire de Strasbourg Plan de la présentation Contexte et objectifs Définitions : matériaux isolants et bâti ancien Comparaison des propriétés hygrothermiques Le bâti ancien, l humidité et la rénovation énergétique 14

15 Contexte et objectifs 29 Contexte et objectifs Objectifs : définir objectivement les avantages et les inconvénients de l'utilisation des matériaux isolants biosourcés pour la réhabilitation du bâti ancien Maîtrise d'ouvrage : MEDDE Maître d'œuvre : Cerema Est Sommaire : Mise au point sur les matériaux isolants biosourcés et le bâti ancien Le bâti ancien, les matériaux isolants et l humidité Le bâti ancien, les matériaux isolants et le confort d été Lien vers l étude complète :

16 Définitions : matériaux isolants et bâti ancien 31 Matériaux isolants ou isolants? Norme NF P d'octobre 1983 : isolant : λ < 0,065 W.m-1.K-1 R > 0,5 m2.k.w-1 Le béton de chanvre (λ = 0,1) n'est pas un isolant, mais un matériau isolant Les enduits isolants = Unilit 20, HAGA Biotherm, Diathonite (λ < 0,065 mais rarement plus de 6 cm) sont des isolants 32 16

17 Qu est-ce que le bâti ancien? 33 Les spécificités du bâti ancien Une diversité des matériaux et des mises en œuvres Une perméabilité à l air très élevée Un confort d été bon, mais variable en fonction des murs anciens Une sensibilité à l humidité plutôt élevée, variable en fonction des murs anciens 34 17

18 Comparaison des propriétés hygrothermiques 35 Quelques idées reçues sur les matériaux isolants Les matériaux isolants biosourcés sont tous très capillaires A = 0,003 pour un panneau de fibre de bois A = 0,2 pour la ouate de cellulose A = 0 pour le polystyrène et la laine de verre (min) A = 1,12 pour le silicate de calcium (max) Faux 36 18

19 Comparaison des matériaux anciens et des matériaux isolants Les matériaux anciens ont, en général, des hygroscopicités et des capillarités équivalentes à celles des matériaux isolants biosourcés Les matériaux anciens ont, en général, des résistances à la diffusion de vapeur plus fortes que les matériaux isolants biosourcés et conventionnels de type laine 37 Le bâti ancien, l humidité et la rénovation énergétique 38 19

20 Les matériaux isolants peuvent-ils provoquer un excès d'humidité dans les murs anciens? Source : CoDEM Picardie 39 Les matériaux isolants peuvent-ils provoquer un excès d'humidité dans les murs anciens? Des propositions de solutions CoDEM Picardie sur le pan de bois, PNR Touraine Anjou pour le tuffeau, «Habitat ancien en Alsace» En commun : Mettent largement en avant les matériaux isolants biosourcés Mais les matériaux isolants conventionnels sont-ils vraiment inadaptés? 40 20

21 Les matériaux isolants peuvent-ils provoquer un excès d'humidité dans les murs anciens? Des études scientifiques HYGROBA Le guide de l éco-rénovation du PNR des Vosges du Nord ISOLIN Rapport RAGE sur les risques de pathologies liées à l humidité En commun : Tout dépend principalement des sources d'humidité en présence (remontées capillaires, sources internes, ) : En cas de source particulière, les matériaux isolants biosourcés sont, en général, à privilégier par rapport aux matériaux isolants conventionnels, car ils permettent une meilleur évacuation de l humidité En l absence de source particulière, les matériaux isolants conventionnels ne présentent, en général, pas plus de risques que les matériaux isolants biosourcés 41 En présence d'un excès d'humidité, quels effets sur les matériaux isolants? Dégradation des propriétés thermiques : En passant de 0 à 80 % d HR dans l isolant : Augmentation du λ de 0 à 1 % pour les isolants conventionnels et le liège Augmentation du λ de 5 à 10 % pour les isolants biosourcés (0,04 à 0,043) Augmentation du λ de 23 % pour le béton de chanvre (0,11 à 0,135) En passant de 80 % à 100 % d HR dans l isolant : Augmentation du λ de 0 % pour les isolants conventionnels (sauf laine minérale) et le liège Augmentation du λ de 263 % pour la laine minérale Augmentation du λ de 120 à 768 % pour les matériaux isolants biosourcés 42 21

22 En présence d'un excès d'humidité, quels effets sur les matériaux isolants? Dégradation des propriétés thermiques : Y a-t-il une dégradation permanente du λ ie un vieillissement? Essais de vieillissement accéléré : aucune variation sur le béton de chanvre et les isolants contenants des granulats végétaux (projet de recherche MaBioNat) ISOVER assure qu un protocole de vieillissement est imposé à ses produits et qu ils attestent de la durabilité de leurs propriétés dans le temps 43 En présence d'un excès d'humidité, quels effets sur les matériaux isolants? Dégradation des propriétés thermiques : Heureusement, on dépasse rarement les 80 % d HR sauf "problème" irrésolu Par ailleurs, pour les matériaux isolants biosourcés, l hygroscopicité et la capillarité permettent de : Réguler l humidité à l intérieur du logement ; Répartir un éventuel problème de condensation dans tout le matériau plutôt que de le concentrer ; Agir comme un «matériau à changement de phase naturel» 44 22

23 En présence d'un excès d'humidité, quels effets sur les matériaux isolants? Risque de développement de moisissures : Fond nourrissant (fibres végétales ou poussières) + humidité suffisante (+ ph bas, notamment à la surface du béton de chanvre) Pour les matériaux isolants biosourcés, pas d évaluation de la résistance du produit face au risque fongique en vrai conditions d emploi Un protocole pour évaluer la résistance au développement pour les matériaux isolants biosourcés dans le cadre de l obtention d un avis technique (25 C et HR > 95% pendant 28 j) Difficile à obtenir pour les matériaux isolants biosourcés non traités 45 En présence d'un excès d'humidité, quels effets sur les matériaux isolants? Risque de développement de moisissures : CSTB + FCBA (2016) : création de «classes d emploi» spécifiques aux isolants biosourcés Fiabiliser les méthodes d évaluation de la résistance des isolants biosourcés vis-à-vis des moisissures selon ces «classes d emploi» Des simulations WUFI qui détermine des situations de «classe d emploi sèche» ou «humide». Exemple «sèche» : < 85% ou >85% pendant moins de 48h ou >85% pendant moins de 4 semaine avec T < 12 C Le fabricant qui revendique la classe d emploi «sèche» pour son isolant biosourcé doit donc réaliser un essai de résistance au développement de moisissures à 85% 46 23

24 Conclusions Matériaux isolants biosourcés = propriétés hygrothermiques similaires aux matériaux anciens Matériaux isolants biosourcés = apportent une «résilience» à la paroi ancienne vis-à-vis des sources d humidité Matériaux isolants biosourcés = questions en suspens sur la durabilité : impact sur la performance du lambda interrogations sur le développement de moisissures interrogations qui peuvent aussi se poser sur les matériaux isolants conventionnels. 47 Les matériaux bio-sourcés dans la construction De la connaissance des matériaux à leur application in situ Cerema Est Jeudi 1 er juin