matériaux, innovation, éco-conception et bâtiment

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1 matériaux, innovation, éco-conception et bâtiment Renaud Caplain Maître de conférences CNAM Paris vendredi 30 janvier

2 Les matériaux dans le bâtiment Trois grandes catégories et, très vite, une quatrième. céramiques métaux composites plastiques vendredi 30 janvier

3 Les métaux dans le bâtiment fontes et aciers aluminium cuivre zinc vendredi 30 janvier

4 céramiques pierres briques verres ciments plâtres vendredi 30 janvier

5 polymères Polycarbonates Polyuréthane Résines époxy silicones PVC vendredi 30 janvier

6 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 vendredi 30 janvier

7 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 (CO 2, SO 2, NO x, ) 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 vendredi 30 janvier

8 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 CO 2 L énergie consommée pour obtenir 1 tonne de ciment est de l ordre de : 1,5 MWh vendredi 30 janvier

9 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 m 3 de gaz, en majorité à effet de serre. Pour le verre de vitre il faut une énergie de 5 MWh/tonne vendredi 30 janvier

10 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. vendredi 30 janvier

11 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. vendredi 30 janvier

12 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. vendredi 30 janvier

13 La conductivité thermique* *Engineering Materials and their Applications Fourth Edition Flinn/Trojan vendredi 30 janvier

14 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. vendredi 30 janvier

15 Les fuites thermiques vendredi 30 janvier

16 Isolation Un principe de base : le multicouche Plusieurs couches avec de l air entre les couches vendredi 30 janvier

17 Exemples pratiques recommandations de l ADEME Isolation interne des murs, lorsque le ravalement extérieur est en bon état vendredi 30 janvier

18 Isolation extérieure lorsque le ravalement est défectueux traitement des ponts thermiques plus efficace vendredi 30 janvier

19 Mur et contrecloison vendredi 30 janvier

20 La brique creuse Le réseau d alvéoles contrarie la propagation de la chaleur vendredi 30 janvier

21 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 m- et 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). vendredi 30 janvier

22 Isolation des combles vendredi 30 janvier

23 Toitures terrasses On doit toujours isoler une toiture terrasse à l extérieur vendredi 30 janvier

24 Les planchers vendredi 30 janvier

25 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. vendredi 30 janvier

26 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. vendredi 30 janvier

27 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 orientées. vendredi 30 janvier

28 «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. vendredi 30 janvier

29 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. vendredi 30 janvier

30 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. vendredi 30 janvier

31 Merci de votre attention vendredi 30 janvier