Présentation du tour d'horizon des éco-matériaux et autres matériaux naturels dans la construction et la rénovation, présentée par Samuel Courgey lors de la conférence européenne organisée par le Clustr européen Greenov et les clusters Ecobuild et Eco-Construction
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Transcript
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Samuel COURGEY Référent technique, …et méthodologique
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Des origines à l’ère industrielle, une évolution très lente
XIXéme. Apparition du chemin de fer, émergence de nouveaux matériaux
14 - 18, la cassure…
1918… Les "nouveaux" matériaux inondent le marché…
1950… , construire vite, beaucoup, et pour pas cher !
Années 70, on réalise qu’on oubliait d’isoler les bâtiments !...
Années 90, début de prise de conscience environnementale plus globale.
4
Commençons par
une rapide approche
historique
… On parle alors d’habitat sain, d’éco-matériaux, d’éco-construction…
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7 * Par exemple certains complexes d’étanchéité de toitures terrasse…
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8 * Voir diapos 57 et 65, et 108 et suivantes
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Changements climatiques
Risque sur la santé humaine et
sur la biodiversité
Épuisement des ressources
naturelles
fin de l’énergie bon marché
conflits engendrés par la localisation
géographique des ressources...
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Avec une priorité : lutter contre le dérèglement climatique
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Avec une priorité : lutter contre le dérèglement climatique
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De nombreux pays
se sont engagés à
diviser par 4 leurs
émissions de GES d’ici
2050 (« Facteur 4 »)
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… La même « rénovée BBC ».
Toiture 5 % Ventil. 25 %
PT 12 %
P&F 25 %
Murs 19 %
Sols 14 %
* Consommations de chauffage en kWh énergie primaire par m² Shon
Chauffage : ≈ 50 kWh/m²an*
15
Maison non isolée années 60.
Toiture 28%
Ventil. 12%
P&F 11%
Murs 24%
Sols 21%
PT 5%
Chauffage : ≈ 280 kWh/m²an*
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Maison non isolée années 60.
Toiture 28%
Ventil. 12%
P&F 11%
Sols 21%
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Une isolation performante est une isolation qui
permet des bâtiments confortables, économes et
pérennes. C’est donc une isolation :
- conséquente ;
- générant très peu de ponts thermiques ;
- accompagnée d’une réelle étanchéité à l’air ;
- composant judicieusement avec l’inertie ;
- pérenne.
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* Calculs « épaisseur d’isolant » réalisés avec un lambda de 0.04 W/mK et sans ponts thermique intégrés
U, en W/m²K
Repères Basse énergie (BBC)
Repères Habitat passif
Ép. d’isolant équivalent *
Toitures 0,15 à 0,10 0,10 30 à 50 cm
Murs 0,30 à 0,18 0,12 15 à 35 cm
Sols 0,40 à 0,25 0,15 10 à 30 cm
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• Le pont thermique d’about de dalle, c’est jusqu’à
60% des déperditions d’un mur !
• Un rail métallique qui traverse un isolant
divise par deux son efficacité !
• Les balcons en hiver ? De véritables
ailettes de refroidissement !
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Source : Guide ISOLIN
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Quantification des pertes thermiques dues à un pare air non continu devant un isolant non étanche à l’air (ici laine minérale).
Source : Institut de physique du bâtiment- Stuttgart. Essai réalisé sur une laine minérale avec une différence de pression de 20 Pa.
2
2
Cet essai réalisé avec de
la laine minérale ne montre pas
une fragilité de ce seul matériau,
mais de l’ensemble des isolants en
vrac, en nattes peu denses, et de
certains bétons très légers.
Avec une fente de 1mm pour 1m² d’isolant, la valeur U chute de 0.30 à 1.44, soit un pouvoir isolant divisé par 4.8.
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Hiver
Au final, l’isolation de
l’enveloppe est souvent
dégradée de :
- 30 à 75 % par les ponts
thermiques de liaison
- 10 à 50% par les autres
ponts thermiques
(réseaux ou PT intégrés)
- 10 à 75% par les
inétanchéités à l’air !
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Eté
Au final, l’isolation de
l’enveloppe est souvent
dégradée de :
- 30 à 75 % par les ponts
thermiques de liaison
- 10 à 50% par les autres
ponts thermiques
(réseaux ou PT intégrés)
- 10 à 75% par les
inétanchéités à l’air !
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et
(L
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ola
tio
n th
erm
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co
log
iqu
e)
… mais attention, ce comportement n’est pas forcément toujours recherché. On se
posera par exemple la question de la pertinence de l’inertie pour des bâtiments utilisés
de manière discontinue, voire épisodique… et toutes les pièces ne voient pas le soleil !
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≈ 1 cm de parement
"lourd"
10 à 20 cm de "parement"
lourd
Exemple d’inertie
(intérieure) forte (ou CTI
séquentielle moyenne)
≈ 3 à 6 cm de parement
"lourd"
Exemple d’inertie
(intérieure) moyenne (ou
CTI quotidienne moyenne)
Exemple de parement
sans inertie (ou Capacité
Thermique Intérieure nulle)
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≈ 1 cm de parement
"lourd"
10 à 20 cm de "parement"
lourd
Exemple d’inertie
(intérieure) forte (ou CTI
séquentielle moyenne)
≈ 3 à 6 cm de parement
"lourd"
Exemple d’inertie
(intérieure) moyenne (ou
CTI quotidienne moyenne)
Exemple de parement
sans inertie (ou Capacité
Thermique Intérieure nulle)
Le choix du parement
intérieur (+ou- épais, lourd…) est
de première importance !
La principale incidence d’un
isolant sur l’inertie d’un
bâtiment tient à sa place
dans la paroi* (et non au type
d’isolant choisi…)
28 *Nous entendons néanmoins là : pour une isolation minimale, soit un R de 2 à 3 minimum
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Déphasage
Atténuation
Temps
Quelques fois, les vendeurs d’isolants denses,
généralement de feutres de bois, utilisent l’inertie
pour nous dire que leurs isolants seraient propices
au confort d’été, du fait
du déphasage du flux
de chaleur qu’ils
génèrent …
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Déphasage
Atténuation
Temps
Quelques fois, les vendeurs d’isolants denses,
généralement de feutres de bois, utilisent l’inertie
pour nous dire que leurs isolants seraient propices
au confort d’été, particulièrement
du fait du déphasage du
flux de chaleur qu’ils
génèrent …
Ce n’est pas faux !
Sauf qu’à l’échelle d’un bâtiment, cette participation
des isolants au déphasage du flux de chaleur et à
l’atténuation de son amplitude est anecdotique sur
les parois lourdes.
Et pour les parois légères, elle est réellement
secondaire vis-à-vis d’une forte isolation, d’une
bonne étanchéité à l’air, de parements intérieurs
lourds, et de parements extérieurs fortement
ventilés. 30
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40°C
20°C
40°C
≈ 80°C ≈ 45°C
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Le flux de chaleur étant proportionnel à la différence de t° de part et
d’autre d’un corps, ici, le complexe isolant de gauche laisse passer 2,5 fois
plus de calories que celui, identique, de droite.
Traitement
habituel, soit ≈2 cm
6 à 10 cm, avec
faîtage ventilé…
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... Et bien entendu pour le confort
d’été il faut également :
- ajuster/limiter la surface des baies
vitrées ;
- éventuellement choisir des
vitrages spéciaux ;
… et surtout :
- installer des protections solaires,
et ce si possible à l’extérieur du
vitrage ; ("On n’attend pas que le loup
soit dans la bergerie !")
- sur-ventiler les espaces de
vie la nuit.
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... Sensibilité aux vieillissements
… Sensibilité aux tassements
... Sensibilité aux insectes et aux rongeurs
... Sensibilité au feu
… Sensibilité à l’humidité
Essai au feu (CSTB 2009) pour école
en coffres bois isolés de paille
Protection anti-termites
Mauvais vieillissement d’un isolant
laineux.
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Essai au feu (CSTB 2009) pour
groupe scolaire coffre bois isolés de paille
Sur ces sujets, si les caractéristiques propres au
matériau comptent, c’est également :
- la densité du produit mis en œuvre ;
- la possibilité de le fixer mécaniquement ;
- le type et la qualité des parements ;
- et la qualité de mise en œuvre qui feront la
différence
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... Sensibilité aux vieillissements
… Sensibilité aux tassements
... Sensibilité aux insectes et aux rongeurs
... Sensibilité au feu
… Sensibilité à l’humidité
Essai au feu (CSTB 2009) pour école
en coffres bois isolés de paille
Protection anti-termites
Mauvais vieillissement d’un isolant
laineux.
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* Logiciel WUFI, d’après
norme NF EN 15026 3
6
Selon le type de paroi, il
nous faudra des matériaux :
- plus ou moins ouverts à
la vapeur d’eau ;
- plus ou moins capillaires.
Et, selon la situation :
- le caractère hygroscopique
apportera ou non un plus ;
- nous pourrons ou non
accepter des matériaux
potentiellement
putrescibles… 36
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Polystyrène
extrudé
Verre
cellulaire
NON PERMEABLE à
LA VAPEUR D’EAU
Polystyrène expansé
Panneau de liège
PEU (à très
peu)
PERMEABLE
à LA VAPEUR
D’EAU
Laine minérale
Ouate de cellulose
Panneau de fibres
de bois
Laine de chanvre
PERMEABLE à
LA VAPEUR
D’EAU Mousse minérale Panneau polyuréthane
Botte de paille
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Polystyrène expansé
Polystyrène
extrudé
Panneau de liège
Laine minérale
Verre cellulaire
NON CAPILLAIRE
& NON
HYGROSCOPIQUE
Ouate de cellulose
Panneau de fibres
de bois
Laine de chanvre
(+ ou -)
CAPILLAIRE
& (+ ou -)
HYGROSCOPIQUE
Mousse minérale
Botte de paille
Panneau
polyuréthane
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* On manque encore de données
chiffrées pour de nombreux
matériaux
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Laine de chanvre
NON PUTRESCIBLE
& NON ALTERABLE
Ouate de
cellulose
+/- PUTRESCIBLE* (donc +/-ALTERABLE)
Laine minérale
IMPUTRESCIBLE,
MAIS +/-
ALTERABLE*
Verre cellulaire
Polystyrène expansé
Polystyrène
extrudé
Panneau de liège
NON PUTRESCIBLE
& très peu ALTERABLE
Mousse minérale
Panneau de
fibres de bois
Botte de paille
Polyuréthane
39 * De nombreuses données manquent ou sont peu explicites, d’où les « +/- »
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41
. Conductivité thermique : λ (lambda), en W/m.K
De 0,004 (isolant sous vide) à 380 (cuivre)
. Chaleur spécifique : c, en J/kg.K (ou chaleur
massique)
D’environ 800 à 2500 selon le comportement hygroscopique
des matériaux (et 4190 pour l’eau)
. Masse volumique : ρ (ro), en kg/m3
De quelques kg pour les isolants à plus de 2000 kg pour les
… Et d’autres, dans l’attente, s'arrêtent à des critères simples (Matériaux locaux, “bio-sourcés”, “puits de carbone”...)
… et que certaines structures peuvent être considérées comme
référentes… entre autre :
Architecture & Climat
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Rappel : L’urgence est de limiter
drastiquement (et rapidement) nos émissions de
Gaz à Effet de Serre (GES) !
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3
Plusieurs pistes complémentaires sont possibles
aux professionnels du bâtiment. En particulier :
56 56
1. L’amélioration de l’efficacité énergétique des bâtiments
2. L’utilisation d’énergies peu génératrices de GES
3. L’utilisation de matériaux dont la fabrication génère peu de GES
4. L’utilisation de matériaux "puits de carbone".
29
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6,04
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3
Plusieurs pistes complémentaires sont possibles
aux professionnels du bâtiment. En particulier :
57 57
1. L’amélioration de l’efficacité énergétique des bâtiments
2. L’utilisation d’énergies peu génératrices de GES
3. L’utilisation de matériaux dont la fabrication génère peu de GES
4. L’utilisation de matériaux "puits de carbone".
Sam
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91
Exemples* de “Bilan carbone”, pour 1m² de divers isolants / épaisseur correspondant à une résistance thermique de 5 m²K/W (UF)
* Calcul réalisé avec une durée de vie typique (DVT) de 50 ans
30
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91
Exemples* de “Bilan carbone”, pour 1m² de divers isolants / épaisseur correspondant à une résistance thermique de 5 m²K/W (UF)
* Calcul réalisé avec une durée de vie typique (DVT) de 50 ans
On réalise la
pertinence des
matériaux
« puits de
carbone » (ou
« bio-sourcés »)
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3
60
* Grandeur n’ayant pas encore de définition "officielle", nous estimons dans les
présents propos: Energie Grise = quantité d’énergie primaire non renouvelable
nécessaire à la (seule) fabrication des matériaux.
60
31
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6,0
4,2
01
3
62 62
L'âge du pétrole vu dans un contexte plus grand. On peut estimer cette courbe (age du pétrole sur 4000 ans*) représentative
de notre comportement vis à vis des énergies fossiles et fissiles…
* Manuel de transition, de Rob Hopkins, édition écosociété. 2010
32
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3
Chauffage (+clim)
Eau ChaudeSanitaire
Construction(énergie grise)
Electricitéspécifique
Répartition des consommations d’énergie. Maison existante moyenne / Climat français moyen
63 63
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3
* Répartition des principaux postes de consommation d’énergie. Moyenne, d’après études type ACV (Analyse du Cycle de vie) sur un bâtiment BBC, avec comportement économe des habitants.
64
Chauffage (+
clim)
Eau Chaude
Sanitaire
Construction
(énergie grise)
Electricité
spécifique
64
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3
* Répartition des principaux postes de consommation d’énergie. Moyenne, d’après études type ACV (Analyse du Cycle de vie) sur un bâtiment BBC, avec comportement économe des habitants.
65 65
Si l’optimisation énergétique est
actuellement la priorité des priorités, le
coût environnemental de la fabrication
des matériaux/bâtiments est celle de
demain !
Sam
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UF (unité fonctionnelle) : 1m² d’isolant d’une épaisseur correspondant à une résistance thermique de 5 m²K/W.
* Calcul réalisé avec une durée de vie typique (DVT) de 50 ans
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91
UF (unité fonctionnelle) : 1m² d’isolant d’une épaisseur correspondant à une résistance thermique de 5 m²K/W.
* Calcul réalisé avec une durée de vie typique (DVT) de 50 ans
On réalise la
pertinence des
matériaux peu
transformés (ou
« matériaux premiers ») ,
et celle des matériaux
issus de la
récupération/
valorisation
35
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6,04
,201
3
D’autres indicateurs environnementaux ??
- Epuisement des ressources non énergétiques
- Atteinte à la biodiversité (acidification, couche d’ozone,
pollution de l’air, de l’eau…)
- Consommation d’eau
- Gestion en fin de vie (séparatibilité, réemploi,
recyclabilité, valorisation énergétique…)
- …etc.
69 69
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6,04
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3
… ou de"bio-sourcé" !
…qq. chose de vert,
71
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01
3
76 * Par exemple certains complexes d’étanchéité de toitures terrasse…
39
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77 * Voir diapos 57 et 65, et 108 et suivantes
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83 * Sans doute au niveau européen et avec les adaptations nationales de rigueur (transport, coef. électricité…)
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84 * Particulièrement pour les isolants, matériaux volumineux et plutôt peu pérennes
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Sauf mention contraire :
- les photos sont d’Arcanne, de l’ouvrage « L’isolation thermique écologique » (éd. terre vivante), ou d’Internet
- les dessins sont d’Arcanne ou de « L’isolation thermique écologique » ( Sylvain Huiban ou Hervé Nallet)
- les autres illustrations sont de l’association Arcanne. 92
47
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3
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Bilan CO2 Energie grise Densité Lambda
kgCO2eq/kg kWh/kg kg/m3 W/mK
Chénevotte brute (vrac) -1,25 0,24 110 0,050
Panneaux de liège expansé -1,23 1,97 110 0,040
Bottes de paille. Flux thermique perpendiculaire aux fibres-1,25 0,24 90 0,047
Panneaux fibres de bois / haute densité -0,58 3,81 160 0,040