GT2 : Propriétés multiphysiques

Animateurs : Florence Collet (LGCGM, Université Rennes 1), Philippe Glé (UMRAE, CEREMA)

Du fait de leur composition et de leur structure spécifique les bioressources présentent une affinité avec l'eau très intéressante à analyser. La porosité évaluée à différentes échelles et le caractère plus ou moins hydrophile des surfaces composant ces matériaux peuvent être mis à profit pour réaliser des produits constructifs dont les performances sont optimisées au regard des transferts hydriques et thermiques. Ainsi, du fait de la présence d'un réseau poreux ouvert et avec des tailles caractéristiques étagées variant du nanomètre au centimètre, les bioressources (en particulier végétales) présentent une très importante capacité à échanger de la vapeur d'eau avec l'air environnant. Celle-ci peut se condenser sous forme d'eau liquide et se fixer à la surface des pores lorsque l'hygrométrie de l'air est élevée. Ce phénomène est réversible lorsque l'air devient sec.

Outre la dépendance de la conductivité et de la chaleur spécifique avec la teneur en eau, le transfert de chaleur au sein d’un tel milieu poreux est modifié par le flux de vapeur d’eau et l’énergie associée au phénomène de sorption. Ces phénomènes hystérétiques influencent très sensiblement les performances thermiques de tels composites en comparaison notamment des matériaux étanches du bâtiment. Ceci conduit souvent les usagers à des remarques originales relatives à une notion de confort ressenti lié une perception très positive des conditions thermiques et hygrothermiques. Sans atteindre des niveaux de conductivité thermiques très bas, il est possible à l’aide de tels matériaux de réguler, de manière passive, la température intérieure de l’enveloppe, de moduler les variations brusques de température tout en assurant la régulation de l’humidité relative grâce à des échanges permanents de vapeur d’eau entre intérieur et extérieur. Ces matériaux sont ainsi susceptibles d’améliorer le confort été-hiver, et de stabiliser la température intérieure entre le jour et la nuit, tout en évitant les phénomènes de condensation et de moisissures sur les parois.
Ces transferts hygrothermiques, qui en quelque sorte présentent une certaine analogie avec le cas des matériaux à changement de phase, ne sont aujourd’hui que peu, voire pas, modélisés et non pris en considération dans les outils de simulations des performances énergétiques des enveloppes ce qui handicape fortement l’émergence des solutions constructives innovantes à base de bioressources.

Sur le plan mécanique, les composites intégrant dans leur formulation des charges biosourcées dans le but de limiter la masse volumique ou de modifier certaines propriétés (réduction de la rigidité, apport de résistance ou de ductilité) font l’objet d’une attention croissante par la communauté scientifique. Du fait d’une maîtrise limitée de la compatibilité entre bioressources et autres composants d’une formulation, les performances mécaniques des produits constructifs obtenus apparaissent décevantes ce qui réduit considérablement les possibilités de voir de tels composites valorisés dans un rôle structurel. Toutefois, l’usage de fibres végétales macroscopiques agissant comme un renfort dans une matrice (minérale ou non) constitue certainement une solution qu’il convient d’adapter au cas de la construction.

Confronter les idées et connaissances des différents acteurs du GDR et motiver du travail collaboratif sur ces différents thèmes doit permettre à la communauté de construire des outils et formuler des solutions aptes à mieux exploiter les propriétés des bioressources et optimiser leur valorisation. Le comportement thermo-hydrique spécifique des matériaux biosourcés constitue un point de focalisation pour le GDR. Les propriétés de sorption de l’eau dans ces matériaux restent à mesurer finement, caractériser et modéliser, tant en régime d’équilibre que durant des phases dynamiques. Ces propriétés sont clé pour la valorisation des matériaux biosourcés.