Formulation, caractérisation et étude de la durabilité de panneaux isolants biosourcés à base de moelle de tournesol pour le bâtiment

Overview & Synopsis

Le secteur de la construction étant l'un des domaines d'activités les plus polluants actuellement, c'est un secteur clé qui doit nécessairement diminuer son impact environnemental dans les années à venir. L'usage de matériaux biosourcés peut permettre de répondre à cette problématique, via l'utilisation de matières premières à faible impact environnemental, renouvelables, et disponibles localement.L'objectif de cette thèse est d'utiliser une ressource présente dans le Sud-Ouest de la France, la moelle de tournesol, afin de produire des isolants biosourcés présentant de bonnes propriétés hygrothermiques. L'étude a porté sur la valorisation de cette matière première lignocellulosique remarquable par ses propriétés physiques, et notamment sa porosité particulaire d'environ 97%, comme isolant en vrac ou sous forme de panneaux isolants semi-rigides. La fabrication des panneaux suit deux protocoles distincts, l'un avec ajout de liant amylacé et l'autre sans ajout de liant externe, auto-liés par les composés collants présents dans la moelle et solubilisés au moment de la fabrication. Le protocole appliqué, simple et peu énergivore, consiste en un moulage à froid des panneaux, suivi d'un démoulage immédiat. Deux liants amylacés sont testés à dosage et taux de compactage variables. Parler d'une moelle de tournesol a peu de sens au vu de la grande variabilité de la ressource en termes de pureté et de granulométrie, dépendantes du procédé de transformation des tiges. L'impact de ce dernier a donc également été étudié via la création de moelles modèles de différentes puretés et granulométries. La pureté est modifiée par ajout de particules d'écorce de tournesol en quantités variables dans la moelle pure. Les résultats ont permis de montrer les très bonnes propriétés thermiques des différents granulats en vrac ainsi que des panneaux à base des différentes moelles de tournesol, avec ou sans liant externe. Les valeurs se situent autour de 0.04 W/(m.K) pour la moelle pure, et sont inférieures à 0.05 W/(m.K) pour les autres granulats moins purs. Ces valeurs permettent de comparer ces isolants biosourcés aux isolants conventionnels comme le polystyrène et les panneaux de fibres de bois dont les conductivités thermiques sont du même ordre de grandeur. Les essais hygriques montrent la grande perméabilité à la vapeur d'eau des panneaux isolants à base de moelle, plus de 20 fois supérieure à celle du polystyrène. Ce résultat indique que les matériaux à base de tournesol sont bien adaptés à la rénovation de bâtis anciens ou à la conception d'enveloppes multicouches perspirantes. Les propriétés mécaniques en flexion et en compression des panneaux ont également été étudiées. Bien qu'autoportants, les panneaux à base de moelle présentent des performances mécaniques plus faibles que les panneaux isolants conventionnels. L'optimisation de la formulation ou l'association à d'autres composants dans le système constructif permettrait notamment de pallier cette faiblesse. La problématique de la durabilité est également adressée dans ces travaux via des essais de vieillissement sous différents environnements : un vieillissement de référence en intérieur, un vieillissement climatique en extérieur, et un vieillissement accéléré résultant de l'application de cycles de variations de température et d'humidité relative d'une durée de 48 heures. Les résultats montrent une bonne conservation des propriétés thermo-hygro-mécaniques dans le temps. A l'issue des périodes de vieillissement les plus sévères (1,5 an à l'extérieur et 130 cycles d'humification/séchage), aucune dégradation significative des propriétés à l'échelle microstructurale ou d'usage n'est observée. L'isolation à base de moelle de tournesol est ainsi pleine d'avenir afin de permettre une diminution de l'impact environnemental de secteur du bâtiment tout en garantissant de bonnes propriétés hygrothermiques, valorisables dans la construction neuve comme dans la rénovation du patrimoine bâti ancien.