une-fibre-bois

Les matériaux biosourcés : des alliés performants pour la construction passive

La construction passive est très exigeante en termes d’énergie consommée par le bâtiment, ce qui implique une conception liée aux apports solaires naturels mais aussi un bâtiment fortement isolé et très étanche à l’air. De nombreux matériaux biosourcés ont cette fonction isolante. Au-delà de leur conductivité thermique, leurs autres caractéristiques intrinsèques peuvent avoir une influence sur la performance thermique globale du bâtiment et donc un impact sur le confort ressenti par les usagers. Les matériaux biosourcés sont des alliés de choix pour concevoir des bâtiments passifs à faible impact sur l’environnement.

Construction passive et matériaux biosourcés : quels liens ?

La construction des maisons passives combine différents principes constructifs pour l’obtention de bâtiments très basse consommation. Ainsi on va chercher l’apport de chaleur naturelle (orientation et ensoleillement du bâtiment), les bâtiments seront fortement isolés pour garantir le confort à l’intérieur du bâtiment en hiver comme en été et l’absence de ponts thermiques. Enfin les bâtiments devront être très étanches à l’air, l’air sera donc renouvelé via la mise en place d’une VMC.

Quatre critères permettent de déterminer si un bâtiment peut obtenir la labellisation « Bâtiment Passif / Passivhaus » :

  • Besoins en chauffage < 15 kWh/(m².an) ou puissance de chauffe < 10 W/m²
  • Besoins en énergie primaire totale (électroménager inclus) < 120 kWh/(m².an)
  • Étanchéité de l’enveloppe : n50 ≤ 0,6 h-1
  • Moins de 10 % d’heures de surchauffe annuelles (>25°C)

Les caractéristiques intrinsèques des matériaux biosourcés vont permettre d’aller facilement vers une démarche de construction passive et écologique. On va citer ici principalement les caractéristiques des matériaux biosourcés isolants qui vont avoir un réel intérêt pour le bâtiment passif.

Fibres de bois

Les caractéristiques des matériaux et produits biosourcés sont principalement liés : 

  • Aux caractéristiques physico-chimiques des matières premières utilisées (celluloses, hemicelluloses, lignine, pentosanes…) ;
  • À la morphologie des matières premières (taille des fibres, des granulats, porosité…)
  • À l’assemblage des matières premières (liaisons entre fibres, interfaces granulats-matrices…) ;

La première caractéristique à regarder pour le bâtiment passif est la conductivité thermique (λ) exprimé en W/m.K. En effet plus la conductivité thermique des matériaux est faible plus le matériau est isolant. C’est donc une caractéristique importante à regarder lorsque l’on veut avoir un bâtiment fortement isolé sans avoir des murs trop épais. Le tableau ci-après récapitule les conductivités thermiques de différents produits biosourcés.

Types d’isolants biosourcés Conductivité thermique moyenne Epaisseur d’isolant nécessaire pour un coefficient de transmission thermique U < 0,15 W/m².K
Isolants semi-rigides à base de fibres végétales (bois, chanvre, coton recyclé, laine de mouton, ou mix de différentes fibres) Comprise entre 

0,036 et 0,040

Entre 24 et 27 cm
Isolants rigides à base de fibres de bois Comprise entre 0,04 et 0,042 Entre 27 et 28 cm 
Isolants en vrac (ouate de cellulose)
Béton végétaux (chanvre, bois majoritairement) Dépend du dosage en liant dans la formulation : comprise entre 0,06 (250 kg/m3) et 0,15 (800 kg/m3).

Les bétons dosés à 800 kg /m3 servent principalement pour réaliser des enduits 

Entre 40 et 54 cm pour un béton dosé entre 250 kg/m3 (à privilégier en toiture) et 400kg/m3 (en murs).
Bottes de paille La botte posée sur chant à une conductivité de 0,052 W/m.K

La botte posée à plat à une conductivité thermique de 0,08W/m.K

Les bottes posées sur chant ont une épaisseur non variable de 37 cm qui satisfait aux standards du bâtiments passifs : R= 6,92m².K/W donc U=0,145 W/m².K

Tableau 1: Conductivités thermique de différents produits biosourcés et épaisseur nécessaire pour satisfaire aux exigences de la construction passive

La seconde caractéristique intéressante à regarder pour les matériaux biosourcés isolants est leur capacité thermique massique, aussi appelée chaleur spécifique. Elle traduit la capacité d’un matériau à accumuler de l’énergie sous forme de chaleur par rapport à son poids. Elle est exprimée en J/kg. K puisque qu’elle représente l’énergie qu’il faut apporter à 1kg de matière pour que sa température augmente de 1 kelvin.

Plus le matériau aura une grande capacité thermique plus il pourra stocker de l’énergie tout en ayant une augmentation de température relativement faible. Cette capacité permettra donc de conserver la fraîcheur au sein du bâtiment lors de fortes périodes de chaleurs. Cette grandeur est donc à bien prendre en compte, lors du choix des matériaux qui composeront l’enveloppe d’un bâtiment passif, lorsque l’on cherche à garantir le confort d’été.

Le diagramme ci-après récapitule les données de différents matériaux isolants. Globalement on note que les isolants biosourcés ont des chaleurs spécifiques plus importantes que les isolants conventionnels. Les matériaux biosourcés isolants présentant les capacités thermiques les plus élevées sont les matériaux à base de cellulose ou de fibres de bois.

A partir de la capacité thermique massique il est aussi possible d’évaluer la capacité thermique volumique ou chaleur volumique d’un matériau qui représente alors sa capacité à emmagasiner la chaleur par rapport à son volume. 

chaleurs spécifiques de différents matériaux isolants

Figure 1 : Comparaison des chaleurs spécifiques de différents matériaux isolants.

Pour garantir le confort d’été mais aussi le confort d’hiver, deux autres caractéristiques sont aussi à prendre en compte : le déphasage et l’inertie thermique. Le déphasage thermique est la capacité d’un matériau ou d’une paroi à retarder les transferts de chaleur d’un côté à l’autre. Les parois possédant un bon déphasage thermique (compris entre 8h et 12h) sont particulièrement intéressantes puisque l’on peut par exemple décaler en période estivale l’arrivée d’un surplus de chaleur aux heures nocturnes, plus fraiches. 

L’inertie quant à elle est la capacité du matériau à stocker de la chaleur, puis à la restituer progressivement lorsque la température de l’air environnant diminue par rapport à celle de la surface du matériau. Une forte inertie permet donc d’améliorer le déphasage, mais aussi de maintenir la température d’un bâtiment une fois celui-ci chauffé en hiver par exemple. L’inertie dépend de la densité des matériaux (plus un matériau sera lourd et compact plus son inertie thermique sera importante) mais aussi de sa capacité thermique massique. En combinant une ossature bois et des isolants biosourcés, éléments peu denses mais possédant une forte capacité thermique massique, on peut tout de même avoir un bâtiment possédant une bonne inertie.

Le tableau [CEREMA, 2016] ci-dessous, récapitule les déphasages de différents matériaux isolants pour une épaisseur de 20 cm :

Masse Volumique (kg/m3) Conductivité thermique λ (W/m.K) Capacité thermique massique (J/kg.K) Capacité thermique volumique (kJ/m3.K) Déphasage (h) pour 20 cm de paroi
Polystyrène expansé 25 0,04 1450 36 4,7
Ouate de cellulose 40 0,04 2150 86 6,6
Isolant semi-rigide en fibres de bois 75 0,04 2100 108 7,6
Isolant rigide en fibres de bois 160 0,04 2100 336 13,3
Panneau de liège 120 0,04 1600 192 10
Isolant semi-rigide en fibres de chanvre 30 0,04 1600 48 5
Mélange chaux chanvre 440 0,11 1560 686 11,5

Tableau 2: Caractéristiques thermiques et déphasage de différents matériaux isolants

Ensuite il faut rajouter que les matériaux biosourcés sont naturellement hygroscopiques : en contact avec l’air intérieur ils vont absorber ou dégager de la vapeur d’eau. Dans un bâtiment très étanche, cette hygroscopicité va être complémentaire de la VMC pour une meilleure régulation de l’hygrométrie de l’air ambiant, ce qui va améliorer le confort et le ressenti pour les occupants.

036-YHEnfin la plupart des matériaux biosourcés ont un comportement hygrothermique, c’est à dire un comportement spécifique au sein d’un environnement dans lequel la température et l’humidité varient. Absorption et dégagement d’énergie (sous forme de chaleur) ont lieu lors de transferts d’eau au sein du matériau (phénomènes de sorption-désorption).

Le comportement hygrothermique d’un matériau est fortement lié à sa nature (matière qui le constitue) et à sa porosité, par conséquent, tous les matériaux n’ont pas les mêmes caractéristiques par rapport aux variations hygrométriques, hydriques et thermiques. Les matériaux biosourcés font l’objet depuis plusieurs années, d’études visant à comprendre et à caractériser leur comportement hygrothermique.

Ces études ont établi qu’il y avait un lien entre le comportement hygrothermique d’un matériau et la performance thermique d’une paroi et par conséquent, un effet sur la performance énergétique du bâtiment. En plus de ces performances particulières qui jouent un rôle important dans le confort intérieur d’un bâtiment, il est important de rappeler que certains matériaux biosourcés (enduits) limitent les écarts de température entre la température de la pièce et la température de surface de la paroi, ils évitent l’« effet de paroi froide », souvent à l’origine d’une sensation d’inconfort pour les occupants.

Des matériaux déjà plébiscités pour la construction de bâtiments passifs

Sur la base de données de la maison passive [Passivhaus-Datenbank], on trouve 322 bâtiments passifs référencés en France :

  • 149 bâtiments sont en ossature bois ;
  • 106 bâtiments sont en maçonnerie/ béton ;
  • 72 bâtiments sont mixtes : bois – maçonnerie/béton ;
  • 1 bâtiment est en structure métallique ;

Sur les 149 bâtiments conçus en structure bois, la majorité sont isolés avec de la ouate de cellulose en remplissage de murs et pour l’isolation des toitures. On retrouve également la ouate de cellulose souvent utilisée avec des panneaux rigides à base de fibres de bois. Quelques bâtiments référencés sont construits selon les principes de la construction en paille. Ci-après sont présentés deux bâtiments passifs construits en matériaux biosourcés avec des principes constructifs différents.

Conclusion 

A travers cet article on a vu que les matériaux biosourcés, par leurs caractéristiques intrinsèques, permettent d’ores et déjà de concevoir des bâtiments très performants du point de vue de leur consommation énergétique. 

Le passif promeut la sobriété dans la construction, mais cette logique doit s’étendre à l’ensemble du cycle de vie, et donc à l’énergie grise des matériaux en particulier. Ainsi, il faut maintenant aller plus loin en considérant les impacts des bâtiments du point de vue de la renouvelabilité des matériaux utilisés et de la séquestration du carbone au sein des bâtiments.

 

Notre avis : La construction passive est très exigeante en terme d’énergie consommée par le bâtiment, ce qui implique une conception liée aux apports solaires naturels mais aussi un bâtiment fortement isolé et très étanche à l’air. De nombreux matériaux biosourcés ont cette fonction isolante. Au-delà de leur conductivité thermique, leurs autres caractéristiques intrinsèques peuvent avoir une influence sur la performance thermique globale du bâtiment et donc un impact sur le confort ressenti par les usagers. Les matériaux biosourcés sont des alliés de choix pour concevoir des bâtiments passifs à faible impact sur l’environnement.

 

Bibliographie :

[Journal Officiel, 2016] Journal officiel n° 0297 du 22/12/2016 :

 https://www.legifrance.gouv.fr/jo_pdf.do?id=JORFTEXT000033666742

[Label Produits Biosourcés, 2017] : http://produitbiosource.fr/

[KARIBATI,2017] Zoom sur le bâtiment biosourcé : Repères chiffrés sur la filière française : http://www.karibati.fr/zoom/

[CEREMA, 2016] CEREMA, Direction territoriale Est, Laboratoire Régional de Strasbourg, Synthèse bibliographique des études sur la rénovation thermique du bâti ancien à l’aide de matériaux biosourcés, Octobre 2016.

[Passivhaus-Datenbank] http://www.passivhausprojekte.de/index.php?lang=en

[Jean-Marc Gremmel,2013] 3ème Forum International Bois Construction 2013, Une première en Europe : Résidence Jules Ferry à Saint Dié des Vosges, huit niveaux bois-paille. Jean-Marc Gremmel, Le Toit Vosgien.

[CRER Poitou-Charentes] http://www.crer.info/bepos-energie-positive.htm

Karibati on LinkedinKaribati on Youtube
Karibati
Karibati est une jeune entreprise innovante née de la conviction que le bâtiment de demain intègrera le végétal pour devenir performant aux niveaux environnemental, économique, social et culturel. Karibati accompagne les acteurs publics et privés qui innovent grâce aux matériaux biosourcés pour le bâtiment. Notre nom associe « kari » qui signifie "jardin" en Maori et « bâti ».

Karibati

47 Avenue Pasteur
93100, Montreuil

0180899371 0758285429

Activités :

0,0

Spécialités : accompagnement, chanvre, chaume, construction, formation, isolation, paille, terre

Site web : http://www.karibati.fr

Envoyer un e-mail directement

6 réflexions sur “Les matériaux biosourcés : des alliés performants pour la construction passive

  1. Bonjour,
    Merci pour votre article.
    Je suis un peu inquiet suite à la lecture sur la page Facebook « Rénovation pertinente » dont je crois Papy Claude est l’un des fondateurs, d’une remise en cause de la durabilité dans le temps de la fibre de bois.
    Un passionné de vielles pierres qui ne jure que par le liège soulevait la question des xylophages et des rongeurs, doutant que la fibre de bois résiste au delà des 10 années de protection offertes par leur traitement chimique.

    Je suis un peu inquiet, qu’en pensez-vous ?

    • Bonjour Charles,
      Je suis Claude Lefrançois, alias Papy Claude, effectivement non pas un des fondateurs, mais le fondateur du groupe Facebook « Rénovation pertinente » que, initialement et pendant quelque mois, j’avais nommé « Isolation pertinente ».
      Je n’y vais plus, pas plus ici qu’ailleurs sur Facebook d’ailleurs et je me dois d’informer pourquoi, ensuite, je répondrai en ce qui concerne les insectes xylophages.
      Afin que les réponses soient justes, je surveillais absolument tous les commentaires (et là, il est évident que je serais intervenu car ancien charpentier, ancien constructeur MOB, donc pour le moins connaisseur de ce matériau qu’est le bois).
      Je veillais aussi à ce que chacun se respecte, pas de nom d’oiseau, chasse aux trolls, ceci quasi en instantané ou le plus rapidement possible. J’en étais arrivé à consacrer entre 6 et 10 heures par jour, non pas en continu, mais en temps cumulé et … j’ai failli faire un burnout !
      Alors j’ai tout arrêté et n’y retournerai pas de si tôt, c’est encore frais (15 mois) et je crains la rechute !
      Je n’y vais que chaque mercredi matin pour proposer mon article de la semaine, comme je vais sur d’autres groupes ainsi que sur Linkedin.

      Venons en au risques liés au bois.

      Qu’en est-il réellement.
      Il faut remettre ce risque, qui est réel, à sa juste place.
      De très nombreuses constructions anciennes en bois sont là pour témoigner que, même si, de temps à autres, une vrillette ou un capricorne viennent faire une visite, ça n’est généralement pas bien grave.
      Un tout bon dans ce domaine est encore, à ma connaissance, co-administrateur sur le groupe « Rénovation pertinente », Jedebor Houston. Il pourrait tout autant que moi, si ce n’est mieux que moi, vous rassurer.
      En effet, les insectes sus-cités ne vivent pas en colonie dans les bois de nos maisons, ils viennent y pondre et ce sont leurs larves qui créent les galeries. Ce sont donc des opportunistes de passage et non des co-occupants indélicats.
      Pour que ces insectes « mangent » une maison, il faudra des décennies, peut-être des siècles.
      A noter d’ailleurs qu’ils sont friands d’aubier, c’est ce qu’on constate dans l’ancien, et même s’ils ont fini, au bout de temps très long, par le manger, le cœur, lui, est quasiment inattaqué et suffit amplement à assurer la pérennité de l’ouvrage.

      Ceci se produit d’ailleurs beaucoup plus sur des charpentes anciennes réalisées en bois rond naturel, ayant donc conservé tout l’aubier.
      Désormais nous travaillons avec des bois sciés et donc, en grande partie purgés de l’aubier : on met en sous-produit de scierie les « planches » de bord, appelées diversement dosse, couesnons et autres selon les régions.
      Ces sous-produits sont soit vendus pour bois de chauffage soit (et c’est maintenant le plus courant) transformés en plaquettes pour le chauffage.
      Personnellement je déplore d’ailleurs que nous devions tous désormais acheter des bois traités (j’ai travaillé pendant plus de 25 ans, et aussi longtemps que possible avec des bois non traités).
      Ceci est plus le fait des lobbyistes qui, face à un risque réel mais très, très improbable, imposent une protection effectivement assez peu durable : on en est arrivé ici comme dans certains pays à tremper face d’hypothétiques risques bactériens à les poulets et autres aliments dans des bains javellisés (heureusement pour nous, nous n’en sommes pas là chez nous !).
      Donc, ayez des craintes, mais limitées, très limitées pour vos bois si vous en avez.

      Les seuls craintes réelles à nourrir en terme de xylophages concernent les termites … dont on sait très bien se prémunir avec des pièges !

      Enfin, si le liège n’est pas dénué d’intérêt, il est et demeure seulement un isolant et n’est ni porteur ni même suffisamment résistant pour permettre d’y fixer d’autres éléments tels que les parements w… alors, commet faire sans bois ? … Avec des supports métalliques ?
      Certes ceux-ci ne sont pas mangés par les xylophages, mais qu’en est-il contre des murs anciens en pierre, enfermé dans des isolants ? J’ai, personnellement, vu des parements (placo) qui s’autoportaient car le rail de pied et les bas de montants métalliques avaient été mangés par la rouille !
      A noter, en ce qui concerne le liège, que compte tenu de sa rareté, il serait souhaitable de ne l’utiliser là où il est incontournable : face à des risques importants d’eau stagnante.

      Voilà ce que, personnellement, je peux en dire, parce que je l’ai constaté et me suis beaucoup documenté sur le sujet.
      Pour info, mes 1ères constructions, en tant qu’entrepreneur responsable, remontent à 1988, soit plus de 30 ans, ce sont des chalets en madriers, dans la vallée verte en haute Savoie et j’y suis encore régulièrement invité par d’anciens clients pour un verre de l’amitié. Ces bois n’étaient absolument pas traités, tout juste laurés … pour les parties visibles et mes clients y vivent des jours qui ne m’ont pas l’air d ceux de gens angoissés par les xylophages.
      Je connais moins les clients chez qui je suis intervenu en tant que salarié, mais je sais leurs chalets encore bien gaillards … après plus de 40 ans et certainement pour de très nombreuses années … à l’identiques de toutes les charpentes des maisons de ces années là, lesquelles ne sont pas toutes « passées », très loin s’en faut, entre les mains d’opportunistes spécialistes du traitement des bois …

      Long, très long commentaire en réponse, mais que je crois nécessaire autant qu’il le serait que quelqu’un écrive un jour sur ce sujet pour le démystifier.

      Il est curieux de constater à quel point les spécialistes des traitements des charpentes a posteriori sont aussi des spécialistes du démoussage et de la peinture des tuiles ainsi que de l’isolation des combles à 1€ … Avec toutes les réserves qu’on peut, qu’on doit nourrir à leur égard.
      Ils ne sont pas tous mauvais mais pas non plus tous bons, c’est le moins qu’on puisse en dire !
      C’est tellement vrai que même le législateur demande aux autorités de tutelle, Qualibat en tête, de revoir leurs copies, au moins pour les combles à 1€ !

  2. Bonjour, et merci pour votre réponse comme toujours généreuse et passionnée !
    Néanmoins, vous m’excuserez si ma question n’était pas claire, ma crainte des xylophages (soulevée sur FB) ne portait pas sur la charpente bois mais sur l’isolation en fibre de bois (pavatex et cie) ! Effectivement, une fois le traitement au bore évaporé, peut-on imaginer une colonie de fourmis ravies de tous ces petits morceaux de bois prémâchés et à bonne dimension vaguement liés pour former l’isolant en fibre de bois et en or précieux pour la construction de la fourmilière !!

    • Bonjour Charles,
      Après renseignements pris auprès des co-administrateurs du groupe FB « Rénovation pertinente », nous avons identifié de qui venaient le doutes qui vous ont été instillés.
      Ce Monsieur est plein de certitudes et j’ai eu, personnellement, l’occasion d’échanger avec lui.
      C’est bien d’avoir des convictions, c’est bien d’en faire part, c’est mieux quand elles sont étayées.
      Les certitudes peuvent avoir plusieurs sources, de l’intime conviction basée sur un sentiment profond (ce qui pourrait être assimilé à une croyance) à un constat sur chose réalisée (ce qu’on nomme l’expérimentation) en passant par les explications basées sur des sciences prouvées et dites exactes.

      Ici, chez Build Green, nous sommes plus ceinture et bretelle que « on m’a dit que … » donc l’expérimentation, oui; la scineece prouvée, oui, les intimes convictions ne nous semblent recevables que pour soulever des questions.
      Alors venons en aux questions soulevées

      Qu’en est-il des discours et des faits ?
      J’ai, Claude Lefrançois, traîné mes guêtres un peu partout en France, j’y ai formé des opérateurs, j’y ai aussi beaucoup œuvré à titre personnel, j’y ai fait des analyses et des constats.
      Ils sont de 2 ordres :
      – la mise en œuvre défectueuse. Les matériaux naturels « pardonnent » parfois plus que les matériaux conventionnels. Ces derniers sont souvent très limités dans leurs spectres de capacité et le moindre faux pas peut s’avérer très vite dommageable. Dans le cas de matériaux naturels, une mauvaise mise en œuvre, au pire et le plus souvent, limite l’apport de ce qu’ils auraient pu donner mais le plus souvent ne cause pas de désordres graves.
      – la nature des matériaux : comme expliqué ci-avant, les matériaux conventionnels sont généralement plus délicats.

      Les isolants n’y échappent pas et les détracteurs des isolants biosourcés sont assez enclins à faire état de désordres dont ils auraient été témoins ou dont on leur aurait fait état, mais il est très rare qu’ils amènent les preuves de leurs dires (nous restons gentils dans notre formulation …).

      Venons-en aux risques des insectes xylophages qui auraient « mangé » des laines de bois ou de la ouate de cellulose, jamais une preuve de ces désordres ne nous a été présentée.
      Par contre, des loirs, des fouines, des souris, des rats, des couleuvres dans de la laine minérale, ça oui, on en a vu légion.

      En ce qui concerne le bore dans les isolants, il n’agit pas par émanation et donc de façon limitée dans le temps mais par ingestion éventuelle des insectes en question. Son action bactéricide détruit la flore intestinale des bestioles en question, lesquelles ne peuvent plus alors digérer la cellulose contenue. Ils meurent tout simplement d’engorgement de leur système digestif.
      Tant qu’un insecte n’aura pas mangé le bore (en même temps que la fibre isolante car personne n’a encore osé avancer que ce produit engendrerait une appétence particulière …), le bore ne disparaîtra pas et restera donc actif … pendant des dizaines d’années, pas de limite connue dans le temps !
      Pour le reste, et ce n’est pas pour ça qu’on l’utilise mais il apporte quand même d’autres services, c’est un puissant dessicant et il contribue à maintenir l’isolation sèche, gage de performance, en sus des capacités naturelles de sorption et de désorption des laines de bois, de lin, de chanvre, de coton, de foin, de la ouate, de la paille …

      Nous allons produire des articles présentant les qualités requises pour un isolant et nous espérons que vous y trouverez toutes les réponses que l’intervenant facebookien A… C… semble avoir soulevées chez vous.

Répondre à Claude Lefrançois Annuler la réponse.

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur comment les données de vos commentaires sont utilisées.