GT1 : Transformation, caractérisation et mise en oeuvre des matériaux biosourcés

Animateurs : Thibaut Lecompte, Vincent Picandet (IRDL, Université de Bretagne Sud)

Cet axe porte sur la transformation des bioressources, la mise en œuvre des matériaux de construction biosourcés et leur analyse du cycle de vie. Les principaux objectifs seront de développer des connaissances sur les propriétés de ces matériaux, sur la compatibilité des phases biosourcées et non-biosourcées et de fournir des données fiables permettant de valider leur intérêt environnemental.

1. Transformation des bioressources

Il est fréquent que les ressources ou les déchets d’une production, végétales ou animales, aient à subir un minimum de transformation avant de pouvoir être exploités en tant que matériau de construction ou  d’entrer dans la composition d’un composite. Les transformations envisagées peuvent se limiter à des traitements mécaniques (coupe, fragmentation, séparation) ou à des traitements plus sévères pouvant conduire par exemple à une modification à l’échelle des molécules. Il est ainsi possible de distinguer différentes échelles de transformations.

Certaines transformations sont limitées (compaction plus ou moins intense dans le cas de la paille, broyage et défibrages pour obtenir fibres et granulats à partir de tiges). Elles peuvent également correspondre à une action à une échelle plus fine entre certains composants de la ressource pour séparer et sélectionner certains composés : rouissage naturel, lavages dans des solutions plus ou moins agressives, extraction sous pression, attaques biologiques. Ces traitements visent à séparer les différents composants des végétaux (polysaccharides, cellulose...).
De telles transformations ultimes de la bioressource peuvent s’avérer très impactantes sur le plan environnemental et l’analyse de la pertinence d’une telle valorisation dans le secteur de la construction doit être évaluée au cas par cas.

Les travaux scientifiques développés autour de cette thématique dans le cadre du GDR seront focalisés sur la compréhension des mécanismes associées à la première transformation des matériaux biosourcés par immersion dans un bain de traitement. La caractérisation des résidus et des extraits, s’appuyant sur les techniques de caractérisation physico-chimiques des solides et des solutions doit conduire à la compréhension des processus de transformation mis en œuvre. Le cas de traitements par des silicates ou aluminates alcalin, encore très marginalement étudié, est particulièrement envisagé, de par la grande compatibilité de tels traitement avec les liants traditionnels du secteur du génie civil.

2. Élaboration, Conception, Mise en œuvre des matériaux constructifs biosourcés

Les techniques de mise en œuvre des matériaux de construction sont directement à leurs propriétés ou
leurs caractéristiques d’usage. Lorsqu’une continuité structurelle est recherchée pour assurer une stabilité mécanique ou une continuité d’isolation ou d’étanchéité deux principes constructifs sont généralement opposés : la préfabrication des éléments ou des pièces, ou la mise en œuvre in-situ.
Dans de nombreux cas, la production d’éléments constructifs passe par l’exploitation de mélanges dont la mise en forme est associée à un changement de comportement rhéologique, souvent associé à des réactions chimiques entre les constituants. Ce changement de comportement, généralement d’un état fluide ou pâteux vers un état solide, peut être obtenu en associant des réactifs. L’intégration de composés biosourcés dans la formulation de produits constructifs doit donc être évaluée en tenant compte de ce contexte. Les problèmes de compatibilité entre constituant sont au cœur de la problématique.

Le rôle du GDR dans cette thématique sera d’animer la réflexion et développer des connaissances autour de la notion de compatibilité, tant physique que chimique, entre les phases biosourcées et non biosourcées d’un mélange composite destiné à la construction. Identifier des règles de formulation pertinentes reste un challenge pour la communauté.

3. ACV des matériaux biosourcés

Outre leurs propriétés intrinsèques leur procurant des performances reconnues au niveau thermique, acoustique, hygrométriques, mécanique et de la résistance au feu, les matériaux biosourcés (issus de ressources végétales essentiellement) présentent des avantages environnementaux, hautement valorisant dans un contexte de construction durable issu du Grenelle de l’Environnement. L’analyse de cycle de vie, méthodologie développée dans les années soixante pour évaluer les impacts environnementaux liés à l’utilisation d’un produit ou d’un service, a été appliquée sur plusieurs de ses matériaux de construction d’un nouveau genre.
Un travail méthodique est à développer face à tout type de valorisation de biosourcés. Deux facteurs doivent permettre de bien peser l’intérêt environnemental de tels composants dans un produit constructif. D’une part, la valorisation d’un déchet (végétal par exemple) peut conduire à réévaluer les imputations associées aux impacts environnementaux. Une telle réévaluation peut altérer considérablement le bilan. A titre d’exemple, dans le cas du chanvre ou du lin, la production de fibres supporte l’ensemble de l’impact. Si les anas et la chènevotte trouvent leur place dans les produits constructifs, cette répartition serait modifiée. D’autre part, en fonction de l’ampleur de la transformation requise pour obtenir un composé issu de biosourcé, l’incidence sur l’ACV peut s’avérer très pénalisante. L’énergie grise associée à la transformation constitue également un indicateur dont il faut tenir compte dans le bilan global.

Les membres du GDR doivent associer dans leurs développements l’ACV de façon à identifier les limites du domaine de valorisation, d’en peser la robustesse ou la précarité.