Workshop « Matériaux biosourcés et géosourcés : contributions à la transition énergétique »

Les matériaux biosourcés ont de nombreuses qualités : bilan carbone, isolation thermique, résistance à la traction, régulation hydrique, inertie thermique par changement de phase… Matériaux périssables, leur mise en œuvre est cependant plus délicate que les matériaux minéraux. Par ailleurs, ils sont produits par les écosystèmes, à la fois solutions au changement climatique et premières victimes du changement climatique.

Après une introduction sur la production actuelle et projetée de carbone renouvelable, la conférence tentera de dresser un tableau assez complet des avantages et inconvénients des matériaux biosourcés et de l’intérêt de les associer à des matériaux géosourcés. L’objectif est de montrer comment ces matériaux peuvent offrir des solutions aux défis de la construction, notamment en réponse au dérèglement climatique, tant en rénovation qu’en constructions neuves. En effet, après avoir longtemps parler des passoires thermiques, les média parlent beaucoup de chaudières thermiques lors des épisodes de canicule : nos sociétés ont enfin pris conscience du besoin de travailler sur le confort thermique d’été.

Biographie : Spécialiste du bois et des matériaux biosourcés et expert en transferts couplés de chaleur et de masse en milieux poreux, Patrick Perré travaille aujourd’hui aussi sur les systèmes bio-actifs et biotechnologies, notamment la bio-dégradation et la bio-fabrication de matériaux biosourcés. D’abord chargé de recherche au CNRS puis professeur à AgroParisTech Nancy où il a dirigé une UMR INRAe, il est arrivé à CentraleSupélec en 2011 pour restructurer un laboratoire de 70 personnes (LGPM) autour des ressources renouvelables. Depuis 2015, il dirige la chaire de biotechnologie de CentraleSupélec. Avec un budget annuel > 3 M€, ce groupe de plus de 40 personnes applique le concept de jumeau numérique à la production durable de matériaux, d’énergie et de molécules. Auteur ou co-auteur de plus de 300 articles dans des revues à comité de lecture (h-facteur: WoS = 43, Google scholar = 56), Patrick Perré a reçu 3 prix internationaux et a de nombreuses collaborations internationales.

Les matériaux bio et géo-sourcés sont le siège de transferts couplés de chaleur et d’humidité. Les expérimentations menées à l’échelle de la paroi, en laboratoire et in-situ, mettent en évidence l’apparition de phénomènes hygriques de sorption-désorption sous l’effet des flux de chaleur. Ces phénomènes impactent à leur tour les flux de chaleur, agissant ainsi sur le bilan énergétique de la paroi et le confort des usagers. Ils sont régis par les propriétés hygrothermiques des matériaux qui dépendent de leur formulation et de leur mise en œuvre. Diverses méthodes de caractérisation sont utilisées dont une méthode inverse récemment développée au LGCGM en vue d’identifier les isothermes de sorption et la perméabilité à la vapeur. La réponse hygrothermique des parois est également simulée, soit avec des logiciels commerciaux dont la réponse s’avère satisfaisante en utilisant en données d’entrée les paramètres obtenus par identification, soit avec un code interne permettant de prendre en compte la complexité des phénomènes hygriques au sein des matériaux bio-sourcés : phénomènes d’hystérésis, cinétique locale de sorption et couplage de ces phénomènes.

Biographie : Florence Collet est Professeure des Universités à l’Université de Rennes – Laboratoire de Génie Civil et de Génie des Matériaux (LGCGM). Spécialiste des matériaux bio et géo-sourcés et des transferts hygrothermiques, Florence Collet a participé à plusieurs projets nationaux et internationaux et a été impliquée dans divers groupes de travail et comités techniques. Ses travaux portent notamment sur :
•    La caractérisation du comportement hygrothermique de l’échelle des matériaux à l’échelle du bâtiment
•    Le développement de méthode inverse pour l’identification des propriétés matériaux
•    La modélisation des phénomènes couplés de chaleur et de masse dans les parois
•    L’évaluation de l’impact des matériaux sur le confort thermique et la performance énergétique 

Les matériaux de construction biosourcés (à base de bois, chanvre, lin, paille, etc), mais également le papier, les textiles naturels et les fourrures, sont de bons isolants, mais ont également cette particularité de pouvoir absorber ou restituer, depuis la vapeur contenue dans l’air ambiant, une fraction d’eau significative (jusqu’à 30% de leur masse sèche), sous forme de molécules distribuées (« eau liée ») au sein même des éléments solides. Ce changement de phase étant associé à une chaleur latente élevée le comportement hygrothermique de ces matériaux, est une problématique essentielle. Nous avons récemment développé une approche physique des transferts d’humidité, en prenant notamment appui sur la relaxométrie RMN et l’IRM qui fournissent des informations détaillées sur la distribution de l’eau dans ses différentes phases au sein de ce type de matériau. Ceci permet finalement de proposer (et valider) une modélisation complète du comportement hygrothermique, s’appuyant uniquement sur des paramètres physiques déterminés indépendamment. On discutera cependant des possibilités et difficultés d’utilisation en pratique de ces connaissances pour effectivement réduire la consommation d’énergie dans l’habitat, que ce soit via le développement de nouveaux matériaux ou le contrôle du chauffage et de la ventilation.

Biographie : Polytechnicien (X87) et ingénieur des Ponts, des Eaux et des Forêts, le professeur Philippe Coussot est physicien et spécialiste de la rhéologie et de la mécanique des fluides complexes. Ses travaux portent notamment sur les fluides à seuil, les suspensions, les écoulements en milieux poreux et la rhéométrie par imagerie par résonance magnétique. Après un début de carrière au Cemagref puis au Laboratoire central des ponts et chaussées, il devient professeur à l’École des Ponts ParisTech où il dirige l’équipe « Milieux poreux » du Laboratoire Navier. Auteur de nombreux ouvrages et publications scientifiques de référence, il est reconnu internationalement pour ses contributions à la physique des matériaux complexes. Il a reçu plusieurs distinctions majeures, dont la médaille d’argent du CNRS et un ERC Advanced Grant.

Dans le cadre de la stratégie nationale bas carbone, la France s’est engagée depuis une dizaine d’années à réduire drastiquement ses émissions de gaz à effet de serre (GES). Le secteur du bâtiment étant l’un des plus polluants, il doit intégrer de plus en plus de matériaux bas carbone. À travers une sélection de projets et de programmes de recherche, Nicolas Vernoux-Thélot démontrera les avantages de l’utilisation de matériaux biosourcés et géo-sourcés, ainsi que leur potentiel d’hybridation avec des ressources issues des déchets et d’intégration dans des systèmes de construction passifs et innovants. Les études de cas porteront notamment sur la terre crue, les systèmes à base d’eau, les briques réfractaires, les sargasses, le bois recyclé, les enveloppes thermosensibles et les matériaux de protection contre les rayonnements.

Biographie : Nicolas Vernoux Thelot est titulaire d’un master en architecture de l’École nationale supérieure d’architecture de Versailles et d’un master en sciences humaines et sociales de l’université Paris 8. Il a également suivi une formation de botaniste au Muséum national d’histoire naturelle de Paris. Il a fondé IN SITU architecture en 2003 et occupe actuellement le poste de PDG de l’entreprise, dirigeant le studio dans le développement de projets dans divers secteurs. Ces projets vont des hôtels et bureaux aux villas, logements et bâtiments commerciaux ou culturels, en France et à l’étranger. En 2020, parallèlement à son activité, il a lancé IN SITU LAB, un studio de recherche, de développement et d’innovation axé sur le biomimétisme et les systèmes passifs pour l’architecture et l’urbanisme à faible émission de carbone. Nicolas Vernoux Thelot a reçu de nombreux prix, dont le « Prix du public des architectures contemporaines de Paris », « Europe 40 Under 40 Architects », « Architecture Masterprize », « International Architecture Award » et « Green Solutions Award ». Depuis 2015, il donne des cours dans plusieurs écoles : LISAA (département d’architecture d’intérieur), Sup Bio’Tech school of Engineering (département d’innovation), École des Ponts et Chaussées et École des Ponts ParisTech (programme de master). En 2023, il a été professeur invité à la faculté d’architecture et de design environnemental de CalPoly SLO.

Les matériaux biosourcés et géosourcés présentent des performances mécaniques et hygrothermiques fortement pilotées par leur microstructure. Je montrerai comment la porosité multi-échelle, les interfaces et les paramètres de mise en œuvre (granulométrie, compaction, teneur en eau, fibres/charges) gouvernent simultanément les propriétés mécaniques (rigidité, résistance, endommagement) et hygrothermiques (sorption, transferts vapeur/liquide, conductivité thermique). Les approches de formulation et de stabilisation bas carbone seront mises en regard des méthodes de caractérisation (microstructure et essais couplés) afin d’identifier des leviers d’optimisation. L’objectif est d’illustrer comment ces indicateurs peuvent guider la conception pour améliorer les compromis résistance – confort hygrothermique – durabilité, tout en réduisant l’empreinte carbone.

Biographie : Yassine EL MENDILI est Professeur (Pr., Dr.) et responsable de l’équipe « Matériaux pour la Construction Durable » à l’ESTP (Institut de Recherche en Construction). Ses travaux portent sur les matériaux de construction bas carbone, biosourcés et géosourcés (terre crue stabilisée, biocomposites, liants alternatifs, formulations à base de coproduits et de ressources recyclées). Il développe des approches reliant microstructure, transferts hygrothermiques et performances mécaniques/durabilité, en combinant formulation, mise en œuvre et caractérisations multi-échelles (XRD, Raman, FTIR, FRX/EDX, sorption/DVS, conductivité, essais mécaniques et électrochimiques). Il mène des projets collaboratifs académiques et industriels visant la décarbonation et la circularité des matériaux. Il est également expert évaluateur pour la Commission européenne sur des dispositifs dédiés aux technologies et innovations pour des matériaux de construction bas carbone, incluant la durabilité et le potentiel de stockage de CO₂.