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Innovation De nouveaux matériaux pour le bâtiment

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Innovation De nouveaux matériaux pour le bâtiment

1. Situé à Dubai, cet hôtel (200 m de hauteur) porte une membrane de 14 000 m2, constituée de 12 voiles de 50 m de largeur sur 14 m de hauteur. Elles sont composées de fibres de verre et de PTFE (PolyTetraFluoroEthylène, résine thermoplastique commercialisée sous le nom de Teflon), dont la durée de vie dépasse 25 ans. (Doc. Groupe Jumeira.)

Céramiques souples, vitrages lumineux, carrelages en bois et béton luttant contre la pollution… autant de produits et systèmes recensés durant une année et annonçant les transformations potentielles du bâtiment.

Une année de communications scientifiques, de visites des salons spécialisés (Material­vision, Francfort), de résultats de concours de design, de rencontres avec des chercheurs et des industriels, nous amène à une synthèse sur le ­développement des matériaux nouveaux appliqués au bâtiment. Dans ce secteur, tout s’accélère. Surtout ­depuis qu’il apparaît comme un vecteur majeur d’économies d’énergie et de réduction d’émissions de gaz à effet de serre. La hausse rapide des coûts de toutes les énergies, de nouvelles politiques d’aides publiques à des projets de recherche et de développement, l’obligation pour les industriels (européens, japonais et américains) de progresser au-delà de leurs produits traditionnels : autant de ­raisons à la multiplication de solutions nouvelles à très fort contenu technologique. Issus du projet européen Picada (Photocatalytic Innovative Coverings Applications for Depollution Assessment), certains matériaux de construction et revêtements spéciaux contenant du dioxyde de titane (TiO2) sont ­capables d’« attraper » et de « digérer » les polluants atmosphériques organiques ou inorganiques, après avoir été exposés au rayonnement ultraviolet ou solaire. Cet effet dépolluant repose sur les propriétés semi-conductrices photocatalytiques du dioxyde de titane (TiO2).

Améliorer la qualité de l’air. Les gaz NOx et les composés organiques diffusent à travers la surface poreuse et se fixent sur les nanoparticules de dioxyde d’azote des matériaux de construction et des revêtements. L’absorption du rayonnement UV par le TiO2 incorporé entraîne sa photo-activation et provoque dégradation des polluants absorbés. Les substances polluantes ainsi dégradées sont ensuite éliminées par l’eau de pluie. Ces nouveaux matériaux de construction devraient faire baisser les concentrations d’oxyde d’azote qui provoquent des problèmes respiratoires et celles d’autres substances toxiques, tel le benzène. Des tests préliminaires (Milan, 2002), réalisés en conditions réelles avec des matériaux photocatalytiques similaires, montrent qu’il est possible d’améliorer considérablement la qualité de l’air. Le lancement par Ciments Calcia des gammes TX Arca ligne architecture et TX Aria ligne environnement (1) constitue le premier aboutissement commercial de ce programme de recherches européen.

Parallèlement, le Groupe Lafarge crée, avec l’École des ponts et l’École polytechnique, une Chaire d’enseignement et de recherche sur la science des matériaux pour la construction durable (2). Depuis plusieurs années, Lafarge multiplie les produits innovants. Son Ductal, béton fibré à ultra-hautes performances, présente des qualités de résistance, de ductilité et de longévité inédites qui l’ont fait passer du bâtiment à l’ameublement. Sa finesse permet une reproduction très fidèle des textures motifs, à partir de la matrice de fond de moule. Au Salon du meuble, à Paris en janvier dernier, plusieurs créateurs exposaient des meubles en Ductal : biblio­thèque danseuse de Francesco Passaniti, table Arlequin de ­Marie-Christine et Mari Silva (Béton Concept), vasque de Michel Pagliosa (Atelier du Béton).

Toitures et isolation : le jeu de la transparence. Ce matériau que l’on peut colorer dans la masse s’emploie aussi bien dans la construction d’ouvrages de génie civil (ponts et passerelles), qu’en parement de façade.

Outre le fait que ses performances mécaniques sont de 6 à 8 fois supérieures à celles d’un béton traditionnel, il permet d’obtenir des structures plus légères, ­nécessitant moins de matière et facilement préfabricables. Sa très faible porosité lui confère durabilité et forte résistance aux agressions extérieures comme l’abrasion, les intempéries et la pollution. Pour le futur, Lafarge travaille à la mise au point de matériaux – ciments et plâtres – à mémoire de forme et à l’inclusion dans le béton d’une « cinquième dimension » sous forme de particules nanométriques. D’ailleurs, la chimie est au cœur des évolutions technologiques qui transforment progressivement notre univers construit. En couverture, Bayer MaterialScience a mis au point le Makrolon, un polycarbonate hautement transparent, très résistant et parfaitement recyclable. Il est utilisé pour réaliser des toitures transparentes ou des serres entières qui ne craignent ni la grêle, ni les chocs. Classés M2 ou B1 en Euroclasses, les panneaux Makrolon sont livrés en plaques ou en pièces moulées, à la demande. L’élément en Makrolon est constitué de plusieurs couches de polycarbonate, entre lesquelles il est possible d’intégrer, lors de la fabrication, des films dichroïques. Cela permet de créer des effets de couleurs, ainsi que des cellules photovoltaïques réalisant des toitures photovoltaïques partiellement transparentes. L’entreprise allemande RS Office Products a même conçu des moquettes quasi inusables à base de fibres Makrolon. Pour la construction, ce ­matériau est également disponible en panneaux alvéolés de 16 à 32 mm d’épaisseur, avec 3 à 6 couches, en longueurs de 2 à 15 m pour des largeurs de 980, 1 200 et 2 100 mm. Un panneau Makrolon ­alvéolé, multi UV 3/16 à trois couches, possède un poids de 2,8 kg/m2, un coefficient de transfert thermique Ug= 2,4 W/m2.K. Le panneau de 32 mm avec 5 couches atteint 3,7 kg/m2 et un Ug = 1,4 W/m2.K.

Des céramiques flexibles livrées en ­rouleaux. L’américain Cabot propose le Nanogel ­(distribué en France par la société Alcaud), un aérogel de silice hydrofuge. Composé à 97 % d’air, il se présente sous forme de granulés de 0,5 à 4 mm de granulométrie pouvant remplir les alvéoles de panneaux de polycarbonate, de polyester renforcé de verre, ainsi que les profilés de verre en U, pour obtenir des parois translucides, à fort pouvoir isolant.

Les matériaux transparents ou translucides remplis de Nanogel transmettent la lumière de manière diffuse, sans rayonnement direct. Une « qualité musée » élimine pratiquement les reflets, les zones de lumière ­dirigée et les ombres portées, tout en respectant le rendu des ­couleurs. Ils sont utilisés en partie translucide de ­toitures ou de parois.

La première réalisation a été la rénovation du site de conditionnement des parfums Givenchy, à Beauvais (Oise). Les panneaux de polyester en toiture, qui ne laissaient plus passer la lumière naturelle dans son intégralité, ont été remplacés par des panneaux Lexan Thermoclear (General Electric Plastics), très légers, de 10 mm d’épaisseur. Ces panneaux assurent avec une ­valeur d’isolation thermique U = 1,93 (W/m2.K), une température constante, été comme hiver, conforme aux exigences de la RT 2005. Le bureau d’études André ­Pouget Consultants vient de l’utiliser à la fois dans l’extension d’une médiathèque à Briis-sous-Forge ­(Essonne) et pour la rénovation de ses propres bureaux.

Avec Firesorb, Degussa, troisième entreprise chimique allemande, s’est orientée sur la lutte contre la propagation des incendies. Il s’agit d’un polymère qui, combiné à l’eau, forme un gel protecteur de Classe A, ­assurant la protection incendie des structures. Degussa poursuit simultanément plusieurs projets autour des nanotechnologies, notamment l’idée de rendre le silicium traditionnel « coatable », c’est-à-dire disposable en revêtement de surface. Ce qui lui permettrait de fabriquer des cellules photovoltaïques flexibles, dont le coût de production serait nettement inférieur aux procédés ­actuellement utilisés. Son centre de recherche est également à l’origine des diverses solutions de céramiques flexibles. CCFlex, par exemple, est parfaitement hydrofuge et offre une haute résistance mécanique à l’usure. Elle est fournie en feuilles ou en rouleaux, comme du papier peint, avec un large choix de couleurs et de finitions. Degussa recommande cette matière comme revêtement de murs dans les pièces humides et dans les endroits à fort passage (circulations, escaliers, etc.). Elle est fabriquée par un procédé en continu dans lequel un film polymère ultrafin et non-tissé est imprégné d’une solution en suspension, puis séché et durci. Classé F1 au feu, CCFlex résiste aux acides, aux bases, aux griffures, aux tâches, aux UV et n’absorbe pratiquement pas d’eau (1,30 ml/m2 en 24 heures). Une résistance à l’eau et aux liquides graisseux est de surcroît ajustable lors de la fabrication.

En aménagement, l’allemand Dekodur a eu l’idée de réaliser Dekobond, un sandwich associant deux panneaux de verre feuilleté pour la sécurité, recouvrant une ou deux feuilles stratifiées décorées. Les feuilles de verre ajoutent une nouvelle profondeur et un aspect miroir aux panneaux, tout en facilitant leur nettoyage. L’emploi de Dekobond va de la paroi de douche et écran de baignoires aux portes de verre, panneaux de sol ou de plafond, surfaces de travail, en passant par les séparations de logements ou de bureaux. Si le panneau doit être vu sur deux faces, il est possible de lui donner deux aspects différents en insérant une seconde feuille. La qualité du verre est quant à elle adaptable à l’usage du panneau. Les dimensions standards maximales sont de 240 x 120 cm.

Résistances thermique, chimique et mécanique. Schott a intégré des Leds dans des feuilles de verre. Paraissant flotter librement dans des panneaux, elles émettent aussi de la lumière. Contrairement aux technologies traditionnelles, aucun connecteur n’est visible. Les Leds LightPoints sont alimentées en courant continu de faible voltage par des connecteurs pratiquement invisibles au sommet du panneau. Ils fournissent du courant à une couche de verre conductrice transparente qui est incorporée dans un sandwich de PVB (Polyvinyle Butiral) pour l’isolation et de verre. Ces panneaux peuvent incorporer des Leds à deux faces, à lumière blanche, bleue ou verte, et des Leds à une seule face à lumière jaune ou rouge. Les panneaux sont disponibles dans différentes dimensions et peuvent être équipés d’un nombre de Leds variable. Leur durée de vie correspond à environ 100 000 heures d’éclairage.

Schott a également inventé le Borofloat 33, un verre qui combine transparence, résistances thermique et chimique importante et résistance mécanique très élevée, notamment en tenue aux chocs.

Sanitaire : baignoire en feuille et douchette molle. Ce « float », disponible en diverses épaisseurs et finitions, se décline en vitre pare-balles, comme en support de cellules photovoltaïques sur toiture vitrée ou en façades. Ces vitrages partiellement transparents sont réalisés, soit en espaçant les cellules photovoltaïques classiques à l’intérieur d’un sandwich de verre, soit en utilisant des cellules transparentes.

Dans l’univers de la salle de bains, la présence de calcaire demeure le problème des douches et des douchettes. L’italien Agape y apporte une solution radicale : des douchettes à main et des douches de têtes molles. Cette gamme baptisée KAA (3) et imaginée par le designer Giulio Gianturco, est constituée d’un mélange de caoutchouc et de silicone. Les deux éléments douchette à main et son flexible, ainsi que la douche de tête, sont colorés en orange, bleu, vert, rouge et gris. Ces éléments subissent de légères déformations dès qu’ils sont utilisés, suffisant à empêcher l’incrustation du tartre. En présence d’eau extrêmement entartrante, il suffit de presser de temps à autre douchette et douche de tête pour décrocher le tartre incrusté et l’évacuer. De son côté, Aquamass, le concepteur belge d’appareils sanitaires haut de gamme, a mis au point avec le designer belge Michel Boucquillon Strip, une nouvelle baignoire en 200 x 100 cm, constituée d’une seule feuille d’une matière révolutionnaire, composée de 20 % de polyester et de 80 % de charge minérale, nommée Crystalplant. Strip n’a pas de pieds, les bords de la feuille de Crystalplant en faisant office. Strip existe à la fois en version accolée au mur (avec ou sans rebord montant le long du mur) et en version free-standing.

Des évacuations silencieuses. Côté évacuations d’eaux usées et d’eaux-vannes, les systèmes BluePower et PhoNoFire de l’entreprise italienne Coes S.p.A., dessinés par le designer Paolo Villa, sont constitués de tubes et de raccords triple couches. La couche intérieure est en PP (polypropylène) blanc et résistant au feu. La couche du milieu est en PP, additionné d’une charge minérale. La couche externe est formée de PP résistant au feu, avec une charge minérale supplémentaire dans le cas de la version PhoNoFire. BluePower assure une isolation acoustique très efficace et PhoNoFire ajoute des performances de résistance au feu. L’étanchéité des assemblages est assurée par des joints toriques et des joints à lèvre sur les raccords, par collage dans le cas de l’assemblage de deux tubes.

Le hollandais Royal Mosa BV a présenté ses Mosa LED, collection de carrelages dans lesquels sont incorporées des Leds blanches. Elles consomment très peu d’énergie, dispersent très peu de chaleur et fonctionnent de 50 à 100 000 heures. Toute la technologie lumineuse est incorporée dans chaque carrelage, un câble à deux fils est prêt pour le raccordement. Le fabricant recommande Mosa LED à la fois pour un effet esthétique dans des salles de bains haut de gamme (par exemple, en hôtellerie) et pour réaliser des signalisations au mur et au sol dans des blocs sanitaires publics. Enfin, Varicor Spectra, filiale du sanitariste Keramag (varicor.com), a vu sa matière de synthèse, le Varicor, retenue pour les salles de bains du nouvel Airbus A380. Keramag l’utilise déjà pour des appareils sanitaires destinés à la fois à des salles de bains privées, à l’hôtellerie et aux collectivités. Airbus a choisi cette matière non seulement en raison de sa légèreté, malgré sa forte charge minérale, mais aussi pour sa forte résistance mécanique, son insensibilité aux composants chimiques divers et son caractère incombustible.

Recherche matières plus solides et plus légères. Lors du salon MaterialVision, l’institut de recherche Fraunhofer (4) a montré les résultats de son travail sur les CMM ou Cellular Metallic Materials (matériaux cellulaires métalliques). Dans l’un de ses établissements, (Ifam à Dresde), il poursuit le test de matières nouvelles constituées de structures métalliques fibreuses, de structures constituées de sphères métalliques creuses agglomérées ou de mousses métalliques formées de structures cellulaires ouvertes. Dans les trois cas, ce type de matière réduit considérablement la masse et le volume de métal utilisés par rapport à une structure classique de métal plein. Lors de la fabrication, l’utilisation des CMM permet de définir des caractéristiques particulières de la matière obtenue : affaiblissement acoustique, isolation thermique, absorption ou transmission d’énergie, etc. Les structures à base de fibres métalliques (alliages de fer, de cuivre, d’aluminium ou de titane), très poreuses, sont par exemple utilisées pour la confection de filtres, de brûleurs catalytiques, l’absorption de sons à très haute température ou l’isolation thermique. Les structures à base de sphères creuses – une nouvelle variété de CMM – sont construites à partir de billes évidées, d’un diamètre de 1,5 à 10 mm, fabriquées selon un processus particulier. Elles sont obtenues par le dépôt d’une poudre métallique sur des porteurs organiques, tels que des sphères de styrofoam (5) La poudre est ensuite durcie par cuisson. Grâce à la méthode développée à l’Ifam, toute poudre métallique peut être transformée en sphères creuses. Une fois les sphères obtenues, il est possible de construire des objets de toutes formes : plaques, tubes, cylindres pleins, etc. En plus d’une faible densité et d’une haute porosité (97 %), les sphères creuses métalliques se distinguent par leur forte capacité d’absorption d’énergie, leur faible conductivité thermique (qui en fait un excellent isolant), leur importante faculté d’amortissement des chocs mécaniques et leur considérable pouvoir d’affaiblissement acoustique. L’Ifam en a tiré des cloisons séparatives à forte isolation acoustique et thermique, ainsi que des isolants de canalisations et des cloisons porteuses d’épaisseur réduite. Les mousses métalliques ouvertes, pour leur part, forment d’excellents isolants acoustiques, des filtres, des échangeurs de chaleur et des matières résistant aux flammes.

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