Le béton léger au service de l'isolation thermique

Le béton léger possède une vieille histoire dont l'origine remonte à l'Antiquité. Les bâtisseurs romains le fabriquaient alors à partir de chaux et de cendres volcaniques, et l'utilisaient comme mortier dans leurs constructions. Redécouvert au milieu du siècle dernier, le matériau a donné lieu à de nombreuses études et expérimentations dans une perspective d'allégement des structures et d'optimisation du coût des ouvrages. Le développement de son utilisation en façade est cependant récent. Il correspond à l'entrée en vigueur de la RT 2012 et, à travers elle, à l'accent mis sur le traitement des ponts thermiques pour freiner les déperditions énergétiques des ouvrages.

Pour respecter le double enjeu de la conductivité et de la résistance mécanique, les bétons BIS sont fabriqués à partir de pierre ponce, de billes d'argile expansée ou de schiste expansé.

Un matériau au volume d'air augmenté

Dans le cadre de la nouvelle réglementation thermique, au renforcement de l'isolation thermique des parois donnant sur l'extérieur s'ajoute, en effet, le respect de plusieurs garde-fous, dont l'obligation de limiter les déperditions thermiques globales des ouvrages. Au niveau des façades et des liaisons des planchers intermédiaires avec les murs donnant sur l'extérieur, la norme conduit à ne pas dépasser un coefficient de transmission thermique linéique moyen ? 9 (psi 9) de 0,6 W/(m.K).

Dans ce contexte, « une construction classique, avec façades en béton banché isolées par l'intérieur et dalles de plancher de 20 cm, n'était pas conforme à la RT 2012 », constate Raphaël Delsaux, ingénieur développement systèmes constructifs de Lafarge France. Elle le devient en revanche dès lors que l'on traite les ponts thermiques en façade afin d'éviter les fuites de chaleur vers l'extérieur. Pour continuer d'isoler par l'intérieur et permettre aux concepteurs de revenir à des solutions avec parement béton, deux solutions sont alors envisageables : utiliser des rupteurs de ponts thermiques aux jonctions des planchers et des murs de façades avec ITI, ou bien réaliser des voiles continus à partir d'un béton à faible conductivité thermique ?, c'est-à-dire un matériau dans lequel le volume d'air - isolant thermique par excellence - aurait été augmenté.

C'est à cette deuxième technique que va s'intéresser, en France, l'industrie du béton prêt à l'emploi dès la fin des années 2000. Comme le rappelle Sylvie Lecrux Trudel, responsable développement produits chez Cemex, « l'idée était alors de privilégier une solution simple à mettre en œuvre, qui ne change pas les habitudes de travail sur chantier, et qui puisse être utilisée sur tout le territoire, quelle que soit la zone sismique, ce que ne permettaient pas à l'époque les rupteurs thermiques. La commercialisation d 'un rupteur thermique adapté au risque sismique est très récente ».

Les bétons isolants structurels sont principalement destinés à la réalisation de murs de façade, mais ils peuvent être utilisés en balcons ou loggias.

Un coefficient de conductivité thermique compris entre 0,40 et 0,60 W/(m.K)

Des partenariats de compétences sont alors signés avec les majors du BTP pour tester de nouvelles solutions sur chantier. « Pour respecter le coefficient ? 9 de la RT 2012, nous avons calculé qu' il fallait un béton ayant une conductivité thermique ? de l'ordre de 0,54 W/(m.K). Mais pour abaisser la conductivité thermique, il a fallu diminuer la densité du béton tout en conservant une performance mécanique pour continuer de faire des bétons suffisamment résistants utilisables en murs de façades », poursuit Raphaël Delsaux. En d'autres termes, explique Vincent Waller, directeur qualité du fabricant Unibéton, « l'idée a été d'ajouter un aspect isolant au béton sans dégrader ses propriétés antérieures, à savoir : sa fluidité à l'état frais, sa résistance à l'état durci et sa durabilité dans le temps, les normes requérant un minimum de 50 ans ».

Voici ainsi tracé le cadre au sein duquel se développe cette nouvelle famille de bétons légers, des matériaux qui permettent bien de traiter les ponts thermiques de toute la façade, mais qui, attention, ne suffisent pas à se passer d'un doublage isolant. Autrefois dénommés bétons thermiques, ces produits ne possèdent pour l'heure aucune appellation officielle, même s'ils sont couramment désignés par l'acronyme BIS, pour bétons isolants structurels.

Aujourd'hui, les BIS sont disponibles sur une grande partie du territoire français, avec, toutefois, des contraintes d'approvisionnement sur certaines régions. Ils sont également au catalogue de la plupart des fabricants de béton BPE : citons notamment Insularis chez Cemex, Thermedia chez Lafarge, Thermovoil pour Unibéton, ou encore Defi, Thermicat pour Vicat, etc. « La majorité des produits justifie d 'une conductivité thermique ? comprise entre 0,45 et 0,60 W/(m.K), avec quelques bétons qui descendent sous la barre des 0,45 W/(m.K )», note Vincent Waller, qui rappelle que, pour appartenir à la famille des BIS, la conductivité thermique de ces bétons doit être inférieure à 0,6 W/(m.K), quand elle est de l'ordre 2 W/(m.K) pour un béton traditionnel.

La faible granulométrie des granulats utilisés facilite le coulage sur chantier.

Des granulats légers pour piéger l'air

Le caractère isolant des BIS est obtenu en remplaçant une partie des granulats traditionnellement utilisés dans le béton courant par des granulats dits légers. Ces matériaux, d'origine naturelle (ex : pierre ponce) ou artificielle (ex : argile expansée, schiste expansé), contiennent davantage de vides que les granulats courants, ce qui permet d'augmenter le volume d'air piégé dans le béton et, dans le même temps, d'alléger le poids total du mélange. La masse volumique d'un béton isolant structurel se situe en effet entre 1 200 et 1 600 kg/m3, contre environ 2 300 kg/m 3 pour un béton traditionnel.

Une solution conforme aux exigences sismiques

Malgré des performances mécaniques moindres que les granulats denses traditionnellement mis en œuvre dans le béton, ces matériaux combinés à un rapport E/C adapté, et une adjuvantation spécifique permettent aux BIS d'atteindre une résistance à la compression de 25 à 30 MPa à 28 jours, ce que n'offrent ni les bétons mousses ni les bétons de polystyrène. On parle de béton de classe LC 25/28, LC pour Light Weight Concrete. En outre, résume Ludovic Boillon, chef de marché chez Béton Vicat, « ces bétons répondent en tout point aux exigences de la norme NF EN206/CN. Ils sont également couverts par les règles de calcul de l'Eurocode 2 et de l'Eurocode 8 et peuvent être utilisés en zone sismique de 1 à 4, là où la plupart des systèmes de rupteurs thermiques ne sont pas autorisés ».

Petit bémol, s'ils sont particulièrement adaptés aux utilisations verticales, les bétons légers isolants sont rarement mis en œuvre en plancher courant. Leur isolation aux bruits solidiens souffre, en effet, de leur structure caverneuse et leur module d'élasticité, près de trois fois inférieur à celui d'un béton classique, implique un surdimensionnement pour compenser un risque de flèche importante. Ils trouvent cependant leur place sous forme de balcons et de loggias afin de supprimer les ponts thermiques avec la façade. Par ailleurs, dans le cas de fortes descentes de charges, de porte-à-faux ou de voiles inclinés générant d'importants efforts horizontaux, leur utilisation nécessite d'être approuvée par des études structurelles approfondies.

Les BIS se prêtent aux formes libres, aux finitions brutes ou matricées, et à la coloration dans la masse.

Une demande croissante en logements

Pour les architectes, ces restrictions n'enlèvent rien au fait que ces bétons offrent la possibilité d'isoler par l'intérieur, de contourner des contraintes budgétaires rendant difficiles l'emploi d'une ITE ou encore de privilégier l'emploi d'un béton apparent. Selon les régions et les niveaux de performance recherchés, le coût d'un BIS varie entre 200 et 250 € HT/m3. Un coût certes plus élevé qu'un béton courant - proche de 90 € HT/m 3 en région parisienne -, mais qui reste compétitif dès lors qu'on le compare dans une approche plus globale de l'ouvrage avec les autres solutions de façades que sont les rupteurs thermiques ou l'ITE.

Sur les chantiers de logement, la demande de bétons isolants structurels est en hausse, même si les volumes mis en œuvre demeurent peu importants. Une situation qui tient au fait que les façades, où se concentre leur utilisation, ne pèsent que pour 10 % du volume total de béton d'un bâtiment courant. « D'ici une dizaine d'années, les BIS seront peut-être challengés par les nouvelles réglementations thermiques, mais ils continueront d'avoir leur place au niveau des points critiques de l'enveloppe », confie Vincent Waller.