Pôle acoustique et thermique des matériaux bio et géo sourcés BioGeo: un pôle au Cerema dédié aux recherches sur le comportement des matériaux bio et géosourcés

L’UMRAE (Unité Mixte de Recherche en Acoustique Environnementale qui réunit le Cerema et l'Université Gustave Eiffel) et le groupe Bâtiment-Construction-Immobilier du Cerema Est ont créé début 2022 BioGeo le pôle acoustique et thermique des matériaux bio et géo sourcés, spécialisé dans l'étude du comportement de ces matériaux, dont les caractéristiques offrent des perspectives 'intéressantes pour la construction.

L’utilisation des matériaux biosourcés et géosourcés a largement progressé en France ces trente dernières années. Leurs applications dans le domaine du bâtiment, que ce soit pour la construction neuve ou la rénovation, sont très nombreuses : éléments de structure, enduits, toiture, parements, isolants thermiques et/ou acoustiques, mortiers et bétons, etc. Les utilisations pour le bâtiment ont été encadrées mais aussi encouragées par différentes mesures et règlementations au fil du temps, avec comme exemple d’actualité l’entrée en vigueur de la RE2020 depuis le 1er janvier 2022. 

Cet engouement s’explique par la nature vertueuse de ces matériaux :

  • Sur le plan environnemental : stockage de carbone atmosphérique, disponibilité en filières courtes

  • Par leurs caractéristiques physiques : capacité de déphasage thermique, propriétés acoustiques et respirantes qui contribuent grandement aux conforts hygrothermique et acoustique des lieux de vie

 

Néanmoins, malgré l’incitation des politiques publiques à utiliser ces matériaux dans le domaine de la construction, l’investigation des connaissances scientifiques et techniques concernant les propriétés multifonctionnelles de ces matériaux est nécessaire.

C’est pourquoi l’équipe de recherche UMRAE et le groupe Bâtiment-Construction-Immobilier (BCI) de l’agence du Cerema à Strasbourg se sont spécialisés depuis 2012 sur les techniques de caractérisation et de modélisation associées, pour des applications allant du domaine du bâtiment aux écrans acoustiques.

Dans ce contexte, un laboratoire commun de caractérisations expérimentales des matériaux a été développé. Ce laboratoire est actuellement doté d’équipements de référence couvrant les aspects acoustique et thermique.

Des bases de données conséquentes ont, grâce à ces outils, pu être constituées ces dernières années dans le cadre de projets et d’études portant sur les matériaux biosourcés (laines végétales, bétons végétaux, fibres et particules végétales) mais aussi géosourcés (mélanges terre allégée). En parallèle, des méthodes de modélisation (conjointes ou spécifiques à chaque domaine) sont mises en œuvre afin de comprendre les comportements acoustiques et hygrothermiques de ces matériaux, bien souvent atypiques en comparaison de matériaux plus conventionnels.

Ces modélisations peuvent alors être exploitées pour de multiples applications : optimisation des performances, évaluation de la durabilité, contrôle non destructif, etc.

La création du pôle acoustique et thermique des matériaux bio et géo sourcés permet ainsi de valoriser ces activités et de les consolider pour les années à venir.

Quels matériaux ? 

Le périmètre du pôle BioGeo comprend l'étude, la caractérisation, la modélisation et l'optimisation des matériaux suivants : 

  • Les matériaux biosourcés qui sont des matériaux partiellement ou totalement issus de la biomasse d’origine végétale ou animale, tels que le chanvre, le lin, le colza, le kénaf, le miscanthus, la moelle de tournesol, la balle de riz, la paille, le liège, la laine de mouton, etc.
  • Les matériaux géosourcés qui sont des matériaux d’origine minérale qui demandant peu de transformation, tels que la bauge, le pisé, la terre crue, le torchis, etc.
  • Tout autre matériau dont les propriétés intrinsèques présentent des similitudes avec les matériaux biosourcés et géosourcés (forte porosité ouverte, matériaux hygroscopiques…) leur conférant des propriétés acoustiques, thermiques et hydriques similaires.

Quels types de recherches et d'expertises ? 

Il s’agit tout d’abord de caractérisations expérimentales des propriétés:

  • Physiques : masses volumiques, compressibilité, granulométrie, porosité et microstructure, teneur en eau, etc., 
  • Mécaniques : résistance à la compression, à la flexion, module d’élasticité, etc.,
  • Thermiques : conductivité, diffusivité, capacité thermique,
  • Hydriques : capacités de sorption-désorption, MBV "Moisture Buffer Value", etc.,
  • Acoustiques : absorption, affaiblissement acoustique, etc..

Ces mesures portent à la fois sur les matières premières, les matériaux et les systèmes constructifs, et déterminent la variabilité de leurs performances d’un point de vue temporel et spatial. Ces caractérisations, qui peuvent être menées en laboratoire et/ou in situ, contribuent à l’alimentation de bases de données relatives aux propriétés des matériaux biosourcés et géosourcés.

Le pôle acoustique et thermique des matériaux bio et géo sourcés est également en mesure de modéliser les propriétés acoustiques, thermiques et hygrothermiques des matériaux séparément ou de manière conjointe. Pour cela, il peut s’appuyer sur des moyens logiciels, mais également sur des méthodes de modélisations développées en interne reposant notamment sur des approches micro-macro. Le pôle vise également à modéliser l’impact des matériaux sur le fonctionnement d’un local ou d’une partie de bâtiment, du point de vue acoustique, thermique et confort hygrothermique. Cette capacité de développement de nouveaux modèles, unique en son genre, vient notamment enrichir l’offre de prestations de Recherche et Développement du Cerema. 

Outre ces missions de production de connaissances, le pôle assure une mission de formation à la recherche en accueillant des étudiants en écoles d’ingénieur ou en Master, mais également des doctorants et des post-doctorants.
Le pôle remplit aussi une mission de diffusion des connaissances à travers la réalisation d’actions de formation (cursus de l’enseignement supérieur, services du MTE, collectivités locales, etc.) et de vulgarisation (revues techniques, fête de la science, etc.), la participation à des congrès internationaux et nationaux, ainsi que la publication d’articles dans des revues internationales et nationales à comité de lecture. Enfin, il a aussi vocation à contribuer à différents niveaux aux travaux de normalisation permettant de lever les freins à l’utilisation des matériaux biosourcés et géosourcés.

Et pour qui ? 

Tout d’abord, ce pôle a vocation à conduire et à être impliqué dans des projets de recherche sur financements externes (ADEME, ANR, etc.). Il peut aussi être mobilisé sur des projets de recherche financés en interne au Cerema dans le cadre de la programmation annuelle, pour répondre en particulier à des demandes spécifiques de services d’Administration Centrale du MTE (DHUP ou DGPR par exemple). 
Le pôle réalise également ses missions pour le compte de clients tiers, tels que des industriels ou des collectivités. Dans ce cadre, les prestations vont de la caractérisation et/ou modélisation des propriétés acoustiques, thermiques, hydriques et hygrothermiques de matériaux biosourcés et géosourcés, aux prestations de R&D (labellisation possible par l’institut Carnot Clim’adapt).

Pour ce faire, le pôle acoustique et thermique des matériaux bio et géo sourcés travaille en réseau avec de nombreux partenaires, entre autres :

  • Au Cerema avec de nombreux autres sites impliqués et plus largement au sein du RST (ENTPE / LTDS, Université Gustave Eiffel / MAST / CPDM, Ecole des Ponts ParisTech / Navier, CSTB) ;
  • Au niveau académique (Université Savoie Mont-Blanc, Université Bretagne Sud, Université Clermont-Auvergne, UniLasalle, ENSTIB) ;
  • Avec des acteurs économiques (Ecopertica, BioBuildConcept, Construire en Chanvre, Karibati, Codem / Batlab, CAVAC Biomatériaux, Vicat, Bouygues Construction).

Pour finir, le pôle BioGeo contribue également activement à l’animation et au développement de groupes de recherche tels que le GdR "Matériaux de construction BioSourcés".

 

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