Caractérisation de co-produits agricoles pour l’élaboration d’un isolant thermique

Le projet SB&WRC est soutenu par le programme européen Interreg VA France (Manche) Angleterre et bénéficie d’un soutien financier du FEDER.

Dans le cadre du projet SB&WRC (Sustainable Bio&Waste Ressources for Construction), l’objectif d’Unilasalle est d’élaborer un prototype d’isolant thermique à partir de co-produits agricoles. Lors de la préparation du projet, certaines ressources ont été préselectionnées sur la base de leur disponibilité sur la zone transmanche (des Cornouailles au Norfolk, et de la côte nord du Finistère au Pas-de-Calais).

Les co-produits préselectionnés sont la paille de colza, de blé et la canne de maïs. Différentes parties de ces tiges peuvent être valorisées. Unilasalle travaille donc actuellement à la description scientifique de chacune de ces matières pour aboutir à une sélection précise de matières entrant dans la composition du prototype isolant :

	Le maïs est semé en grande partie entre avril et mai et la récolte s’effectue à l’automne. Co-produit de la culture de maïs grain ou fourrage, la tige, de forme cylindrique, est constituée au centre d’une partie moelle spongieuse et lacunaire entourée d’une écorce plus rigide.
	Le colza est semé entre août et septembre et la récolte s’effectue entre juin et juillet. Coproduit de la culture du colza, la tige est de forme cylindrique, est également constituée au centre d’une partie moelle spongieuse et lacunaire entourée d’une écorce plus rigide.
	Pour le blé, la période de semis, et donc de récolte est très différente selon la variété choisie. Co-produit de la culture céréalière, la tige de forme cylindrique, creux par résorption de la moelle centrale. Elle se présente comme un tube cannelé avec de longs et nombreux faisceaux conducteurs de sève.

Des caractérisations physiques, biochimiques et thermiques sont en cours de réalisation sur l’ensemble de ces matières. Seules les caractérisations biochimiques et thermiques feront l’objet d’une description détaillée.

Les différentes pailles sont caractérisées selon la méthode Van Soest qui consiste en une hydrolyse, en présence de détergents des fractions de paille. Trois hydrolyses successives permettent l’extraction des extractibles qui sont constitués de polysaccharides solubles (tels que les pectines, l’amidon et les fructanes), de sucres solubles, d’acides organiques, de protéines, de lipides – l’extraction des hémicelluloses, l’extraction de la cellulose et enfin celle de la lignine.

Les profils biochimiques obtenus (figure précédente), tels une carte d’identité de chaque co-produit, mettent en évidence que les constituants majoritaires sont la cellulose et l’hémicellulose. Ces profils seront intéressants à relier aux propriétés mécaniques du futur prototype.

Les propriétés thermiques sont mesurées via la conductivité thermique représentée par le symbole λ. La conductivité thermique est une grandeur physique caractérisant le comportement des matériaux lors du transfert thermique par conduction. Elle caractérise le flux de chaleur traversant un matériau d’un mètre d’épaisseur, pour une différence de température de 1°Kelvin entre les deux faces entrante et sortante. La figure suivante est une représentation d’un appareil de mesure de conductivité thermique. Les faces entrante et sortante sont représentées respectivement par « hot plate » et « cold plate ». Plus la conductivité thermique est basse, plus le matériau est isolant. Un matériau est considéré comme un isolant thermique si sa conductivité thermique est inférieure à 0.065 W·m−1·K−1. Cette valeur sera notre référence lors de l’étude du matériau final.  

Des analyses par conductivité thermique ont été conduites sur les co-produits de tige de maïs et de colza. Les premiers résultats sont intéressants puisque les valeurs obtenues pour la tige de maïs comme pour la tige de colza sont situées entre 0.052 et 0.059 W·m−1·K−1. Les résultats sont particulièrement intéressants pour la moelle de maïs avec une valeur de conductivité thermique de  0.050 W·m−1·K−1.

Ces différents co-produits se révèlent particulièrement intéressants pour le matériau ciblé dans le cadre de ce projet. D’autres analyses doivent être conduites pour approfondir l’étude de ces co-produits, notamment des études par imageries et des études sur leurs propriétés physiques pour améliorer notre compréhension sur leur structure et leur organisation intrinsèque.