En une : Isolation en fibre de bois Gutex
Si la nécessité d’isoler ne fait de doute pour personne, la technique et le matériau à utiliser plongent bien souvent les propriétaires dans la perplexité. Les matériaux biosourcés ont le vent en poupe, boostés par la notion de poids carbone des constructions dans la nouvelle règlementation RE2020. Coût, facilité de mise en œuvre, énergie grise, poids carbone, provenance, facilité d’approvisionnement, perspirance, inertie… et affinité avec le matériau vont entrer en jeu pour choisir.
Qu’est-ce qu’une isolation écologique ?
C’est avant tout une isolation faite à partir de matériaux sains, tant au moment de la pose qu’au cours de la vie du bâtiment. Ce qui n’empêche pas de se protéger des poussières lors de la mise en œuvre (cellulose insufflée, fibre de bois lors de la découpe…) en portant un masque.
C’est aussi un matériau qui a consommé peu d’énergie lors de son cycle de vie, de sa fabrication (à base de matériaux renouvelables par exemple) ou son extraction à son élimination, en passant par son transport et sa mise en œuvre. L’isolant écologique est donc avant tout biosourcé, c’est à dire fabriqué à partie de biomasse végétale : paille, herbe, bois, chanvre, lin… ou animale (laine de mouton) ou issu du recyclage (ouate de cellulose, textile, carton…). Plus il sera local et peu transformé, plus faible sera son empreinte environnementale. La plupart des isolants ont des fiches FDES (voir notre n°82), disponibles dans la base INIES, qui permettent d’obtenir l’intégralité de leurs caractéristiques environnementales (nécessaire pour les calculs de la RE2020, qui prend en compte le poids carbone de chaque matériau). C’est également un produit durable (pas de tassement dans le temps, une bonne résistance à l’humidité), ouvert à la diffusion de vapeur d’eau (important en rénovation de bâtis anciens, où la bonne circulation de l’humidité est garante de la pérennité de la construction dans le temps). Enfin, c’est un matériau qui apporte aussi de l’inertie aux parois, permettant de stocker la chaleur et de la restituer avec un déphasage de temps. L’association de plusieurs isolants permet d’optimiser entre résistance thermique, déphasage, épaisseur et coûts.
Les qualités d’un isolant
Pour garantir une température constante et protéger l’habitat des flux de chaleur (vers l’extérieur en hiver, vers l’intérieur en été), un isolant doit cumuler certaines qualités :
– un excellent coefficient de résistance thermique (ou une faible conductivité) ;
– une certaine densité combinée avec la présence d’air ;
– des qualités d’inertie garantissant le confort d’été ;
– un bon comportement face à l’humidité (capillarité, perméabilité à la vapeur d’eau).
Ces qualités varient en fonction du matériau, mais aussi en fonction de sa forme et de l’épaisseur mise en œuvre. Par exemple, plus un matériau est isolant, moins il est dense…, il s’agit donc de trouver le bon équilibre.
Quels sont les isolants biosourcés ?
Il en existe une grande variété et la liste s’allonge régulièrement au fur-et-à-mesure des expérimentations (des tests sont en cours pour valoriser des déchets agricoles comme les tiges de maïs et de tournesols par exemple. Voir notre article sur les nouveautés biosourcées dans le n°90). Si les prix ont subi une grande volatilité ces derniers temps, les plus aboutis ont des prix proches de ceux des isolants conventionnels (ouate de cellulose/ laine de verre notamment).
A la fin de cet article, quelques-uns des matériaux biosourcés couramment utilisés.
Caractéristiques des matériaux biosourcés
Différentes données physiques permettent de comparer des isolants entre eux. La plupart ont un classement ACERMI (marque de certification qui garantit la qualité et les performances techniques des produits isolants auprès des utilisateurs).
- Conductivité thermique (lambda ) : quantifie le flux de chaleur qui va traverser 1 m2 d’un matériau sur 1 m d’épaisseur, autrement dit 1m3 du matériau. Plus le lambda est petit plus le matériau est isolant. Mesuré en W/m.K (watt par mètre Kelvin)
- La résistance thermique R = e / lambda : c’est l’épaisseur du matériau en mètres divisé par sa valeur lambda. Plus R est grand, mieux c’est. La résistance thermique d’une paroi est environ égale à la somme des résistances thermiques de ses composants. R est mesuré en m2.K/W.
- La transmission thermique d’une paroi U : quantifie le flux de chaleur traversant cette paroi en régime permanent, par unité de temps, par unité de surface et par unité de différence de température entre les ambiances situées de part et d’autre de la paroi. Si le lambda caractérise un seul matériau homogène, la paroi va être constituée de plusieurs couches donc un matériau hétérogène. Plus U est petit, plus la paroi est performante. U=1/Rparoi et se mesure en W/m2.K.
- Diffusivité a, alpha ou D = lambda/rhô.C avec rhô, masse volumique du materiau (Kg/m3) et C, Capacité thermique massique (ou chaleur massique ou chaleur spécifique), en J.Kg.K. La diffusivité thermique indique la vitesse de déplacement de la chaleur dans un matériau. Elle est exprimée en m2/s.
- Le déphasage thermique êta = 0,023.e / √alpha, avec e : épaisseur du matériau. Le déphasage thermique represente le temps de transtert d’un flux de chaleur à travers le matériau. Il est exprimé en heures. NB : la constante sera de 0,038 si la chaleur spécifique est exprimée en watts par kilo par Kelvin et non en Joules.
- Effusivité E ou b = √(lambda.rhô.C) avec rhô, masse volumique du matériau (Kg/m3) et C, Capacité thermique massique en J.Kg.K. L’effusivité indique la vitesse avec laquelle un matériau absorbe des calories. Elle est exprimée en Wh0,5/m2.K. Plus E est élevée, plus le matériau est à même de jouer le rôle d’éponge thermique (tampon thermique).
- La résistance à la vapeur d’eau Sd (ou équivalent lame d’air) est le produit de l’épaisseur du matériaux par μ, μ étant une donnée constante pour chaque matériau. Plus μ est élevé, plus la résistance au passage de la vapeur d’eau est grande. Les valeurs Sd des matériaux intérieurs, exprimées en mètres, doivent être supérieures à celles de matériaux extérieurs pour favoriser le passage de l’humidité vers l’extérieur.
Isolants biosourcés et confort d’été
Flux hiver/ flux d’été
En été, le chaud est à l’extérieur et le froid plutôt dans la maison, mais le régime est alors discontinu. Il fait chaud en journée, mais un peu plus froid la nuit ce qui se traduit par une inversion du flux.
Le flux de chaleur va toujours dans le même sens : le chaud vers le froid, c’est un principe physique.
En hiver, le régime est continu : pendant 3, 4, 5, 6 mois selon les zones géographiques, l’intérieur du bâtiment sera plus chaud que l’extérieur. Il y a donc une fuite continue de calories à travers les parois. Le but de l’isolation est d’avoir une fuite aussi faible que possible puisqu’elle va être continue 24/24h pendant la durée de l’hiver. Donc, plus la résistance des parois est élevée, plus la fuite est faible. Il est donc pertinent de raisonner sur la base du lambda et de mettre un matériau bien isolant en épaisseur suffisante pour avoir une bonne résistance thermique. Si la résistance est faible, il y aura des fuites importantes également en été mais là, le fonctionnement est différent. En été, le chaud est à l’extérieur et le froid plutôt dans la maison, mais le régime est alors discontinu. Il fait chaud en journée, mais un peu plus froid la nuit ce qui se traduit par une inversion du flux. (On fait ici abstraction des périodes de canicule). Le jour, la chaleur vient frapper la toiture et la température augmente : 70/80°C degrés en surface de toiture, 20/25°C dans l’habitation et donc une différence de température de l’ordre de 50 à 60°C, soit un gros delta de température. Le flux de chaleur va commencer à traverser le matériau puisque même s’il est isolant, il ne bloque pas totalement la future chaleur, il va au mieux la ralentir. Puis, la chaleur va pénétrer dans le bâtiment : il fait chaud dehors, froid dedans et la nature veut l’équilibre, c’est-à-dire la même température partout, la situation la plus catastrophique. Car quand la nuit arrive, le chaud est dedans et le froid dehors : le flux s’inverse. La chaleur voudrait sortir du bâtiment, mais elle se trouve bloquée par la couche isolante que l’on a placée et ne peut plus sortir avec en plus, un delta de température beaucoup plus faible. Comment gérer ces flux ?
Si durant la journée la chaleur traverse l’isolant, elle se retrouve piégée la nuit par l’isolation : il y a surchauffe et l’écart de température int/ext. est moindre.
La notion de temps
Il faut savoir combien de temps met la chaleur pour traverser et l’objectif va être de placer un isolant qui retarde le passage de la chaleur. Idéalement, lorsque la nuit arrive, le flux de chaleur est encore dans l’isolant, ce qui va faciliter l’inversion du flux et le départ de la chaleur. C’est le cas idéal que l’on ne pourra pas toujours atteindre, donc à minima, il faudra que le flux de chaleur pénètre dans le bâtiment le plus tard possible dans la journée pour réchauffer au minimum l’espace de l’intérieur du bâtiment. D’où l’intérêt de connaître la diffusivité thermique Alpha ou a et le déphasage Eta. On estime qu’au Nord de la France il faut entre 8 et 10h de déphasage et plus on descend vers le sud, plus il faut qu’elle augmente, jusqu’à 12–13h.
La bonne solution va être de combiner des isolants : rien n’empêche de mettre un peu de fibre de bois et un peu de ouate de cellulose pour obtenir des déphasages de l’ordre de 8 à 10h et réduire également le coût du complexe isolant.
Pour en savoir plus, lire notre article complet sur le confort thermique estival dans le n°94.
Quelques exemples d’isolants biosourcés
Argile expansée
Fabriquées à partir d’argile pure, les billes d’argile expansée sont un isolant naturel minéral. On obtient ce matériau par cuisson de billes d’argile crue à 1 100°C dans des fours rotatifs. Ces températures entraînent la création d’une structure cellulaire poreuse (exactement comme pour les briques de terre cuite), intéressante d’un point de vue thermique et très solide. La densité varie selon la taille des billes (granulométrie) : plus la bille est petite, plus elle est dense (entre 0 et 4 mm : 480 à 580 kg/m³). Les billes sont utilisées en l’état (vrac pour isolation déversée), en mortiers allégés ou en blocs de construction. Comme les autres isolants minéraux, l’inconvénient majeur est l’énergie grise et le CO² engendrés par la fabrication (principe de cuisson à haute température). Notons également que la conductivité thermique de l’argile expansée est relativement médiocre (0,1) et qu’elle doit être compensée par d’importantes épaisseurs.
Retrouvez un exemple d’isolation de sol en billes d’argiles dans le Hors-série n°10
Bétons fibrés
Correcteur thermique, finition originale texturée, dalle isolée… le mortier de chanvre, mélange de chaux et de chenevotte, est réputé pour ses qualités hygrométriques qui participent au confort intérieur. Idéal sur le bâti ancien (aucun risque de modifier les équilibres en bloquant l’humidité), il est également recherché pour apporter de l’inertie à la construction bois. Il s’applique à la main, par projection ou sous forme de blocs préfabriqués. Des blocs de chaux-lin existent également (innovation Bâtilin, voir n°95)
Il est également possible de mélanger de la terre à des fibres (paille, chanvre, lin…) pour réaliser des enduits isolants.
Exemples d’utilisation du chaux-chanvre : n°60, 84, 86, 89
Fibre de bois
Renouvelable (si les forêts sont durablement gérées) et recyclable, le bois est aussi un matériau peu conducteur. Massif, son efficacité thermique est acceptable, mais transformé, le bois peut devenir un isolant très efficace. Ainsi, la fibre de bois, obtenue par défibrage des chutes de scieries (bois non traités), se présente sous forme de vrac, de rouleaux ou panneaux de laine (souples) ou de panneaux rigides. Souples ou rigides les rouleaux ou panneaux se présentent sous diverses épaisseurs (de 40 à 200 mm). Les rouleaux souples de laine de bois sont le plus souvent réservés à une pose intérieure, tandis que le panneau rigide sera utilisé en général en extérieur, ou pour les isolations de planchers et toitures. La différence majeure entre laine et panneau rigide (outre la fabrication) est leur densité. Les laines et panneaux souples se situent entre 45 et 55 kg/m³, les panneaux rigides ont une densité élevée (de 160 à 270 kg/m³), cumulant stockage de la chaleur (et donc ralentissement des flux thermiques) et isolation.
Dossiers complets sur la fibre de bois dans les n°36, 49
Laine de chanvre
Plante ne réclamant que très peu d’attention (et d’eau !) pour sa culture, le chanvre est particulièrement polyvalent. Avantage numéro 1 : sa faible conductivité thermique, qui lui accorde un bon pouvoir isolant. Mélangé à d’autres matériaux (chaux, sable, terre…) il est largement utilisé en remplissage d’ossature, en mortier ou pour réaliser des enduits isolants. Mais il peut être utilisé comme isolant à part entière sous forme de laine de chanvre qui existe sous différentes formes : vrac, rouleau ou panneau semi-rigide. Sa faible densité est garante d’une bonne isolation, mais en retour, la capacité thermique est relativement faible…
Elle existe également mélangée à d’autres fibres (coton, lin)
Exemple réalisations biosourcées : n°74
Laine de lin
Peu exigeant, le lin est une plante facile qui ne nécessite pas de pesticides. En isolation, ce sont les fibres courtes qui seront utilisées. Traitées (ignifugation au sel de bore), ces fibres sont ensuite cardées et thermoliées avec des fibres polyester. Trois formes de différentes densités sont disponibles : en vrac, en rouleau ou en panneau. Selon la forme, la capacité thermique varie (mais elle reste globalement faible) par contre le pouvoir isolant (coefficient de conductivité thermique) est fixe et demeure excellent (0,037 W/m.K).
Exemple : les biosourcés à l’épreuve dans le n°84
Laine de mouton
La laine de mouton est utilisée depuis la nuit des temps pour se protéger du froid. Avant d’être utilisée comme matériau isolant, la laine tondue est tout d’abord lavée puis elle subit un traitement au sel de bore avant d’être thermoliée avec du polyester (12 %). Elle est enfin cardée. La matière ainsi obtenue, présente un coefficient de conductivité assez satisfaisant (de l’ordre de 0,035 à 0,050) et une excellente capacité hygroscopique (33 % de son poids en eau sans nuire à ses qualités). Elle peut être posée sur les murs, entre les chevrons (toiture) ou en isolation de plancher. On choisira alors la laine sous forme de panneaux. Mais elle existe aussi en vrac pour une pose cardée-soufflée.
Exemple : les biosourcés à l’épreuve dans le n°84
Liège expansé
Réduit en granules puis expansé à 300 °C en autoclave, le liège se dilate enfermant alors une grande quantité d’air dans ses cellules. Son pouvoir isolant est au maximum. Au cours de cette transformation, la matière s’agglomère naturellement (grâce à la subérine contenue dans le liège) et sera découpée pour livrer du liège en vrac, ou en panneaux de 20 à 100 mm d’épaisseur. Toutes les opérations d’isolation lui sont possibles : en vrac pour isolation de murs à ossature coffrés, en rampant, sous forme de chape isolante, en isolation des murs par l’intérieur ou l’extérieur. Il est à souligner par ailleurs que ce matériau est très peu perméable à la vapeur d’eau (contrairement aux autres isolants naturels), mais il reste perméable aux échanges gazeux et il garantit le confort d’été grâce à sa densité. Il est imputrescible et peut être mis en contact avec la terre, par exemple pour isoler par l’extérieur le bas des murs.
Exemples dans les n° 86, 88 et 95
Ouate de cellulose
Obtenue à partir de papier journal recyclé, la ouate de cellulose est défibrée et broyée, avant de subir divers traitements (gypse, sel de bore, sel de sodium, de calcium, bauxite…) afin de résister aux moisissures, insectes et au feu. Se présentant le plus souvent en vrac, cet isolant très performant nécessite généralement l’intervention d’un professionnel qui pourra le projeter à sec (isolation des combles ou en caissons de murs à ossature), le projeter dans une version humidifiée (pour des applications verticales) ou enfin l’insuffler sous pression dans des caissons fermés. Ces modes de pose présentent l’intérêt de conduire la matière dans les moindres interstices et donc d’optimiser le “manteau isolant”. Il faut souligner qu’il existe des panneaux de laine de cellulose texturée, plus simples à poser.
Notre dossier ouate de cellulose dans le n°48
Paille
Le moins cher des matériaux isolants ! La paille est en effet facilement disponible et ne nécessite pas de transformation particulière pour exprimer ses vertus isolantes. Il n’en reste pas moins que la paille est un isolant efficace : plus ou moins selon la pose de la botte (deux fois plus isolant si la botte est posée de sorte à ce que les flux thermiques soient perpendiculaires aux fibres). Utilisé en remplissage des montants d’une maison à ossature, ces bottes sont ensuite généralement “habillées” avec un enduit respirant (terre/paille ou chaux/chanvre) qui permettra de passage de la vapeur d’eau (on peut également contreventer et barder).
Panneaux à base d’herbe
Gramitherm® a été sélectionné dans le cadre du projet européen GRASGOED pour valoriser l’herbe “déchet” en circuit court. L’herbe, matériau abondant et rapidement renouvelable, absorbe une grande quantité de CO2 et le process de fabrication est vertueux : la combinaison des deux éléments génère un bilan carbone négatif (1 kg de Gramitherm® absorbe 1,5 kg de CO2.eq). Après coupe de l’herbe (“herbe déchet” : bords des routes , aéroports…), la fibre est séparée du “jus d’herbe”, lequel va servir de biogaz pour sécher et travailler la fibre (production en économie circulaire). Gramitherm® est un bon isolant contre le froid (lambda = 0,040) et le chaud (temps de déphasage de 11h), il régule l’humidité et absorbe les bruits (99 % à 1 000 Hertz), est facile à travailler, non irritant et 100 % recyclable. L’unité de production de Gramitherm® est basée à Auvelais, province de Namur depuis 2019, sur une surface de 4 000 m2 avec une capacité installée supérieure à 100 000 m3/an de panneaux flexibles.
Exemple de mise en œuvre dans le n°94
Panneaux de roseaux
Son coefficient de conductivité thermique (0,056 W/m.K) ne le positionne pas parmi les isolant les plus efficaces… De fait, le roseau est plutôt utilisé comme complément d’isolation. Mais c’est surtout sa forme (le panneau, développé en Allemagne), et sa résistance (aux agressions climatiques, à l’humidité) qui en font un matériau idéal pour l’isolation périphérique. Pour réaliser ces panneaux, les tiges sont empilées parallèlement et comprimées à l’aide de fils de fer. Les panneaux, de 20 à 50 mm d’épaisseur, sont fixés par vissage ou clouage, et sont superposés en fonction de la protection désirée. Ils forment ensuite un support idéal pour l’application d’un enduit. Notons qu’il est tout à fait envisageable de les poser en isolation intérieure, mais ce n’est sans doute pas le matériau le mieux adapté.
Textile recyclé
A partir de vêtements qui ne peuvent être réutilisés en l’état, les textiles (coton, laine, acrylique) sont effilochés et les fibres thermoliées avec du polyester (à hauteur de 15 %) avant d’être nappées en rouleau ou panneau. La présence de laine en fait aussi un bon régulateur hygrométrique qui supporte sans dommage le passage de l’humidité. En rouleau ou panneau (disponible dans des largeurs particulières et dans différentes épaisseurs), il permet d’isoler les murs (par l’intérieur ou l’extérieur sous pare-pluie), les planchers et la toiture. Cet isolant, performant, affiche un coût intéressant sur le marché des matériaux naturels. Le Métisse est un des isolants en textile recyclé les plus répandus. Il est produit par Le Relais, émanation de la Fondation Emmaüs, réunissant des entreprises à but socio-économique. Outre la séduisante démarche de réinsertion par le travail qu’offre le Relais, l’isolant qui en est issu est véritablement efficace (lambda de 0,039).
Filéco, fabriqué par Ouatéco en partenariat avec Emmaüs-Lescar-Pau est un isolant textile du Sud-Ouest destiné à être mis en œuvre dans le Sud-Ouest. Ouatéco a réussi à mettre au point un système unique en France de découpe, délissage (séparation des textiles des matières dures), puis d’effilochage adapté à ces matières. Presque aussi léger que les laines minérales : pour obtenir une résistance thermique de 7 m2.K/W, il faut compter 10 kg/m2 en ouate de cellulose, contre 4 à 5 kg/m2 pour l’isolant textile.
Voir Habitat Naturel n°86.
Découvrez les dernières innovations biosourcées dans notre n°90
