Optimisation des propriétés thermiques d’isolants fibreux à base de fibres de bois

VIGNON Pierre^1,2, HOBBALLAH Mohamad^2,3, TRAN Huyen^2,4, MOREAU Jérôme2,3, DELISEE Christine2,4

1 FINSA France, 40110 Morcenx

2 Université Bordeaux 1, I2M CNRS UMR 5295, 33400 Talence 3 Université Nantes, Ecole Supérieure du Bois, LIMBHA, 44000 Nantes

4 Bordeaux Science Agro, 33175 Gradignan

pierre.vignon@u-bordeaux.fr

Mots clefs : conductivité thermique apparente, fibres de bois, matériaux isolants Résumé

Coordonné par le groupe FINSA et financé par l’ADEME, l’objectif du projet ECOMATFIB est d’orienter la conception des isolants fibreux à base de bois au niveau des techniques d’élaboration, de caractérisation de ces structures complexes mais aussi et surtout au niveau des méthodes d’optimisation multi-objectifs des procédés et des propriétés des matériaux pour qu’ils ne soient plus considérés seulement comme des matériaux verts mais présentant de plus un bon rapport performances/prix. Les performances visées sont à la fois techniques, économiques et environnementales.

Les travaux présentés se concentreront sur l’influence de la morphologie des matières premières et de la densité sur la conductivité thermique apparente de matériaux à base de fibres de bois. Le procédé consiste à défibrer les copeaux de bois en faisceaux de fibres et fibres individuelles, à former un réseau fibreux 3D et à le consolider dans un four à air chaud.

Les matériaux sont constitués d’un mélange de pin maritime et de fibres polyoléfines d’une longueur de 6 mm et d’un diamètre d’environ 6 mm. 5 différentes populations de fibres de pin maritime ont été produites en diminuant progressivement l’espace entre les disques du défibreur (référencées de PM1 à PM5). Les densités apparentes des isolants fibreux à base de bois sont ajustées par un facteur compression durant leur consolidation défini par l’espace entre les tapis convoyeurs du four et l’épaisseur d’entrée des réseaux fibreux.

La distribution du diamètre des populations des fibres de bois (après défibrage) a été caractérisée par microtomographie RX. La résolution des images 3D est de 12.3 microns/voxel et le volume analysé est de 8.6 x 8.6 x 12.3 mm³. La table 1 présente les diamètres moyens arithmétiques des populations de fibres de pin maritime.

Tab. 1 : diamètre moyen arithmétique des 5 populations de fibres de pin maritime Population des fibres de pin maritime PM1 PM2 PM3 PM4 PM5

Diamètre moyen arithmétique [µm] 353.8 162.1 113.6 85.6 74.4 Les propriétés thermiques des matériaux fibreux à base de bois ont été évaluées par la technique du plan chaud (équipement Desprotherm d’Epsilon Alcen). Toutes les mesures ont été faites sur des spécimens stabilisés à 65%RH/20°C. A partir des résultats expérimentaux et d’un modèle semi-empirique (1) proposé par (Langlais, 2004), il est possible de simuler la contribution des différents modes de transferts de chaleur à l’intérieur de réseaux fibreux en fonction de leur densité apparente ρ*:

Avec λ*app la conductivité thermique apparente, A la conduction de l’air (égale à 26 mW/mK à 25 °C), Bρ* la conduction de la matrice solide et C/ρ* le rayonnement à l’intérieur du réseau fibreux. Une technique itérative, basée sur l’algorithme de Levenberg-Marquardt, a été utilisée pour résoudre l’estimation des paramètres B et C (Marquardt, 1963).

La figure 1 illustre l’évolution de la conductivité thermique apparente en fonction de la densité apparente des mélanges PMiS. PMiexp sont les résultats expérimentaux et PMiScalc sont les courbes calculées à partir du modèle semi-empirique (1).

Fig. 1 : évolution de la conductivité thermique apparente des mélanges PMiS en fonction de leur densité apparente

Conformément à l’allure des courbes PMiScalc, la conductivité thermique apparente diminue avec la finesse des fibres de bois (à même température, taux d’humidité relatif et densité apparente). Cette influence est particulièrement importante quand les densités apparentes sont faibles.

D’autres essences que le pin maritime seront investiguées dans les mois à venir. Les résultats seront combinés avec ceux obtenus à partir des objectifs environnementaux et économiques. Puis à partir d’une technique d’optimisation multi-objectifs, les meilleurs compromis satisfaisant simultanément ces objectifs contradictoires seront trouvés (Hobballah et al. 2016).

Références

Langlais, C., Klarsfled, S. (2004) Isolants thermiques à température ambiante, Bases physiques. Techniques de l’ingénieur Extrait de la collection, BE 9859, 1-17.

Hobballah, M., Vignon, P., Tran, H. (2016) Multi-objective optimization of an insulating product based on wood fibres material. 19^th ESAFORM Conference

Remerciements

Les auteurs remercient l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME) et la société FINSA France pour leur soutien financier. Les auteurs remercient également l’agence nationale de la recherche (ANR) pour l’equipex XYLOFOREST (ANR-10-EQPX-16). Enfin, les auteurs remercient tous les acteurs du projet ECOMATFIB.

Session B : Mercredi 9 novembre (9h30-10h30/ pause 10h30-11h30)

Poster Auteurs Titres ^Laboratoire

Ville, pays ^Page

B01

SOHOUNHLOUE Jamik, SOLBES Bernard, GALIMARD Philippe, GBAGUIDI AISSE Léopold Gérard

Le Rônier comme armature du béton-armé au Bénin : caractérisation de l'adhérence.

I2M-CGE

Bordeaux ⁷²

B02

PHAN Ngoc Anh, POMMIER Régis, NGUYEN Sung Lam , DESTREBECQ Jean-François, MAKOMRA Valentin, CHAPLAIN Myriam , MOREL Stéphane

Modélisation des comportements hydromécaniques d'assemblages collés : Formalisation du modèle comme outil de conception de matériaux à base de bois massif

I2M-GCE

bordeaux ⁷³

B03

KLEINDIENST Quentin, BESSERER Arnaud, ANTOINE Marie-Laure, PERRIN Christelle, BOCQUET Jean-François, BLERON Laurent

Pieux de fondation : analyse de la dégradation du hêtre en conditions de service

Lermab

Nancy ⁷⁵

B04 ^{SALIBA Jacqueline, SBARTAÏ Z.M.,}

DAHOU Z., CHINH M.

Evaluation de l'endommagement et de l'humidité du bois par émission acoustique et système radar

I2M-GCE

Bordeaux ⁷⁷

B05

SAHMIM Wissem, DELLAROSE BOER Febrina, CHAPUIS Hubert, GERARDIN Philippe,

DHOUIBI Leila, GERARDIN-CHARBONNIER Christine

Hydrophobic derivatives of catechine for wood protection

Lermab

Nancy ⁷⁹

B06

LIN Bo-Jhih, PETRISSANS Anélie, ROUSSET Patrick, CHEN Wei-Hsin, PETRISSANS Mathieu

Kinetic parameters from wood thermal degradation under vacuum to implement a mathematic model

Lermab

Nancy ⁸¹

B07

SAUVAT Nicolas, VARNIER Maximin, MONTERO Cédric, DUBOIS Frédéric, GRIL Joseph

Comportement à long terme des feuillus Français - Intégration aux Eurocode 5

GEMH

Egletons ⁸³

B08

VARNIER Maximin, SAUVAT Nicolas, MONTERO Cédric, DUBOIS Frédéric, GRIL Joseph

Mesures et modélisation de la diffusion dans le bois en ambiance non contrôlée

GEMH

Egletons ⁸⁵

B09

MONTERO Cédric, BURGERS Agnès, ARNOULD Olivier,

WATTRISSE Bertrand, GRIL Joseph

Prise en compte de l'anisotropie dans la détermination des coefficients de variations hygroscopiques des bois

LMGC

Montpellier ⁸⁷

B10

BURGERS Agnès, MONTERO Cédric, VINCHES Marc, MARCHAL Rémy

Caractérisations physico-mécaniques de sciages de 1er choix pour la conception mécanique : Application aux pins méditerranéens

LMGC

Montpellier ⁸⁹

B11 DUPLEIX Anna, JULLIEN Delphine

Contributions du matériau bois des ruches à l'activité et la santé des colonies d'abeilles

LMGC

Montpellier ⁹¹

B12

LI Hang, PERRIN Marianne, EYMA Florent, JACOB Xavier, GIBIAT Vincent

Utilisation de matériaux bois intelligents pour la gestion durable des

infrastructures

ICA

Tarbes ⁹³

B13

RAMANAKOTO Miora, EYMA Florent, RAMANANANTOANDRO Tahiana, GEISLER Jérémy, CASTANIE Bruno

Finition des surfaces bois usinées - Quelles caractéristiques pour quelles performances?

ICA

Tarbes ⁹⁵

B14 ^{YAHYAOUI Imen, PERRIN}

Marianne, GONG Xiaojing

Etude par émission acoustique des structures multi-matériaux à base du bois

ICA

Tarbes ⁹⁷

B15 ^{EKOMY ANGO Serge, SEBASTIAN}

Conception et fabrication d'une chaudière à biomasse pour les pays du

IP / CENAREST

B16

MANFOUMBI Nicaise, SOUAMI Valérie, MOUTOU PITTI Rostand, BASTIDAS-ARTEAGA Emilio

Variabilité spatiale des paramètres physico-mécaniques des poutres en bois tropical soumis à un fluage de longue durée en milieu tropical naturel

IP / Uni. Masuku

Gabon ¹⁰¹

B17

PAMBOU NZIENGUI Claude Feldman, MOUTOU PITTI Rostand, FOURNELY Eric, GODI Gaèl, ANGELLIER Nicolas, FARGEIX Philippe, CHANAL Dannyl, IKOGOU Samuel, DUBOIS Frédéric

Projet ANR JCJC CLIMBOIS: Impact des conditions climatiques sur la propagation de fissure de poutres de Douglas en fluage extérieur

IP

Clermont-Fd ¹⁰³

B18

BOUDAUD Clément, KACI Lila, BRIOT Sébastien, MARTINET Philippe

RobEcolo : Conception et commande d'un robot industriel en bois

LIMBHA

Nantes ¹⁰⁵

B19

BUCHNER Julia, IRLE Mark, MICHAUD Franck, BELLONCLE Christophe, MACCHIONI Nicola

Do biotic and abiotic factors have synergystic effects on the weathering of wood?

LIMBHA

Nantes ¹⁰⁷

B20

HOBBALLAH Mohamad Hussein, MICHAUD Franck, NDIAYE Amadou, IRLE Mark

Elicitation et intégration des

connaissances expert dans le domaine de fabrication d'un isolant à base de fibre de bois

LIMBHA

Nantes ¹⁰⁸

B21

GUEDES F T P, LAURANS F, QUEMENER B, ASSOR C, BOIZOT N, VIGOUROUX J, LESAGE-DESCAUSES M-C, LEPLE J-C, DEJARDIN A, PILATE G

Non-cellulosic polysaccharide

distribution during G-layer formation in poplar tension wood fibers: abundance of rhamnogalacturonan I and absence of xyloglucan

INRA-AGPF

Le Rônier comme armature du béton-armé au Bénin :