Présentation de l’isolant, composition et mode de fabrication

L’isolant utilisé dans le complexe est un non-tissé en ouate de polyester. Ce matériau est connu dans l’habillement, mais n’est apparu sur le marché que très récemment pour l’isolation des bâtiments.

2.1.1.1 Le polyéthylène téréphtalate

Le polyéthylène téréphtalate (PET) est un plastique faisant partie de la famille des polyesters, c'est-à-dire qu’il s’agit d’un polymère dont les motifs de répétition de la chaîne contiennent la fonction ester⁵. (Quentin J-P., 2004)

Le PET peut être préparé par réaction du 1,2-éthanediol ou monoéthylèneglycol (MEG) :

- soit directement avec l’acide téréphtalique ; c’est la voie dite d’estérification directe - soit avec l’ester diméthylique ou téréphtalate de diméthyle (DMT) ; c’est la voie dite d’interéchange d’esters.

Sa formule brute est C10H8O4, et sa forme développée est la suivante :

Figure 35 : Forme développée du polyéthylène téréphtalate

Le PET s’est d’abord développé dans le textile (fils et fibres) et dans les films (emballages, photos, audio, vidéo), puis dans les fils industriels et aujourd’hui de plus en plus dans les corps creux.

2.1.1.2 Fibres recyclées

Une partie de ces fibres provient du recyclage de bouteilles d’eau plastiques en PET. Ces bouteilles se sont multipliées très rapidement dans les années 70 avec l’apparition de la

5

Ester : En chimie, la fonction ester désigne un groupement d'atomes formé d'un atome de carbone lié simultanément à un atome d'oxygène par double liaison, à un groupement O-R’ et à un groupement H ou R.

63 technique de moulage par soufflage. Aujourd’hui la bouteille en PET est l’un des emballages plastique les plus utilisés. En 2007, la consommation mondiale de bouteilles en PET a été de 15 million de tonnes soit 8% de la consommation de plastiques standards. En parallèle, le recyclage des bouteilles est devenu un système bien établi avec sa propre logistique incluant la collecte des bouteilles et la production de flocons et de pastilles. En 2007, environ 4,5 million de tonnes de bouteilles PET ont été collectées et recyclées en flocons de PET. La plupart de ces flocons ont été ensuite transformés en fibres. Les fibres de PET recyclées représentent environ 8% des fibres de PET produites en 2007. (Shen L., 2010)

Il existe plusieurs méthodes de recyclage du PET en fibres, parmi lesquelles le recyclage mécanique, semi-mécanique, chimique (par oligomère ou par monomère) sont les plus utilisées.

Figure 36 : Fibres de polyester recyclées

Le recyclage de ces bouteilles permet de diminuer l’énergie grise⁶ et l’impact écologique de l’isolant. En effet, le recyclage des fibres est moins polluant que la production de nouvelles fibres vierges. La Figure 37 montre l’impact sur le réchauffement climatique selon que la fibre soit vierge ou issue du recyclage (avec différente techniques de recyclage).

Figure 37 : Emissions en tonne équivalente de CO2 calculées pour une tonne de fibres de PET selon les différents modes de recyclage (Shen L., 2010)

6 L’énergie grise est la quantité d'énergie nécessaire au cycle de vie d'un matériau ou d'un produit : la production, l'extraction, la transformation, la fabrication, le transport, la mise en œuvre, l'utilisation, l'entretien puis pour finir le recyclage.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

Rechauffement climatique (tCO₂ eq)

Recyclage mécanique Recyclage semi-mécanique Recyclage chimique (oligomère) Recyclage chimique (monomère) Vierge

64 En comparant l’énergie nécessaire à la production de fibres de PET issues du recyclage avec d’autres fibres textiles, il peut être constaté que les méthodes de recyclage mécanique et semi-mécanique nécessitent une consommation d’énergie pour leur production nettement inférieure à des fibres vierges, même comparé à des fibres naturelles comme le coton (Figure 38).

Figure 38 : Comparaison de la consommation en Energie non renouvelable en GJ/t pour la production de différentes fibres (Shen L., 2010)

2.1.1.3 Propriétés morphologiques

L’isolant étudié est appelé EcoPeg. Il a une conductivité thermique de 0,039 W/mK, ce qui le situe dans les performances moyennes du marché.

L’un des objectifs de la thèse est de diminuer la conductivité thermique de cet isolant afin de pouvoir diminuer l’épaisseur du nouveau système, pour une performance d’isolation égale.

Pour cela, il convient d’évaluer l’influence des propriétés morphologiques de l’isolant sur sa conductivité thermique :

- influence de la porosité (ou densité)

Il est possible d’approximer l’évolution de la conductivité thermique en fonction de la densité de l’isolant par la formule suivante :

^(2.1) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

65 Les coefficients , et doivent être déterminés pour chaque température ambiante et chaque type de matériau.

F. Dominguez-Munoz et al. ont confirmé cette approximation et évalué ces coefficients pour de nombreux matériaux en effectuant des séries de mesures (Dominguez-Munoz F., 2010). Ils montrent ainsi que la densité est un facteur clé influençant la conductivité thermique, et que le polyester semble avoir un comportement différent des autres matériaux. En effet, la plupart des matériaux, comme par exemple la laine de verre, ont tendance à voir leur conductivité diminuer avec l’augmentation de la densité, jusqu’à un certain seuil au-delà duquel une augmentation de la densité augmentera la conductivité (Figure 39). Alors que pour l’isolant en polyester, les recherches de F. Dominguez-Munoz et al. montrent que l’augmentation de la densité ne peut que diminuer la conductivité de l’isolant (Figure 40).

Figure 39 : Evolution estimée de la conductivité thermique (en W/mk) en fonction de la densité (en kg/m3) pour une laine de verre (Dominguez-Munoz F., 2010)

Figure 40 : Evolution estimée de la conductivité thermique (en W/mk) en fonction de la densité (en kg/m3) pour une ouate de polyester (Dominguez-Munoz F., 2010)

0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0 20 40 60 80 100 120 λ

limite variable min limite variable max limite fixe min 95,5% limite fixe max 95,5%

0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0 20 40 60 80 100 120 λ

limite variable min limite variable max limite fixe min 95,5% limite fixe max 95,5%

66 - influence de la finesse des fibres

L’augmentation de la finesse des fibres améliorerait la conductivité thermique de l’isolant, en particulier pour des densités d’isolant faibles (autour de 10 kg/m³). Il convient d’étudier ce paramètre, d’autant plus que les fibres de PET d’origines recyclées sont plus grosses que les fibres vierges de PET. (Langlais C., 2004)

- influence de l’anisotropie

Cette influence peut être mise en évidence en mesurant et , respectivement les conductivités thermiques de l’isolant dans le sens vertical et horizontal. Dans tous les cas est supérieure à et la différence augmente avec la masse volumique (Langlais C., 2004). Cependant, ce paramètre ne concerne pas nos recherches puisque l’isolant sera toujours posé dans le même sens sur le bâtiment.

2.1.1.4 Chaîne de production

Les propriétés morphologiques influencent les performances de l’isolant, mais notre industriel partenaire PEG nous a également informés de la nécessité de prendre en compte les moyens de production de l’isolant.

En effet, les techniques utilisées pour la fabrication du non-tissé auront un impact fort sur le produit final. Il faut en particulier s’attacher à choisir un mode de consolidation (liage mécanique du non-tissé) des fibres adapté. Il existe plusieurs techniques (Coste G., 2004) :

- Par voie mécanique (par aiguilletage ou par jet d'eau) - Par voie chimique (par l'adjonction de liants chimiques)

- Par voie thermique (ramollissement des fibres dans un gaz chaud ou entre des rouleaux chauffants ou encore par simple soufflage d'air chaud)

L’industriel PEG a choisi de ne pas utiliser la voie chimique afin d’avoir des produits sains (conformes à l’Ecolabel Oeko-Tex standard 100 (Association Internationale de Recherche et d'Essai dans le domaine de l'écologie des textiles, 2011)). En revanche, deux autres techniques sont utilisées : l’aiguilletage (liage mécanique) et le thermoliage (par passage dans un four).

L’aiguilletage permet de réaliser un enchevêtrement physique des fibres constituant les voiles. L’aiguilleteuse est équipée d’une tête où sont insérées une multitude d’aiguilles métalliques ou de barbes spécialement conçues à cet effet. Les aiguilles disposent d’encoches qui accrochent les fibres au passage, les tirent à travers le voile à l'aller, les laissant en place au retour.

Ce processus est utilisé par la société PEG pour assurer le liage des nappes de fibres entre elles. Sur les photos Figure 41, la superposition des différents nappe est visible (photo (a)). Sur la photo (b), les fibres qui relient deux nappes suite à l’action de l’aiguilletage peuvent être observées.

67

(a) (b)

Figure 41 : Images microscopes de l'EcoPEG 39. (a) Superposition des nappes de fibres (zoom x20). (b) Liaison entre deux nappes par voie mécanique (zoom x40)

Pour le thermoliage, la propriété de thermo-plasticité et de thermo-fixation de certaines fibres synthétiques, qui peuvent créer une adhésion sous des conditions de température adaptées, est utilisée.

Ces fibres peuvent constituer le voile initial ou être introduites dès la constitution du voile. Dans ce dernier cas elles ont souvent une température de fusion plus basse.

La chaleur nécessaire pour la thermo-fixation est, dans le cas de la ligne de production de notre industriel, apportée par un four.

Dans le cas des fibres utilisées par la société PEG, des fibres bi-composants sont utilisées. Une première fibre en polyester est entourée de polyester ayant une température de fusion plus basse. Ainsi, seule la partie extérieure de la fibre va fondre et assurer la liaison. Sur la Figure 42, la fusion entre deux fibres (photo (a)) suite à la fusion de la partie extérieure des deux fibres peut être observée. Sur cette même figure, la photo (b) montre une fibre bi-composant. Les deux couches de la fibre, la couche extérieure en partie fondue, et la fibre intérieure qui est restée entière sont visibles.

(a) (b)

Figure 42 : Images MEB de l'EcoPEG 39. (a) Fibres liées entre elles thermiquement. (b) fibre bi-composant

68 La succession de ces deux modes de liage est très intéressante car est réalisée à deux échelles. Le liage mécanique est plutôt à l’échelle macro, tandis que le liage thermique s’effectue à l’échelle micro. Le process général de l’industriel PEG est décrit Figure 43.

Figure 43 : Processus industriel de production des non-tissés en polyester de l'industriel PEG

2.1.2 Caractérisation hygrothermique de l’isolant développé et comparaison avec