Présentation des matériaux d’isolations

De nombreux progrès ont été réalisés sur le marché des isolants thermiques. Trois facteurs peuvent être mentionnés :

- l’amélioration des technologies de fabrication (augmentation de la productivité et diminution des coûts).

- l’approfondissement des connaissances des bases physiques du fonctionnement des isolants.

- La mise en place d’un système de contrôle de qualité pour garantir les performances des produits (normes sur les propriétés et sur les méthodes de mesures et organisation de procédures de contrôle et de certification).

Un isolant est composé de deux phases dispersées : la matrice solide (formée par le matériau utilisé) et le fluide interstitiel (gaz). Dans la plupart des cas, la matrice solide est composée de fibres ou de mousse, et le fluide interstitiel est l’air. (Langlais C., 2004)

Les isolants peuvent être classés dans diverses catégories (Langlais C., 2004) : - isolants fibreux

Les principaux représentants sont les laines minérales et les isolants en fibres céramiques. Il existe également des isolants fibreux organiques d’origine naturelle comme les fibres ou laines de bois et la laine animale (mouton) ou manufacturés à partir de matières

36 plastiques comme les fibres de polyester. Afin d’assurer une résistance mécanique, les fibres sont liées grâce à de faibles quantités de résines synthétiques ou autres types de liants. Ces isolants sont commercialisés sous forme de rouleaux, de panneaux semi-rigides ou de panneaux rigides.

- isolants cellulaires

Ce sont des matériaux poreux à matrice solide consolidée contenant des cellules fermées ou ouvertes ou partiellement ouvertes, contenant de l’air ou un autre gaz ayant servi à l’expansion du matériau initial. Les plus répandus sont le béton cellulaire et le verre cellulaire. Les isolants cellulaires organiques sont représentés par une grande diversité de matériaux plastiques alvéolaires et de mousse à base de produits carbonés : le polystyrène expansé et extrudé, le polyuréthane, le polychlorure de vinyle, la mousse phénolique et les mousses souples d’élastomère. Ces isolants sont commercialisés sous forme de panneaux semi-rigides ou rigides, plaques, blocs, coquilles et plus rarement sous forme de rouleaux. Certaines mousses sont également projetées in situ.

- isolants pulvérulents⁴, nodulaires ou granulaires

Ils sont présentés en général en vrac, transportés en sac et injectés in situ manuellement ou à l’aide d’équipements pneumatiques. Les matériaux d’origine minérale de ce type sont la perlite et la vermiculite. Ceux d’origine organique sont les granulats de liège, les copeaux de mousse rigide de polychlorure de vinyle, les fibres de cellulose ou des perles expansés à partir de granules de polystyrène.

- superisolants

Ce sont des matériaux manufacturés, microporeux de type cellulaire, comme des plaques d’aérogel de silice, ou pulvérulents, comme les poudres d’aérogel ou les poudres ultrafines de silice.

Quelques exemples d’isolants (Vincent-Fourrier M., 2006) (Wignacourt A., novembre 2006) :

- Matériaux d’isolation classiques  La laine de verre (LDV)

La laine de verre est produite à partir de silice, ressource minérale disponible en grande quantité. De ce fait, cet isolant n’est pas très couteux, avec d’assez bonnes conductivités thermiques (de l’ordre de 0.035 W/mK).

Cependant, l’énergie grise pour le produire est très importante, le matériau n’est pas dégradable et le process de fabrication du liant entraîne des émissions de chlorides, fluorides, particules, COV (Composés Organiques Volatiles) et solvants. Sa mise en œuvre doit être faite avec précaution car le matériau est irritant. Le matériau résiste à la putréfaction mais se tasse progressivement avec le temps, perd ses performances si soumis à de l’humidité et n’a aucune résistance structurelle.

De plus, il est suspecté d’être cancérigène, même si le CIRC (Centre International de Recherche sur le Cancer) a changé le classement des laines de roche du groupe 2B ou groupe 3 « ne peut être classé quant à sa cancérogénicité pour l'homme » en 2001. Ceci signifie qu’il n’y a pas de preuves que le produit soit cancérigène mais il n’y a pas non plus de preuves qu’il ne le soit pas.

 La laine de roche (LDR)

La laine de roche est un matériau provenant de la fonte de roches volcaniques (principalement du basalte). Le matériau possède de bonnes performances acoustiques et thermiques et une grande résistance au feu. Il est peu couteux (équivalent à la LDV).

37 Cependant, comme la LDV, il est irritant et des précautions particulières sont à prendre lors de la pose. Il possède également le même classement de la part du CIRC.

Par ailleurs, le produit est très difficile à recycler et possède une grande énergie grise.  Le polystyrène

Le polystyrène se présente sous deux formes de panneaux : le PSE (polystyrène expansé) et le PSX (polystyrène extrudé).

Le PSE est obtenu par polymérisation du styrène en utilisant le pentane comme agent d’expansion. L’émission du i-pentane est importante pendant sa mise en œuvre et elle décroît au fil du temps jusqu’à devenir négligeable.

Le PSX est produit à l’aide de solvants et de gaz d’expansion (CFC, HCFC et HFC). Interdits en 1995 car responsables de la destruction de la couche d’ozone, les CFC (chlorofluorocarbures) ont été remplacés par les HCFC (hydrochlorofluorocarbures) et HFC (hydrofluorocarbures) qui sont de puissants gaz à effet de serre.

En cas d’incendie, les polystyrènes sont responsables de puissants dégagements de monoxydes de carbones et de gaz carboniques.

 Le polyuréthane

Disponible en panneaux ou en mousse projetée, le polyuréthane est constitué de polyol, d’un isocyanate (toluène diisocyanate) et d’un agent d’expansion (HCFC ou CO₂) avec des catalyseurs (amines aliphatiques ou aromatiques)

Le polyuréthane libère d’importantes quantités d’isocyanates au moment de sa mise en œuvre. Irritantes pour la peau, les yeux et les voies respiratoires, ces émissions s’estompent quand le produit durcit. En cas d’incendie, le polyuréthane libère du monoxyde de carbones, de l’isocyanate et surtout de l’acide cyanhydrique qui entraîne céphalées, vertiges, oppressions thoraciques, coma pouvant évoluer vers la mort en quelques minutes.

Figure 10 : Photos de différents isolants : (1) Laine de verre, (2) Laine de roche, (3) Polystyrène, (4) Polyuréthane

- Matériaux d’isolation issus de ressources naturelles (Vincent-Fourrier M., 2006) (Wignacourt A., novembre 2006)

 Les panneaux ou laines de fibres de bois

Les isolants en laine ou fibre de bois ont de nombreux avantages au niveau écologique car sont naturels, recyclables, et demandent une faible énergie grise (50kWh/m³). Ils sont sans

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38 danger à l’installation car ne possèdent pas de fibres dangereuses et sont naturellement résistants aux attaques d’insectes.

Cependant ces isolants contiennent parfois des retardateurs de feu chimiques et restent quatre fois plus couteux que la LDV de base. Il y a une possibilité de dégagement de COV.

Leur durabilité est excellente. Leur conductivité thermique est généralement comprise entre 0.038 et 0.042 W/mK.

- Matériaux d’isolation issus de ressources organiques  La ouate de cellulose

La ouate est créée à partir du recyclage de papier (journaux ou cartons usagés) et est également recyclable et biodégradable.

Cependant, la ouate contient parfois des additifs retardateurs au feu et des fongicide. Elle contient du borax qui est toxique, surtout en cas de contact avec l’aluminium. Sa durabilité peut être compromise en cas d’humidité. La ouate a peu de résistance structurelle à la compression et risque de se tasser (Vrana T., 2010). Elle est environ deux fois plus chère que la LDV de base. Sa conductivité thermique est généralement comprise entre 0.035 et 0.040 W/mK.

 Les panneaux de Liège

Les panneaux sont recyclables et peuvent contenir du liège recyclé (bouchons…). Ils demandent une faible énergie grise et son biodégradables. Ils sont sans danger à l’installation car ne possèdent pas de fibres dangereuses et sont naturellement résistants aux attaques d’insectes. De plus, ces panneaux ont une très bonne résistance mécanique.

Cependant, ce type d’isolant n’est pas encore ou très peu produit en France de part les ressources qui sont limitées et son prix est trois fois supérieur à celui de la LDV de base. Sa conductivité thermique est généralement comprise entre 0.038 et 0.045 W/mK.

- Les isolants minces

Les isolants minces envahissent le marché. Ils présentent un grand avantage : celui d’être très fin (quelques centimètres), tout en, selon les fabricants, garantissant les mêmes performances thermique que la LDV (2cm d’isolant mince correspondrait à 20cm de LDV).

Pour cela, ils utilisent un procédé différent : plutôt que de bloquer la transmission de chaleur par conduction comme le font tous les isolants, ils la bloquent par réflexion grâce à des feuilles d’aluminium. Cependant, leur performance est contestée notamment par le CSTB (Penot F., 2007) et le CSTC (CSTC, 2006) (équivalent en Belgique). D’après eux, les isolants ne peuvent être utilisés qu’avec une lame d’air et ne sont pas à eux seuls suffisants pour assurer l’isolation thermique d’un bâtiment.

De plus, ces isolants nécessitent une énergie grise importante (aluminium, bauxite), ne sont pas biodégradables, sont peu ou pas respirants (risque d’accumulation de vapeur d’eau) et ont un prix trois fois supérieur à la LDV. (Chami N., 19 octobre 2009)

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Figure 11 : Photos de différents isolants : (1) Laine de bois, (2) Ouate de cellulose, (3) Liège, (4) Isolant mince

Fibres Inorganiques

Mousses organiques

Fibres organiques Mousses

inorganiques Autres Laine de verre Laine de roche EPS XPS PU Laine de mouton Laine de coton Ouate de cellulose Fibres de coco Perlite Mousse de verre Mousse de Gypse Liège Laine de bois Performances thermiques 0 0 0 0 + 0 0 0 0 - 0 0 0 - Resistance à l’humidité 0/+ 0/+ 0 + + 0 0 0 0 + + 0 0 - Résistance à la pression - 0/+ + + + - - - + -/0 + + Résistance à la tension + + 0/+ 0 0/+ + + 0 0 0 -/0 0 0/+ -/0 Performances acoustiques + + 0 -/0 -/0 + + + 0/+ 0/+ -/0 0 0 0/+ Réaction au feu + + 0 0 -/0 0 0 0 0 + + 0 0 0 Résistances aux agressions biologiques + + + + + 0 0 0 0 + + + 0 + Emissions durant la production 0/- 0/- + + + 0/+ 0/+ -/0 0 -/0 + 0/+ + 0/+ coût + + + - 0 - - 0 - - - -

Tableau 3 : Comparatifs de quelques isolants du marché (Papadopoulos A.M, 2007)

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40 Il existe ainsi de nombreux isolants qui ont chacun leurs avantages et leurs inconvénients. Le Tableau 3 fait un comparatif de certains matériaux isolants.

On constate ainsi la diversité des matériaux et de leurs propriétés. Il est donc nécessaire d’identifier les performances recherchées avant de faire un choix (résistance thermique, acoustiques, au feu…). Ce choix va ainsi dépendre de l’utilisation de l’isolant. Par exemple, un isolant très résistant à la pression sera recherché pour isoler les toitures accessibles. En revanche, ce critère sera moins important dans le cas d’isolants muraux. Le prix est également souvent un facteur de choix déterminant, la plupart du temps au détriment des performances environnementales des produits.