26 mai 2021
Matériaux biosourcés dans un mur
Adobestock
Alors que les isolants biosourcés sont de plus en plus utilisés, se pose la question de leur possible influence sur la qualité de l’air intérieur. Laine de bois, ouate de cellulose ou béton de chanvre ont sur les laines minérales un net avantage écologique, mais ces substrats biologiques peuvent contenir des additifs et/ou favoriser le développement de micro-organismes.
Le projet de recherche EmiBio vise à étudier des cas concrets et vérifier l’impact de ces nouveaux isolants sur la qualité de l’air intérieur. Cette étude doit aboutir à la rédaction d’un guide de bonnes pratiques à destination des acteurs du domaine.

Avec EmiBio, le Cerema collabore avec les IMT Lille-Douai et IMT Atlantique par le biais d’Armines, l’Université d’Artois ainsi que l’Université de Picardie Jules Vernes pour étudier des cas concrets afin de vérifier l’impact de ces nouveaux isolants sur la qualité de l’air intérieur. Un guide de bonnes pratiques à destination des acteurs du domaine sera produit à l'issue du projet.

Logos des partenaires

 

Un projet de recherche pour évaluer l'impact des matériaux biosourcés sur la qualité de l'air interieur

Les matériaux biosourcés sont de plus en plus utilisés dans le bâtiment, notamment dans l’isolation où la laine de bois, la ouate de cellulose, la paille, le chanvre, sont autant d’alternatives prometteuses aux laines minérales et au polystyrène. Leurs propriétés tant en terme de tenue dans le temps que de performances thermiques et hygrothermiques en font des options séduisantes et plus durables, grâce au stockage carbone qu’elles offrent.

Néanmoins, si les connaissances à leur sujet sont bien établies concernant les paramètres d’intérêt classiques pour la construction, elles restent un peu lacunaires pour ce qui est de l’influence des matériaux biosourcés sur la qualité de l’air intérieur, notamment en raison des additifs possibles (liants, biocides, retardateurs de flamme, etc.) et d’éventuels développements de micro-organismes.

 

laine de bois et ouate de cellulose

A gauche, laine de bois (photo Cerema), à droite, plancher de grenier isolé en ouate de cellulose (photo (ɔ) Grenier ouate sur Commons.org)

 

Le projet EmiBio, initié en 2019 et financé notamment par l’Ademe, vise à combler ces lacunes et à vérifier l’absence de risques portant sur la qualité de l’air intérieur, afin d’assurer un suivi qualité rigoureux sur ce marché encore émergent. Les isolants biosourcés ne sont pas forcément « bio » à 100% ; ils peuvent contenir différents additifs pour maintenir leur stabilité et leur durée de vie et peuvent aussi de par leur nature émettre ou stocker des composés organiques volatiles (COV).

Assez sensibles aux variations hygrométriques, ils représentent un substrat plutôt favorable au développement de moisissures sources également de COV susceptibles de migrer dans l’air intérieur.

 

Une analyse du matériau à la paroi

Le projet EmiBio a pour vocation d’évaluer les émissions de composés organiques volatils (COV) issus des matériaux ou d’origine microbienne (COVm) par des murs doublés d’un isolant biosourcé.

Ce projet se compose de plusieurs volets que se répartissent les partenaires :

  • Etude de parois réelles reproduites et testées en caisson sous conditions contrôlées.
  • Ensemencement, puis prélèvement sur paroi pour vérifier dans quelle mesure les conditions sont favorable au développement de moisissures.
  • Mesure des émissions de COV et COVm, in situ sur site réel, et en laboratoire à la fois sur paroi et sur les matériaux seuls.
  • Croisement et analyse des jeux de données recueillis pour en faire une synthèse pouvant aboutir à des recommandations de mise en œuvre.

Pour cela, les tâches techniques de ce projet ont été articulées sur différentes échelles, du matériau, à la paroi, puis au bâtiment réel. Elles sont les suivantes :

  1. Pilotage du projet (assuré par le Cerema)
  2. Evaluation des émissions de COV et COVm à l’échelle du matériau (assuré par Armines – IMT Lille-Douai et IMT Atlantique)
  3. Suivi des émissions de COV et COVm et des transferts hygrothermiques de 2 bâtiments réels comportant des matériaux biosourcés (assuré conjointement par l’Université d’Artois, le Cerema, Armines – IMT Lille-Douai et IMT Atlantique)
  4. Etude des transferts hygrothermiques et des émissions des parois multicouches en cellule expérimentale (assuré conjointement par l’Université de Picardie Jules Vernes et Armines – IMT Lille-Douai et IMT Atlantique)
  5. Préconisations (assuré conjointement par le Cerema et l’Université de Picardie Jules Vernes)
  6. Rédaction et valorisation des résultats (coordonné par le Cerema, avec la participation de tous les partenaires)

 

En effet, le projet EmiBio explore les réponses à plusieurs questions d’intérêt :

  • Les isolants biosourcés génèrent-ils des émissions spécifiques de COVm dans l’air intérieur ?
  • Celles-ci sont-elles caractéristiques de l’isolant et de sa mise en œuvre ?
  • Sont-elles dépendantes des conditions de l’ambiance intérieure du bâtiment (température, hygrométrie) ?
  • La qualité sanitaire de l’air intérieur est-elle susceptible d’être impactée ?

 

Des Etudes expérimentales menées sur deux sites

Le projet s’intéresse plus précisément au suivi de deux sites, situés à Moncheaux (Nord) et Carvin (Pas-de-Calais).

  • La mairie de Moncheaux a été rénovée intégralement en 2014 avec la création d’une extension, et isolée en laine de bois. L’équipe projet a étudié plus spécifiquement la salle des mariages.
  • Le groupe scolaire Boris Vian de Carvin a moins d’une décennie (livré en 2012), et a été isolé dès l’origine avec des isolants biosourcés, notamment la ouate de cellulose. Ces deux sites offrent dès lors l’opportunité d’une étude comparative, les mesures étant effectuées sur site et en laboratoire sur des parois reconstituées à l’identique et dans des conditions contrôlées.

 

Tests sur les matériaux en laboratoire – l’échelle matériau

Armines IMT Lille-Douai et IMT Atlantique, se charge d’une part d’une étude bibliographie préalable pour avoir une idée précise des composés que l’on peut s’attendre à trouver en cas de croissance de micro-organismes, et d’autre part de l’étude expérimentale des COV émis par les matériaux bruts employés, afin de déterminer leur signature émissive et de pouvoir constater la présence ou l’absence de ces émissions sur les parois réelles.

 

Tests en cellule expérimentale – échelle d’une paroi

Les tests laboratoire sont réalisés à Amiens dans les locaux de l’Université de Picardie Jules Verne dans des caissons climatiques permettant un contrôle des conditions hygrothermiques et le suivi des émissions de COV est assuré par Armines – IMT Lille-Douai. Les relevés sont réalisés avant puis après ensemencement, avec des prélèvements faits en fin de test par Armines Atlantique, afin d’étudier le développement éventuel de micro-organismes, y compris dans des conditions exceptionnelles de forte hygrométrie, ou dans le cas de non-respect des règles de l’art de mise en œuvre des matériaux par les professionnels du bâtiment.

Les parois reconstituées en laboratoire reprennent exactement la même composition et les mêmes matériaux que ceux mis en place sur chaque site, afin d’assurer une confrontation optimale entre tests expérimentaux et mesures sur site. A titre comparatif, les mêmes essais sont également réalisés sur des parois plus conventionnelles.

Les parois étudiées reproduisent exactement les matériaux choisis sur chaque site, afin d’assurer une comparaison optimale entre mesures laboratoire et mesures sur site.

 

Interieur d'une cellule expérimentalecarré de laine de bois

 

A gauche, à l’intérieur de la cellule expérimentale aux paramètres hygrothermiques contrôlés, Thierry Langlet , de l’université de Picardie, s’apprête à prélever une partie de l’isolant de la paroi. Ce carré de laine de bois, étudié à droite, est découpé en plusieurs points par Yves Andres, de l’IMT Atlantique, pour l’étude des prélèvements biologiques. Photos prises par le Cerema à l’Université de Picardie.

 

Campagnes de mesures – l’échelle bâtiment

Les campagnes de mesures sur site (été et hiver, a minima, pour chaque site, accompagnées éventuellement de campagnes complémentaires) sont l’occasion de la plus étroite collaboration entre les différents partenaires, afin d’obtenir les jeux de données les plus complets possibles avec des mesures à la fois complémentaires et comparables.

Le Cerema assure l’analyse des paramètres ambiants (température, hygrométrie, pression, CO2, COV totaux par des stations de terrain, aldéhydes sur tubes passifs, et un chromatographe de terrain GC Companion pour l’étude plus fine des COV), l’Université d’Artois effectue un suivi des transferts hygrothermiques dans 1 des parois la plus représentative, et Armines – IMT Lille-Douai et IMT Atlantique assurent, d’une part des prélèvements réguliers de l’air au contact de chaque paroi pour analyse ultérieure en laboratoire, et d’autre part des prélèvements biologiques afin de s’assurer de la qualité de l’air intérieur.
 

Matériels de mesure

 

Les moyens analytiques déployés sont partiellement redondants, afin d’assurer une possibilité de contrôle et de comparaison ainsi qu’un suivi précis au fil du temps, tout en permettant l’exploration d’une vaste gamme de composés. Dans ce cadre, les analyse du Cerema par le GC sont plus rapides, car réalisées in situ, avec une fréquence d’échantillonnage élevées, tandis que les analyses de l’IMT Lille-Douai sont moins rapides mais plus précises, faites a posteriori en laboratoire et permettant de quantifier davantage de composés.

Si les données des stations sont moins complètes (elles n’identifient pas les composés présents), elles permettent un suivi plus précis des évolutions dans le temps. Les tubes passifs permettent d’assurer un contrôle supplémentaire de l’identification des composés détectés.

Le suivi microbiologique est assuré par Armines – IMT Atlantique. Les prélèvements sont effectués à l’aide d’un impacteur de type MAS 100. Les milieux de culture utilisés sont le DRBC, DG 18 et MEA pour la flore fongique et R2A et GN pour la flore bactérienne. Après échantillonnage les milieux sont incubés à 25°C de 3 à 7 jours et les colonie dénombrées.

Matériels de mesure 2

A gauche, l'échantillonneur de l'Université d'Artois. L'air prélevé est ensuite analysé par GC. A droite, le préleveur biologique (impacteur type MAS 1000) d'Armines – IMT Atlantique. Photo prise sur site à Moncheaux par le Cerema et l’IMT Atlantique.

 

Déroulement et perspectives

Cécile Caudron, du Cerema, mesure le débit de ventilation d'une salle de classe du groupe Boris Vian, à Carvin

Cécile Caudron, du Cerema, mesure le débit de ventilation d'une salle de classe du groupe Boris Vian, à Carvin

 

Les mesures sur le terrain ont commencé en 2019, et se poursuivront en 2021, le projet devant aboutir fin 2022 sur une synthèse des résultats permettant de mieux appréhender l’impact des isolants biosourcés sur l’air intérieur.

Les partenaires produiront un rapport de synthèse assorti des recommandations issues de l’étude, et intégrera les conclusions de cette étude à un guide de bonnes pratiques dans l’utilisation des isolants biosourcés pour l’Ademe, et les partenaires académiques publieront les articles scientifiques rédigés à partir de ces mesures dans des journaux à comité de lecture.

EmiBio : une collaboration fructueuse, à la croisée de la recherche et de la maîtrise d’œuvre, pour le confort des habitants !

 

Financeurs :

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