Vers des bétons biosourcés aux propriétés maîtrisées – BIO-UP

Afin de relever les défis du dérèglement climatique, la future réglementation thermique et environnementale (RE2020) exigera une réduction drastique de l'impact carbone des bâtiments et une forte amélioration de leurs performances énergétiques. Pour relever ces défis, les matériaux biosourcés, issus de la biomasse, sont de plus en plus utilisés dans le secteur de la construction. Sur le plan environnemental, ils permettent le stockage du CO2 pendant toute leur durée de vie grâce au mécanisme de la photosynthèse. De plus, leur porosité et leur composition chimique élevées leur confèrent de très bonnes propriétés d'isolation hygrothermique et acoustique. Par conséquent, ces matériaux sont des alternatives clés aux matériaux de construction traditionnels pour les bâtiments neufs et existants.
Jusqu'à présent, les matériaux de construction biosourcés sont principalement utilisés pour leurs propriétés isolantes, par ex. sous forme bétons constitués d'agrégats végétaux, d'un liant minéral et d'eau. Cependant, la croissance des bétons biosourcés est encore limitée par le manque de connaissances et la forte variabilité de leurs performances, notamment concernant leurs propriétés mécaniques. Plusieurs paramètres, tels que le temps de prise du liant ou la dégradation potentielle des particules végétales ont été identifiés afin d’expliquer ces faiblesses. De plus, une grande variété de plantes peut être utilisée pour ces applications, avec une grande variabilité de leur composition chimique et de leur microstructure. Cette dernière dépend par exemple des espèces végétales, du matériel génétique (génotype) et de la saisonnalité, mais aussi de leur processus de transformation.
Dans ce contexte, l'objectif de BIO-UP est de permettre des avancées significatives dans la compréhension des propriétés fonctionnelles des bétons biosourcés en fonction du type de liant végétal et minéral utilisés. L'objectif est de définir des règles pour leur formulation et d'obtenir des propriétés sur mesure tenant compte de leur impact environnemental. A cette fin, 6 laboratoires de recherche s'associeront issus de l'Université Gustave Eiffel, de l'INRAE, de l'INSA Lyon et de l'Université Clermont Auvergne, en plus du département R&D du cimentier VICAT. Leur expertise couvre tous les domaines de caractérisation des propriétés des composites, de l'échelle microscopique (INRAE, U.Eiffel) aux propriétés fonctionnelles et à leur modélisation (U.Eiffel, INSA, UCA) tout en tenant compte de leur impact environnemental (U.Eiffel).
5 bio-ressources disponibles en France métropolitaine seront sélectionnées pour refléter la diversité des caractéristiques des végétaux pouvant être intégrées dans le béton biosourcé: chanvre, miscanthus, balle de riz, tournesol et colza. Une originalité du projet réside dans la prise en compte des variabilités génétiques intra-espèces et interannuelles/territoires/pratiques agricoles à travers l'implication de l'INRAE. La présence de VICAT permettra également d'utiliser différents liants dont la nature chimique est parfaitement connue. Les propriétés des matériaux seront caractérisées à toutes les échelles d'analyse : depuis la composition biochimique des plantes, leur impact sur les mécanismes d'hydratation des liants et la caractérisation des interfaces autour des particules végétales, jusqu'à leurs propriétés fonctionnelles (e.g. résistance mécanique et performances hygrothermiques). Des modèles prédictifs des performances des bétons biosourcés basés sur leur formulation seront développés, ainsi qu'un prototype de béton biosourcé aux performances thermiques et mécaniques optimisées. De plus, les données environnementales représentatives concernant les matériaux biosourcés n'étant pas disponibles à ce jour, l'analyse de cycle de vie permettra de quantifier les coûts environnementaux résultant du choix des matières premières végétales et minérales et de la production de béton biosourcé pour des applications isolantes ou structurelles.