Les isolants "écologiques"

Pour s'inscrire dans une démarche d'éco-construction, il est nécessaire de ne pas choisir un isolant uniquement sur base de ses propriétés thermiques, techniques et économiques.

Il y a lieu d'évaluer son impact environnemental (et sur la santé) tout au long de sa vie :

• en tenant compte de l'énergie grise (renouvelable et non renouvelable) consommée sur l'ensemble de son cycle de vie (traitement en fin de vie inclus) ;
  
  
• en tenant compte des différentes émissions (gaz à effet de serre, gaz acidifiant, gaz à formation d'ozone...) sur l'ensemble du cycle de vie, qui auront un impact sur l'environnement et la santé ;
  
  
• en tenant compte des matières premières et de l'eau consommée ;
  
  
• en tenant compte des substances nocives utilisées lors de la fabrication et pendant la mise en oeuvre (solvants, COV...) ;
  
  
• en estimant les émissions de composés organiques volatiles (COV), formaldéhydes et autres produits nocifs durant sa vie en oeuvre ;
  
  
• en appréciant les possibilités de recyclage pour la phase de déconstruction.

La prise en compte de tous ces paramètres conduit à l'utilisation d'isolants dits "écologiques".

• De l'approche classique à l'éco-construction
• Les grandes catégories d'isolants
• Isolants écologiques classiques
• Performances des isolants écologiques
• Intérêts des isolants écologiques
  
• Coûts des différentes solutions
• Impact sur la santé
• Quel isolant pour quel usage
• Certifications
• Labellisation

Certaines lignes directrices simples, énoncées dans le tableau suivant, permettent d'évoluer vers une démarche éco-constructive en partant d'une approche tout à fait classique.

Les isolants synthétiques

On regroupe sous ce nom les isolants tels que les mousses de polyuréthane et de polystyrène. Ces matériaux sont très défavorables. Issus de la chimie du chlore et du pétrole, ils sont produits à partir de matières non renouvelables et selon des procédés énergivores.

Ces isolants contiennent des substances qui appauvrissent la couche d'ozone (comme les HCFC) et libèrent des gaz toxiques et mortels en cas d'incendie. Des substituts aux CFC commencent à être utilisés et on a recours lors de la fabrication à de plus en plus de matériaux recyclés.

Dans cette catégorie, la mousse phénolique semble faire exception. Ces très bonnes caractéristiques thermiques associées à son caractère renouvelable, au faible rejet de polluant au long de sa durée de vie la rendent plus intéressante que les autres isolants synthétiques. Mais ce matériau récent ne possède pas encore réellement de filière de distribution et le retour pratique sur son utilisation et sa mise en oeuvre est encore réduit.

Les laines minérales

Ces isolants sont issus de matériaux abondants (roches volcaniques et sable) et présents en Europe. Ils sont souvent composés de matériaux recyclés. Tant que la teneur en liant reste inférieure à 5%, leur élimination se fait par mise en décharge comme matériaux inertes ou par recyclage complet (laine de roche). Leur procédé de fabrication est toutefois également très énergivore.

Les isolants "écologiques"

Ces isolants combinent généralement un matériau issu de sources renouvelables (végétaux, cellulose recyclée), et un mode de production peu énergivore.

Remarquons que la matière première est parfois peu abondante, ou disponible uniquement dans certaines régions (ex. liège).

En général, l'élimination des isolants "écologiques" peut se faire sans danger par compostage. Mais cela dépend du mode de fabrication. Par exemple, les isolants à base de chanvre ou de lin contiennent souvent du polyester.

Isolants à base de cellulose

Isolants à base de papier recyclé, leur conductivité est comparable à celle des laines minérales. Ce matériau possède la caractéristique de pouvoir absorber la vapeur d'eau et permet ainsi de réguler l'humidité. Son absorption acoustique est excellente.

Un traitement au sel de bore protège ces isolants des attaques d'insectes, des champignons et du feu.

Les flocons de cellulose sont soufflés sous pression soit dans des caissons fermés soit sur des surfaces horizontales. Certains critères ont été définis afin de garantir le non-tassement ultérieur des flocons dans les caissons.

Ces isolants à base de cellulose existent aussi sous forme de panneaux semi-rigides ou flexibles. Ils sont utilisés pour l'isolation des sols, des toitures, des cloisons légères et des murs à ossature bois.

Isolant sous forme de laine d'origine végétale ou animale

Il existe de nombreux types de laine végétale ou animale disponibles en vrac, en feutre fin,  en rouleaux ou en panneaux semi-rigides. On trouve par exemple des laines en fibre de coco, de lin, de chanvre, de bois ou en mouton. Certains de ces isolants reçoivent un traitement au sel de bore qui les protège des attaques d'insectes, des champignons et du feu.

Ils possèdent la capacité d'absorber et de restituer l'humidité, remplissant ainsi la fonction de régulateur d'humidité.

De par leur caractère fibreux, ces isolants possèdent aussi de très bonnes caractéristiques acoustiques.

Certains offrent une meilleure résistance à l'humidité, comme ceux à base de fibre de coco, et peuvent donc être utilisés pour calfeutrer les ouvertures (raccords châssis-maçonnerie) ou être placé dans des endroits soumis à une humidité particulièrement élevée.

Les panneaux de fibre de bois sont fabriqués à partir de déchets de scierie. Les fibres sont agglomérées par leur propre résine (procédé de fabrication humide) ou par de la colle (procédé à sec). Lorsque ce second procédé est utilisé, les panneaux ne sont pas recyclables. Lorsque plusieurs panneaux sont collés ensemble pour obtenir une plus grosse épaisseur d'isolant, de la colle est utilisée. Les panneaux sont perméables à la vapeur, ils complètent très bien les autres isolants.

Isolant à base de minéraux

La perlite est produite à partir de pierre volcanique expansée et la vermiculite à partir de mica expansé. Ils sont disponibles sous forme de granulés ou de panneaux.

Un de leurs atouts important est leur caractère ignifuge.

Ces deux matériaux peuvent être déversés en vrac ou être incorporés dans les mortiers, les bétons allégés, les enduits isolants et dans les blocs de construction.

Le verre cellulaire peut également être considéré comme un isolant "écologique". Il est fabriqué à partir de sable siliceux largement disponible. Son procédé de fabrication conduit à la production d'un isolant léger à cellules fermées insensibles à l'eau et au feu, incompressible et présentant de bonnes qualités isolantes. Disponible en panneaux ou en gros granulés, son seul défaut, en plus de son coût élevé, est d'être produit par des procédés de fabrication très énergivore.

L'argile expansée

Elle est vendue en vrac, en panneaux ou incorporée dans des bétons allégés, des blocs de construction préfabriqués.

L'argile expansée présente un excellent classement au feu et offre une bonne résistance à l'humidité.

Le liège

Provient de l'écorce du chêne-liège. Les écorces sont réduites en grains qui peuvent être ensuite agglomérés à chaud par la résine du liège. Certains panneaux sont renforcés avec des colles synthétiques et dégagent du formaldéhyde : à éviter !

Cet isolant possède une bonne résistance à l'humidité, est  imputrescible et difficilement inflammable.

Le principal problème, en plus de son coût élevé, réside dans sa disponibilité.

Les matériaux chaux-chanvre

Composé d'un mélange de liant à base de chaux aériennes (CL90-S) et de copeaux de chanvre cet isolant peut servir pour isoler les murs, le toit, les sols, en adaptant simplement les mélanges. Actuellement l'usage le plus fréquent du chaux-chanvre est le remplissage des murs à ossature bois (30 cm) ou d'enduits isolants (10 cm) sur un support existant.

Son coefficient d'isolation est proche de celui du bois massif (λ = ± 0.1), mais le matériau possède d'importantes qualités du point de vue de l'inertie thermique et de la régulation de la vapeur d'eau.

De plus, son cycle de vie est souvent pris en exemple : faible énergie grise, stockage de CO₂, recyclable, matière première locale ...

La performance thermique des isolants est renseignée par la valeur de la conductivité thermique  (λ). Plus celle-ci est élevée, moins le matériau sera isolant. Mais cela ne veut pas dire qu'il faut nécessairement abandonner l'utilisation d'un matériau qui aurait un λ élevé. En effet, il suffit d'augmenter l'épaisseur de la couche isolante pour obtenir une performance thermique globale équivalente!

Pour choisir son isolant, il faut donc tenir compte de plusieurs critères en même temps:

• la conductivité thermique  (λ)
• le coût (plus l'épaisseur augmente, plus le coût augmente)
• l'encombrement

Les performances des isolants "écologiques" sont reprises dans le tableau suivant.

La PEB impose, lors du calcul du coefficient de transmission des parois (U) que l'on utilise pour les différents constituants des valeurs de conductivité thermique (λ) certifiées (essais réalisés conformément aux normes européennes EN ISO 10456) ou les valeurs par défaut reprises dans l'annexe VII de la PEB.

Malheureusement, l'Annexe VII de la PEB ne fournit pas de valeur pour les matériaux repris dans le tableau ci-dessus. Si aucune certification (agréments techniques...) n'existe, la couche d'isolant ne pourra pas être prise en compte dans le calcul du U des parois pour la PEB  qui est d'application pour les travaux soumis à permis de bâtir.

Inertie thermique

L'inertie thermique peut simplement être définie comme la capacité d'un matériau à stocker de la chaleur et à la restituer petit à petit. Cette caractéristique est très importante pour garantir un bon confort notamment en été, c'est-à-dire pour éviter les surchauffes.

Cette capacité permet de limiter les effets d'une variation "rapide" de la température extérieure sur le climat intérieur par un déphasage entre la température extérieure et la température de surface intérieure des murs et par amortissement de l'amplitude de cette variation. Un déphasage suffisant permettra par exemple que la chaleur extérieure "n'arrive" qu'en fin de journée dans l'habitat, période où il est plus facile de le rafraîchir grâce à une simple ouverture des fenêtres.

• la diffusivité : α = λ / (ρ * c) [m²/s]
• l'effusivité : E = √ (λ * ρ * c) [ J.K^-1.m^-2.s^-1/2]

où :

• ρ la masse volumique du matériau en [kg.m^-3]
• c la capacité thermique massique du matériau en [J.kg^-1.K^-1]

Physiquement, la diffusivité thermique détermine la vitesse avec laquelle la température d'un matériau va évoluer en fonction des sollicitations thermiques extérieures. Lorsque l'on marche sur du sable chaud, on ressent une sensation de brûlure. Le sable impose sa température à notre corps, de manière plus importante que notre corps impose sa température au sable, car il possède une plus grande diffusivité que le pied.

L'effusivité d'un matériau est sa capacité à échanger de l'énergie thermique (L'énergie thermique est l'énergie cinétique d'un objet, qui est due à une agitation désordonnée de ses molécules et de...) avec son environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se...).

Pour garantir le confort d'été (éviter les surchauffes) on essaiera d'utiliser un matériau possédant les caractéristiques suivantes :

• Une faible diffusivité, pour que l'échange d'énergie thermique entre le mur et le climat intérieur se fasse le plus lentement possible. Ceci conduit à choisir un matériau possédant une capacité thermique (ρ * c) élevée.
  
  
• Une forte effusivité thermique pour que le mur stocke au maximum l'énergie thermique du climat extérieur.

Comme le montre le tableau suivant, les isolants possédant une capacité thermique élevée, garante d'une diffusivité faible et d'une effusivité importante sont généralement les isolants "écologiques" :

Mais attention, si le confort d'été est amélioré, l'utilisation d'isolant permettant d'obtenir ces caractéristiques peut conduire à un autre problème. En effet, une trop grande effusivité produira dans la pièce une sensation de surface froide au toucher.

Stockage de CO₂

Les isolants à base de végétaux, via le processus de photosynthèse, permettent de stocker le CO₂ atmosphérique.

Performances hygrothermiques

Outre leur caractère "écologique", les isolants qui nous intéressent ici possèdent des propriétés hygrothermiques prometteuses. Par leur capacité plus ou moins grande à absorber l'humidité, les matériaux en contact avec l'ambiance intérieure peuvent stabiliser les conditions hygrothermiques d'un local et, de la sorte, avoir un impact positif sur le confort.

De nombreuses recherches sont aujourd'hui menées sur ce sujet. Comme par exemple celle menée par le département d'ingénierie de la Technical University of Denmark qui a conduit à la définition du paramètre appelé Moisture Buffer Value (valeur de régulation de l'humidité) qui indique la quantité d'eau que l'isolant absorbe et restitue par  unité de surface durant une certaine période quand il est soumis à des variations de l'humidité relative de son environnement. Ce paramètre permet d'analyser le rôle de régulateur d'humidité joué par l'isolant.

Les coûts repris ci-dessous sont indicatifs des matériaux que l'on peut trouver facilement en Belgique en 2008. Il s'agit de tarifs moyens annoncés par quelques fournisseurs. En effet, les prix varient en fonction des quantités achetées.

L'impact des isolants sur la santé est encore difficilement estimable. En effet, si l'effet d'un composé est aujourd'hui connu, l'effet de la combinaison de produits toxiques est plus compliqué à analyser.  De plus pour déterminer les impacts des polluants, il y a toujours lieu de prendre en compte simultanément les trois paramètres suivants

• temps d'exposition
• intensité de la pollution
• sensibilité de la personne

En ce qui concerne les isolants synthétiques, ils dégagent tout au long de leur durée de vie des produits gazeux dangereux, mais comme ils ne sont pas en contact direct avec l'ambiance, on estime que leur impact est limité. Une chose reste sûre, ils ont le défaut de dégager des fumées très toxiques en cas d'incendie !

Le tableau suivant présente une partie des choix envisageables pour isoler un bâtiment. Cette liste n'est bien entendue pas exhaustive. La colonne "choix traditionnel" montre ce qui est traditionnellement réalisé. Les deux autres colonnes, montre vers quelles solutions il faut se tourner lorsque l'on veut se rapprocher d'une démarche d'éco-construction.

Tableau présentant les différentes solutions techniques d'isolation envisagées classiquement.

C'est à ce niveau que se complique la démarche d'éco-construction ! Comme dit auparavant, lors du calcul du U des parois, la PEB implique que l'on utilise comme valeur de λ :

• une valeur certifiée sur base de la norme de produit NBN EN ou d'un ATE (Agrément Technique Européen). Ces valeurs sont regroupées sur le site www.epbd.be.
  
  
• ou la valeur par défaut renseignée dans l'annexe VII de la PEB.

Cette manière de faire a pour but de protéger le consommateur, en garantissant la qualité des matériaux utilisés.

Le problème avec les matériaux d'isolations écologiques est que ces derniers ne sont pas repris dans l'Annexe VII de la PEB et l'utilisation de ceux-ci nécessite donc la réalisation d'une certification pour tous travaux soumis à permis. En Belgique, peu de certifications ont été réalisées jusqu'à aujourd'hui. Certains pays frontaliers sont à ce niveau plus en avance.

Comme dit précédemment, l'utilisation d'un matériau issu de sources renouvelables ne garantit pas en pratique le caractère "écologique" de l'isolant (ajout de colle, procédé de fabrication énergivore...). Pour s'assurer que l'isolant a été réalisé dans les règles de l'art, on peut se tourner vers les labels comme www.natureplus.org, www.svanen.nu  www.blauer-engel.de.