Développement d’un isolant thermique ligno-cellulosique et identification de ses propriétés thermo-physiques

Essolé Padayodi¹, Mohammad Aghahadi¹, Saïd Abboudi², Seyed Amir Bahrani^3
⋆ : essole.padayodi@utbm.fr
¹ Pôle ERCOS, ELLIADD (EA. 4661) – Université de Bourgogne Franche Comté, Université de Technologie de Belfort-Montbéliard, 90010 Belfort
² ICB, UMR 6303, CNRS – Université de Bourgogne Franche Comté, Université de Technologie de Belfort-Montbéliard, 90010 Belfort
³ Institut Mines-Télécom Lille-Douai, Université de Lille
Mots clés : Conductivité thermique, isolant thermique, isotherme de désorption, plan chaud, lin
Résumé :

Les économies d’énergies constituent actuellement l’un des axes majeurs de réduction des gaz à effet de serre et de nombreuses études montrent que la conférence des Nations Unies sur le climat COP21 identifie le chauffage des logements et des bâtiments comme l’un des axes majeurs de réduction des énergies. Les isolants ligno-cellulosiques présentent le double intérêt d’un pouvoir isolant élevé et d’un bilan carbone réduit. Mais leurs propriétés d’isolation thermique peuvent être altérées par l’humidité qu’ils peuvent absorber lorsqu’ils sont exposés à un environnement humide. En effet les fibres naturelles ligno-cellulosiques sont fortement hydrophiles et peuvent absorber l’humidité de l’air ambiant jusqu’à un cinquième de leur poids. La phase liquide participe alors aux transferts de chaleur en altérant la résistance thermique de l’isolant. Il en résulte une hausse de la consommation de l’énergie au chauffage et des émissions associées.

La présente étude vise à caractériser les propriétés hydriques et thermiques d’un isolant ligno-cellulosique dans une atmosphère d’hygrométrie variable. A cet effet, le phénomène de diffusion de l’humidité dans un isolant hydrophile en fibres végétales est étudié en corrélant la variation de ses propriétés hydriques et celle de ses propriétés thermiques. Un isolant thermique en Feutre de Fibres de Lin (FFL) est fabriqué et son absorption de l’humidité est conduite à partir d’échantillons séjournant jusqu’à l’équilibre hygrothermique dans des dessiccateurs d’humidité variable (HR= 7,4%, 32%, 56%, 73%, 83% et 97%) et à 30^∘C. Celle-ci est générée au moyen de six solutions salines saturées.

Une courbe d’isotherme d’adsorption est alors établie. La forme sigmoïdale de type II, selon la classification BDDT (Brunauer, Deming, Deming et Teller), de cette courbe confirme bien que l’isolant FFL est un solide macroporeux. Cette isotherme a permis de modéliser le rôle que jouent les molécules d’eau au sein de l’isolant thermique humide. Il en résulte que la capacité d’absorption d’humidité de l’isolant FFL dépend principalement du niveau d’hygrométrie de l’air ambiant que de sa masse volumique. Les mesures expérimentales des isothermes d’adsorption des échantillons FFL de masses volumiques apparentes différentes, soient 341 et 766  kg.m^− 3, ont permis de le confirmer.

La cinétique d’adsorption de l’humidité par l’isolant hydrophile FFL est interprétée à partir du modèle de diffusion de Fick et du modèle d’adsorption de Park. Le premier a permis une bonne identification des propriétés d’adsorption d’humidité, en l’occurrence la diffusive massique. Enfin la méthode plan chaud, adaptée pour les matériaux hydrophiles, a été mise en œuvre pour la mesure de la conductivité thermique de l’isolant sous différentes hygrométries.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2020-080

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