Prédictions numériques des performances hygrothermiques de biomatériaux à base de mycelium

Seyedsina Motamedi1^{1}, Geoffrey Promis2^{2}, Daniel Rousse1,⋆^{1,\star}
⋆^{\star} : daniel.rousse@etsmtl.ca
1^{1} Groupe t3e, École de technologie supérieure
2^{2} LTI, Université de Picardie Jules-Verne
Mots clés : Isolation à base de matériaux biosourcés, conductivité thermique, humidité, performances hygrothermiques, prévention des moisissures.
Résumé :

L’industrie de la construction de bâtiments représentait 37% du marché mondial émissions de gaz à effet de serre (GES) liées à l’énergie en 2020, dont 10% résultant de la fabrication de matériaux de construction. En plus de réduire la demande d’énergie requise pour opérer ces bâtiments, il est essentiel de considérer l’énergie grise des matériaux de construction et de leur procédé de fabrication pour décarboner le secteur. Dans ce contexte, les matériaux de construction biosourcés, à base de bois ou contenant d’autres les fibres naturelles font partie des solutions considérées pour produire des matériaux à faible impact carbone. Ils ont généralement une énergie grise inférieure à celle des matériaux synthétiques, peuvent provenir de sources locales et desservir diverses applications de construction pour remplir les caractéristiques de performance, tant mécaniques que thermiques, souhaitées. Si des matériaux biosourcés à base de plantes telles que le chanvre, le liège expansé, ou la paille sont employés, le mycelium apparait comme la nouvelle option pour remplacer les isolants traditionnels. En plus de ses caractéristiques de liaison, il agit également comme élément fibreux de renforcement des constructions. En outre, l’intérêt de ce matériau provient entres autres caractéristiques de sa faible conductivité. Différents composites à base de mycélium ont été développés. Par exemple, un composite mycélium-miscanthus dont la conductivité thermique rapportée varie entre 0,0882 et 0,104 W/m.K ou encore d’autres à base de mycélium-lin, mycélium-chanvre et mycélium-paille dont les conductivités sont encore plus faibles à 0,0578, 0,0404, 0,0419 W/m.K, respectivement. De plus, une autre caractéristique hygrique des composites à base de mycélium est sa capacité d’absorption d’humidité, résultant de la porosité élevée du matériau. Bien que cette capacité ait des effets positifs, un niveau plus élevé d’humidité stockée dans le matériau peut entraîner des effets néfastes, tels que sa dégradation et la formation de moisissures. En conséquence, la caractérisation de son comportement relatif à l’humidité dans les composites à base de mycélium est définie comme l’objectif de cette étude.

Dans cet article, des matériaux composites à base de mycelium sont étudiés avec le logiciel COMSOL. Après une validation du modèle employé en utilisant des travaux reconnus impliquant d’autres matériaux et des travaux expérimentaux traitant du mycelium, des simulations paramétriques de transferts de chaleur, air et humidité (heat, air and moisture, HAM) comportant des variations de composition, d’épaisseur, de température et d’humidité aux parois sont réalisées dans le but de prédire le comportement hygrothermique des composites en insistant particulièrement sur le profil de contenu en vapeur d’eau. Les simulations sont effectuées pour deux assemblages exposés à 6 conditions extérieures différentes, tandis que les conditions intérieures restent identiques. La variation annuelle du taux d’humidité des matériaux d’isolation est analysée, avec un accent particulier sur les interfaces sensibles, c’est-à-dire les couches d’isolation près des parois extérieure et intérieure.

L’objectif du travail est de pouvoir prédire les caractéristiques des biocomposites de manière à préparer une série d’échantillons à tester en laboratoire par la suite.

Work In Progress