Brevet FR3023859A1 — publié le 20160122

Elément de construction isolant, procédé de fabrication et matériau isolant correspondants 1. DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne le domaine de la construction. L'invention concerne plus particulièrement un élément de construction, pour la construction de bâtiments d'habitation, industriels, agricoles, etc., ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel élément et un matériau isolant destiné à être intégré dans un tel élément. 2. SOLUTIONS DE L'ART ANTERIEUR Depuis plusieurs années, on cherche à diminuer la conductivité thermique des éléments de construction, et notamment des blocs de construction, afin d'accroître l'isolation thermique et l'efficacité énergétique des bâtiments. Parmi l'ensemble des blocs de construction connus, le bloc de béton ou bloc de béton manufacturé (abrégé BBM), couramment désigné « parpaing », est un élément de maçonnerie moulé qui est utilisé pour la construction des murs extérieurs dans une large majorité des constructions actuelles. Il s'agit usuellement d'un bloc de béton moulé, en forme de parallélépipède creux ou non. Bien qu'il s'agisse d'un des matériaux de construction parmi les moins cher du marché, il présente une faible résistance thermique au regard des normes actuellement imposées pour la construction de bâtiments. Il est donc nécessaire de le recouvrir d'une couche d'isolant thermique. Pour pallier les inconvénients du bloc béton, d'autres types de blocs de construction ont été proposés, parmi lesquels les blocs béton dits légers. Ces blocs sont obtenus en remplaçant les granulats classiques (sable, gravier) par des matériaux naturellement légers et isolants, tels que la pierre ponce, l'ardoise expansée ou l'argile expansée, par exemple. Bien que le bloc de béton de granulats légers présente de meilleures propriétés isolantes que le bloc béton classique, il s'avère relativement coûteux, ce qui n'est pas satisfaisant. Afin d'améliorer les propriétés isolantes des blocs de construction, on a proposé d'intégrer un matériau isolant à l'intérieur des alvéoles formées dans ces blocs. Les matériaux isolants utilisés sont généralement de la laine de roche, du polystyrène, du polystyrène graffité, du liège, de la laine de chanvre, de la ouate de cellulose, etc. L'ajout de ces matériaux isolants connus pour être coûteux n'est donc pas satisfaisant puisqu'il augmente substantiellement les coûts de construction. Ainsi, les blocs de construction posent des problèmes tant en terme de résistance thermique (pour le bloc béton) qu'en terme de prix (pour les solutions offrant une résistance thermique accrue). Il existe donc un besoin de trouver de nouveaux éléments de construction, et notamment de blocs de construction, permettant d'améliorer l'isolation thermique, tout en conservant une résistance mécanique acceptable et un coût faible. 3. RESUME DE L'INVENTION L'invention ne pose pas ces problèmes liés aux éléments de construction de l'art antérieur. En effet, l'invention concerne un élément de construction comprenant une ossature et au moins un évidement intérieur dans lequel est disposé une matière isolante. Selon l'invention, la matière isolante comprend : - un coulis de ciment comprenant : un premier ciment à base de clinker, un second ciment sulfo-alumineux, un accélérateur de prise du ciment, un plastifiant ou superplastifiant et de l'eau ; et - une mousse comprenant de l'eau, de l'air et un agent moussant. L'utilisation d'une matière isolante sous forme de mousse cimentaire permet d'augmenter fortement la résistance thermique de l'élément de construction, qui peut être un bloc de construction parallélépipédique, par exemple. Un tel élément de construction présente des propriétés isolantes améliorées, du fait d'une conductivité thermique réduite, tout en garantissant une résistance mécanique acceptable. En outre, il améliore significativement les performances d'isolation thermique d'un bâtiment construit avec de tels éléments de construction. De plus, il répond aux normes en vigueur dans le domaine de la construction, à savoir les normes RT 2012 et HQE (Haute Qualité Environnementale). Par ailleurs, la masse volumique réduite rend l'élément de construction léger, et donc plus facile à transporter, à porter et à poser. Selon une caractéristique particulière, le coulis de ciment comprend en pourcent par rapport à la masse totale de coulis de ciment: 50 à 80 % dudit premier ciment ; 1 à 20% dudit second ciment ; 1 à 7% dudit accélérateur de prise du ciment ; 0,1 à 5% dudit plastifiant ou superplastifiant ; et 10 à 30% d'eau. 25 Selon une caractéristique particulière, la mousse comprend en pourcent par rapport à la masse totale de mousse : 0,1 à 0,3 % d'agent moussant ; 7 à 8 % d'eau ; et 90 à 92 % d'air comprimé. ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ Selon une caractéristique particulière, la matière isolante présente une densité comprise entre 50 et 200 kg/m3. Selon une caractéristique particulière, la matière isolante présente une conductivité thermique comprise entre 0,03 et 0,2 W/m.K Selon une caractéristique particulière, ladite ossature est à base de béton de granulats lourds, à base de béton de granulats courants ou légers, à base de béton cellulaire ou bien à base de terre cuite. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un élément de construction tel que décrit préalablement. Selon l'invention, un tel procédé comprend les étapes de : - mélange d'un premier ciment et d'un deuxième ciment pour obtenir un troisième ciment ; - ajout d'eau au troisième ciment pour obtenir un premier coulis de ciment ; - ajout d'un accélérateur de prise du ciment, d'un plastifiant ou d'un superplastifiant au premier coulis de ciment pour obtenir un deuxième coulis de ciment ; - préparation d'une mousse fluide en mélangeant un agent moussant à de l'eau et de l'air ; - brassage du deuxième coulis de ciment avec la mousse fluide pour obtenir une matière isolante ; - injection de la matière isolante dans au moins un évidement de l'élément de construction ; - prise de la matière isolante dans ledit au moins évidement. Selon une caractéristique particulière, le procédé comprend en outre une étape de nivellement de la hauteur de matière isolante par rapport à la hauteur de l'ossature. Selon une caractéristique particulière, l'étape de nivellement est effectuée par ponçage ou sciage du surplus de matière isolante. L'invention concerne par ailleurs une matière isolante destinée à être disposée dans un élément de construction tel que décrit préalablement. Selon l'invention, la matière isolante comprend : - un coulis de ciment comprenant : un premier ciment à base de clinker, un second ciment sulfo-alumineux, un accélérateur de prise du ciment, un plastifiant ou superplastifiant et de l'eau ; et - une mousse comprenant de l'eau, de l'air et un agent moussant. 4. LISTE DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un élément de construction de l'invention, prenant la forme d'un bloc de construction dans lequel la matière isolante n'est pas représentée ; - la figure 2 est une vue en perspective du bloc de construction de la figure 1 dans lequel est disposée la matière isolante ; - la figure 3 illustre de façon schématique les différentes étapes du procédé de fabrication de la matière isolante selon un mode de réalisation particulier ; et - la figure 4 illustre de façon schématique la composition de la matière isolante de l'invention. 5. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 5.1 Rappel du principe de l'invention L'invention concerne un élément de construction, sous la forme d'un bloc de construction par exemple, destiné à la construction d'un mur de bâtiment, notamment. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel élément et une composition isolante destinée à être mise en oeuvre dans un tel élément. L'invention propose donc un élément de construction comprenant au moins un évidement (ou une cavité) comblée par une matière isolante à base de mousse minérale. Ainsi, l'élément de construction selon l'invention offre de nombreux avantages et permet notamment de répondre aux nécessaires évolutions auxquelles doit faire face le bloc de béton traditionnel, sans toutefois présenter les inconvénients des solutions alternatives de l'art antérieur à savoir le prix, la résistance mécanique et les propriétés isolantes. Par la suite, on présente notamment un mode de réalisation d'un élément de construction selon l'invention, qui prend la forme d'un bloc. Il est clair cependant que l'invention ne se limite pas à ce mode de réalisation particulier, mais peut également être mise en oeuvre dans de nombreux autres modes de réalisation et plus généralement dans tous les cas où les avantages procurés par l'invention sont intéressants. 5.2 Description d'un mode de réalisation L'élément de construction objet de la présente invention est décrit, dans un mode de réalisation général, en relation avec les figures 1 à 2. Dans ce mode de réalisation, l'élément de construction est un bloc de forme parallélépipédique rectangle. 5.2.1 Ossature Le bloc de construction 1 comprend une ossature 10 à base de béton de granulats lourds, courants ou légers (Pouzzolane, Pierre ponce, argile expansée, ardoise expansée, scories, roches volcaniques siliceuse, laitier expansé, etc...), à base de béton cellulaire ou bien à base de terre cuite. L'ossature 10 est de forme sensiblement parallélépipédique rectangle, et présente deux parois longitudinales 11, 12 parallèles et sensiblement planes, et deux parois transversales 13, 14 parallèles. Les parois longitudinales 11, 12 définissent avec les parois transversales 13, 14 au moins un évidement intérieur 15 de forme rectangulaire. Cet évidement 15 représente un volume de 30% à 70% du volume total du bloc de construction 1, et plus préférentiellement de 50% à 70%. Dans l'exemple illustré, le bloc de construction 1 comprend un unique évidement 15 débouchant. On note que le bloc de construction 1 peut comprendre plusieurs évidements débouchant ou non. Comme cela sera décrit par la suite, l'évidement intérieur 15 formé, à l'intérieur de l'ossature 10, par les parois longitudinales 11, 12, et transversales 13, 14, est configuré pour être comblé au moyen d'une matière isolante, sous la forme d'une mousse minérale 2 obtenue à partir d'un coulis cimentaire et d'un agent moussant notamment. Comme on le verra par la suite, cette mousse minérale 2 est fabriquée de façon à emprisonner un maximum d'air dans la masse cimentaire afin d'augmenter fortement la résistance thermique du bloc de construction 1. En outre, l'ossature 10 comprend plusieurs alvéoles 18, débouchantes ou non, disposées entre les parois longitudinales 11, 12 et l'évidement 15, de chaque côté de ce dernier. Ces alvéoles 18 sont utilisées pour définir des volumes dans lesquels l'air est emprisonné. L'air ainsi emprisonné participe passivement à la résistance thermique offerte par le bloc de construction 1. On note que deux de ces alvéoles 18 comprennent une partie arrondie 19, formant un trou de préhension qui permet de faciliter la manutention du bloc de construction 1. Comme illustré sur les figures 1 et 2, l'ossature 10 présente deux trous de préhension 19 situés dans des coins diagonalement opposés. Par ailleurs, les parois transversales 13, 14 présentent chacune des moyens d'assemblage 16, 17 du bloc de construction 1 à un autre bloc de construction. Chaque paroi transversale comprend ainsi une partie mâle 17 et une partie femelle 16 apte à coopérer respectivement avec la partie femelle 16 et la partie mâle 17 du bloc de construction adjacent. 5.2.2 Mousse minérale isolante La matière isolante destinée à combler l'évidement 15 du bloc de construction 1 est une mousse minérale 2 obtenue par un mélange de plusieurs éléments/composants, à savoir : - un coulis de ciment 20 obtenu par le mélange de deux ciments 21, 22 auquel est ajouté un accélérateur 25 de prise du coulis de ciment 20 et un plastifiant ou un superplastifiant 26 ; - une mousse 30 obtenue au moyen d'un agent moussant organique 31; et - de l'eau 32 et de l'air comprimé 33 . La mousse minérale 2 isolante est fabriquée selon les étapes du procédé décrit ci-dessous et illustré de façon schématique sur la figure 3. Le coulis de ciment 20 entrant dans la composition de la mousse minérale 2 isolante comprend un premier ciment 21 à base de clinker conforme à la norme européenne NF EN 197-1. La proportion de ce premier ciment 21 est comprise entre 50 et 80% de la masse total du coulis de ciment 20. De préférence, cette proportion est de 55 à 75%, encore plus préférentiellement de 60 à 70%. Le second ciment 22 est un ciment sulfo-alumineux. De façon connue, un tel ciment est constitué d'un mélange de clinker sulfo-alumineux et de sulfate de calcium hydraté (gypse) ou non (anhydrite). La proportion de second ciment 22 par rapport à la masse totale du coulis de ciment 20 est comprise entre 1 et 20%. De préférence, cette proportion est de 10 à 20%, et encore plus préférentiellement de 10 à 15%. En mélangeant le premier ciment 21 au second ciment 22 (étape 101), on obtient un troisième ciment 23 auquel est ajouté de l'eau 27 (étape 102), la proportion d'eau 27 par rapport à la masse totale du coulis de ciment 20 étant comprise entre 10 et 30%, de préférence entre 15 et 25%, encore plus préférentiellement entre 20 et 25%. On obtient ainsi un premier coulis 24 auquel on ajoute ensuite un accélérateur de prise 25 du ciment (étape 103A). On rappelle qu'un accélérateur de prise du ciment est un composant permettant de diminuer le temps entre l'hydratation du ciment et le début de la prise du ciment. La proportion d'accélérateur de prise 25 par rapport à la masse totale du coulis de ciment 20 est comprise entre 1 et 7%. De préférence, cette proportion est de 1 à 5%, et encore plus préférentiellement de 3 à 5%. On ajoute, par ailleurs, un plastifiant ou un superplastifiant 26 au premier coulis de ciment 24 (étape 103B). On rappelle qu'un plastifiant ou superplastifiant est un dispersant. Le rôle de ces molécules est de disperser les grains de ciment pour permettre une meilleure hydratation des grains et d'améliorer ainsi l'efficacité du ciment. Un plastifiant ou superplastifiant permet, en outre, de diminuer la quantité de ciment nécessaire et ainsi d'alléger la mousse minérale 2. Par ailleurs, ces molécules neutralisent temporairement les forces d'attraction entre les grains de ciment et rendent fluide, et donc malléable, le coulis de ciment 24. La proportion de plastifiant ou de superplastifiant 26 par rapport à la masse totale du coulis de ciment 20 est inférieure à 5%. De préférence, cette proportion est inférieure à 3%, et encore plus préférentiellement comprise entre 0,1 et 1%. Une fois tous ces constituants/composants ajoutés au mélange, on obtient donc un coulis de ciment 20 destiné à être mélangé avec la mousse 30 décrite ci-après. La mousse 30 est fabriquée à base d'un agent moussant 31. L'agent moussant est un composé qui modifie la tension superficielle entre deux surfaces, et plus particulièrement ici entre un liquide et un gaz. Cet agent moussant 31 est à base de composés organiques. On peut citer, 5 à titre d'exemple, les polysaccharides comprenant des groupements hydrophobes. Afin d'obtenir la mousse 30, l'agent moussant 31 est mélangé à de l'eau 32 et de l'air 33 comprimé par l'intermédiaire d'un bol mélangeur (étape 104). L'air 33 doit être sec et déshuilé. Il doit être injecté, par le biais du bol 10 mélangeur à une pression située entre 5 et 8 bars, et plus préférentiellement entre 6 et 7 bars. A titre d'exemple, pour 1 m3 (ou 1000 litres) de mousse 30, on prévoit 2 kg d'agent moussant 31, 80 kg d'eau 32 et un volume d'air 918 litres. La pression de l'air doit être comprise entre 5 et 8 bars et idéalement 15 entre 6 et 7 bars. L'air doit être sec et déshuilé. La matière isolante, c'est-à-dire la mousse minérale 2, de l'invention est obtenue après mélange du coulis de ciment 20 et de la mousse 30 par brassage léger (étape 105) de manière à enrober les bulles d'air de la mousse 30 par une fine couche de coulis de ciment 20. 20 La réalisation de la mousse minérale 2 nécessite que le coulis de ciment 20 durcisse avant que la mousse 30 ne s'effondre. Après la prise du ciment 20, les bulles d'air se retrouvent emprisonnées et on obtient alors la mousse minérale 2 isolante de l'invention. La mousse minérale 2 ainsi obtenue est un matériau léger ayant des 25 performances thermiques élevées. En effet, sa densité est, de préférence, comprise entre 50 et 550 kg/m3, préférentiellement entre 50 et 400 kg/m3, encore plus préférentiellement entre 50 et 200 kg/m3. Par ailleurs, la conductivité thermique À d'une telle mousse minérale est comprise entre 0,03 et 0,2 W/m.K, de préférence entre 0,03 et 0,1 W/m.K, et encore plus préférentiellement entre 0,03 et 0,06 W/m.K. La prise du ciment 20 de la mousse minérale 2 obtenue intervenant dans un délai de 1 à 4 heures, il est donc nécessaire de remplir l'évidement 15 du bloc de construction 1 dans ce délai (étape 106). Cette opération de remplissage peut être effectuée avant ou après la prise du béton de granulats lourds, courants ou légers formant l'ossature 10 du bloc de construction 1. Dans le cas où l'ossature 10 est en terre cuite, il est nécessaire de remplir l'évidement 15 avec la mousse minérale 2 après cuisson de la terre cuite. Dans le cas où l'ossature 10 est en béton cellulaire, il est nécessaire de réaliser l'opération de remplissage de l'évidement 15 avec la mousse minérale 2 après la phase d'autoclavage. Dans le cas d'un évidement 15 débouchant, le bloc de construction 1 est de préférence positionné sur un support de séchage (cette opération n'est pas nécessaire lorsque l'évidement 15 n'est pas débouchant). Le procédé de remplissage met en oeuvre une cuve recevant la mousse minérale 2 fluide dans laquelle un agitateur permet un mouvement permanent de la mousse 2. Cette mousse 2 est ensuite coulée/injectée par des systèmes de dosage classiques (vis sans fin, ou vannes, par exemple) dans l'évidement 15. Il est nécessaire de laisser durcir la mousse minérale 2 pendant au moins trois heures avant de stocker en palette les blocs de construction ainsi obtenus. Par ailleurs, chaque bloc de construction 1 rempli de matière isolante 2 peut être rectifié pour garantir une hauteur identique entre l'ossature 10 et la mousse minérale 2. Une solution alternative consiste à araser par ponçage ou par sciage la mousse minérale 2 en débord. L'élément de construction (ou élément constructif) de l'invention peut prendre d'autres formes qu'un bloc tel que décrit précédemment, et peut être, par exemple, un élément de mur ou de plancher. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et modes de réalisation décrits et représentés. La forme du bloc de construction n'est pas limitée à celle illustrée dans le mode de réalisation décrit auparavant. D'autres formes peuvent en effet être envisagées. Plusieurs évidements peuvent être ménagés dans l'ossature et plusieurs éléments isolants distincts peuvent y être insérés. L'élément de construction de l'invention est adapté à différents types de constructions, comme par exemple les maisons individuelles et les logements collectifs.15 REVENDICATIONS1. Elément de construction (1) comprenant une ossature (10) et au moins un évidement intérieur (15) dans lequel est disposé une matière isolante (2), caractérisé en ce que la matière isolante (2) comprend : un coulis de ciment (20) comprenant : un premier ciment (21) à base de clinker ; un second ciment (22) sulfo-alumineux ; un accélérateur de prise (25) du ciment ; un plastifiant ou superplastifiant (26) ; et de l'eau (27), et une mousse (30) comprenant de l'eau (32), de l'air (33) et un agent moussant (31). 2. Elément de construction (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coulis de ciment (20) comprend en pourcent par rapport à la masse totale de coulis de ciment (20) : 50 à 80 % dudit premier ciment (21) ; 1 à 20% dudit second ciment (22) ; 1 à 7% dudit accélérateur de prise (25) du ciment ; 0,1 à 5% dudit plastifiant ou superplastifiant (26) ; et 10 à 30% d'eau (27). 3. Elément de construction (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la mousse (30) comprend en pourcent par rapport à la masse totale de mousse (30) : 0,1 à 0,3 % d'agent moussant (31) ; 7 à 8 % d'eau (32) ; et 90 à 92 % d'air comprimé (33). 4. Elément de construction (1) selon l'une des revendications 1 à 3,caractérisé en ce que la matière isolante (2) présente une densité comprise entre 50 et 200 kg/m3. 5. Elément de construction (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la matière isolante (2) présente une conductivité thermique (À) comprise entre 0,03 et 0,2 W/m.K . 6. Elément de construction (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite ossature (10) est à base de béton de granulats lourds, à base de béton de granulats courants ou légers, à base de béton cellulaire ou bien à base de terre cuite. 7. Procédé de fabrication d'un élément de construction (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - mélanger un premier ciment (21) et un deuxième ciment (22) pour obtenir un troisième ciment (23) ; - ajouter de l'eau (27) au troisième ciment (23) pour obtenir un premier coulis de ciment (24) ; - ajouter un accélérateur (25) de prise du ciment, un plastifiant ou un superplastifiant (26) au premier coulis de ciment (24) pour obtenir un deuxième coulis de ciment (20) ; - préparer une mousse fluide (30) en mélangeant un agent moussant (31) à de l'eau (32) et de l'air (33) ; - brasser le deuxième coulis de ciment (20) avec la mousse fluide (30) pour obtenir la matière isolante (2) ; - injecter la matière isolante (2) dans au moins un évidement (15) de l'ossature (10) ; - prise de la matière isolante (2) dans ledit au moins un évidement (15). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de nivellement de la hauteur de matière isolante (2) par rapport à la hauteur de l'ossature (10). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape de nivellement est effectuée par ponçage ou sciage du surplus de matière isolante (2). 10. Matière isolante destinée à être disposée dans un élément de construction (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'elle comprend : un coulis de ciment (20) comprenant : un premier ciment (21) à base de clinker ; un second ciment (22) sulfo-alumineux ; un accélérateur de prise (25) du ciment ; un plastifiant ou superplastifiant (26) ; et de l'eau (27), et une mousse (30) comprenant de l'eau (32), de l'air (33) et un agent moussant (31).