Brevet FR3126975A1 — publié le 20230317

L’invention a pour objet un élément de construction comprenant deux parois se faisant face de manière à ménager entre elles au moins une cavité, ladite au moins une cavité étant au moins partiellement remplie par un matériau isolant comprenant des flocons de laine minérale ou végétale ou des matériaux cellulosiques, liés par un liant minéral durci. Elément de construction isolant L’invention se rapporte au domaine du bâtiment. Elle concerne plus particulièrement l’obtention d’éléments de construction ayant de bonnes propriétés d’isolation thermique. Il est connu de remplir des cavités ménagées dans des éléments de construction, tels que des murs ou des parties de murs, à l’aide de matériaux isolants, comme de la laine minérale ou des mousses, inorganiques (par exemple des mousses de ciment) ou organiques (par exemple des mousses de polyuréthane). Ces différentes solutions ne sont toutefois pas dénuées d’inconvénients. Le remplissage des cavités par le matériau isolant n’est pas toujours homogène, conduisant à la création de ponts thermiques et donc à une dégradation des performances d’isolation thermique. Ces défauts d’homogénéité peuvent se produire avec le temps ou lors du transport des éléments de construction sur le chantier, lorsqu’il s’agit d’éléments préfabriqués. A titre d’exemples, les matériaux à base de laine minérale peuvent avoir tendance à se tasser, et l’on observe parfois un retrait des mousses inorganiques. Les mousses organiques présentent parfois une expansion mal contrôlée lors de la pose. Certaines solutions connues se prêtent en outre mal à l’automatisation. L’invention a pour but d’obvier à ces inconvénients en proposant une solution plus efficace, avec une mise en œuvre plus simple et plus rapide, éventuellement automatique. Pour ce faire, l’invention a pour objet un élément de construction comprenant deux parois se faisant face de manière à ménager entre elles au moins une cavité, ladite au moins une cavité étant au moins partiellement remplie par un matériau isolant comprenant des flocons de laine minérale ou végétale ou des matériaux cellulosiques, liés par un liant minéral durci. L’invention a aussi pour objet un procédé d’obtention d’un tel élément de construction, comprenant comprenant le mélange avec de l’eau d’une composition comprenant : - un liant minéral pulvérulent et - des flocons de laine minérale ou végétale ou des matériaux cellulosiques, puis le dépôt du mélange obtenu dans la cavité. L’utilisation d’une composition comprenant des flocons de laine minérale ou végétale ou des matériaux cellulosiques, et un liant minéral pulvérulent, pour isoler les cavités permet d’obvier aux inconvénients susmentionnés. L’invention permet d’assurer une bonne adhésion du matériau isolant aux parois (notamment, mais pas uniquement, aux parois en béton), une bonne cohésion du revêtement même pour les épaisseurs importantes généralement nécessitées par les performances isolantes visées, une bonne résistance à l’environnement et au vieillissement, ainsi que de bonnes propriétés mécaniques, notamment en compression, pour un impact carbone réduit et de bonnes propriétés d’isolation thermique. De préférence, au moins 50%, notamment au moins 60%, voire au moins 80%, et même de manière particulièrement préférée la totalité, du volume de la ou de chaque cavité est remplie par le matériau isolant. Après mélange de la composition avec de l’eau et durcissement du liant minéral, le matériau isolant obtenu comprend des flocons de laine minérale ou végétale, ou des matériaux cellulosiques, liés entre eux par un liant minéral durci. Le liant minéral pulvérulent présent dans la composition devient pâteux après mélange avec l’eau, avant de durcir. Le terme de « liant » couvre donc à la fois le liant pulvérulent présent dans la composition et le liant final durci dans le matériau isolant. Les détails qui suivent valent aussi bien pour la composition que pour le matériau isolant. De préférence, le matériau isolant comprend des flocons de laine minérale ou végétale liés par un liant minéral durci. De manière particulièrement préférée, le matériau isolant comprend des flocons de laine minérale liés par un liant minéral durci. La laine minérale est de préférence choisie parmi les laines de verre, les laines de laitier et les laines de roche. Les fibres de laine minérale ont de préférence une composition chimique comprenant 30 à 75% en poids de SiO 2 , 5 à 40% en poids de CaO+MgO, 0-20% en poids de Na 2 O+K 2 O, 0-30% en poids de Al 2 O 3 et 0-15% en poids de Fe 2 O 3 . L’utilisation de laine de verre permet généralement d’atteindre de meilleures performances d’isolation thermique, en particulier grâce à une masse volumique plus faible. La laine de verre est généralement formée par fusion électrique ou par flammes d’un mélange de matière premières pulvérulentes et de calcin (verre recyclé), puis fibrage, en particulier par centrifugation interne au moyen d’une assiette de fibrage. Les fibres de la laine de verre ont de préférence une composition chimique comprenant 50-75% SiO 2 , 12 à 20% Na 2 O+K 2 O, 5 à 20% CaO+MgO, 0-8%, notamment 0-3% Al 2 O 3 et 2 à 10% B 2 O 3 (les pourcentages étant en poids). Les laines de roche et de laitier sont quant à elles généralement formées par fusion en cubilot de matières premières sous forme de blocs et/ou de briquettes, ou encore par fusion électrique ou par brûleurs immergés de matières pulvérulentes, puis fibrage par centrifugation externe au moyens d’une pluralité de rotors. Les fibres de laine de roche ont de préférence une composition chimique comprenant 30-50% SiO 2 , 10-26% Al 2 O 3 , 15-40% CaO+MgO, 0-5% Na 2 O+K 2 O et 3-15% Fe 2 O 3 . Les fibres de laine de laitier ont de préférence une composition chimique comprenant 30-45% SiO 2 , 5-18% Al 2 O 3 , 30-60% CaO+MgO et 0-3% Na 2 O+K 2 O. Les pourcentages sont en poids. La laine minérale est généralement constituée de fibres vitreuses entremêlées. En règle générale la laine minérale employée ne contient pas de liant organique. Elle peut toutefois en contenir lorsque les flocons sont issus du recyclage de déchets de chantiers ou d’usine, par exemple obtenus par broyage de panneaux de laine minérale. Les flocons peuvent être des flocons de laine à souffler, qui ne contient normalement pas de liant organique, mais qui peut néanmoins contenir des additifs organiques, par exemple du type silicone ou agent antistatique. Ces additifs sont notamment pulvérisés sur la laine minérale au moment du fibrage. La laine végétale comprend des fibres végétales de préférence choisies dans le groupe constitué des fibres lignocellulosiques, des fibres cellulosiques et des fibres de coton. Les fibres lignocellulosiques sont de préférence choisies parmi les fibres de bois, les fibres de chanvre, les fibres de lin, les fibres de sisal, les fibres de coton, les fibres de jute, les fibres de coco, les fibres de raphia, les fibres d’abaca, la paille de céréales, la paille de riz et leurs mélanges. On entend par flocons des morceaux formés d’agglomérats (ou d’amas) de fibres enchevêtrées ayant une certaine taille ou dimension. Il est essentiel que la composition et le revêtement comprennent les fibres sous forme de flocons et non sous forme de fibres individuelles dispersées ou de fibres organisées sous forme de nappes, de grilles, de tissus ou de non-tissés, afin de pouvoir atteindre de bonnes propriétés d’isolation thermique. Le matériau isolant se distingue donc d’un enduit ou mortier renforcé par des fibres, qui ne présente pas de propriétés isolantes. Les flocons de laine minérale ou végétale, dans la composition et/ou le revêtement, ont de préférence une taille comprise entre 1 et 10 cm, notamment entre 2 et 8 cm, voire entre 3 et 7 cm. Des flocons de trop petite taille conduisent à des revêtements plus denses, et donc moins isolants thermiquement. L’obtention des flocons et le réglage de leur taille peuvent notamment être réalisés au moyen d’une cardeuse. Les flocons peuvent être plus gros dans la composition, dans le cas où la machine de projection est apte à réduire leur taille avant projection. Le liant minéral pulvérulent est de préférence un liant hydraulique. Dans le matériau isolant final, le liant minéral est alors obtenu par durcissement d’un liant hydraulique. Le liant hydraulique est de préférence choisi dans le groupe formé par les ciments Portland, les ciments bélitiques, les ciments alumineux, les ciments sulfoalumineux, les ciments de mélanges pouzzolaniques, les laitiers, les cendres volantes, les métakaolins, la chaux hydraulique, les sources de sulfate de calcium et les mélanges de deux ou plus de ces liants hydrauliques. La source de sulfate de calcium est notamment choisie parmi le gypse, l’anhydrite, l’hémihydrate et leurs mélanges. Le liant peut notamment être constitué de ciment Portland, notamment de type CEM I ou CEM II. Selon un autre mode de réalisation, le liant comprend (notamment consiste en) un mélange de ciment Portland et d’une source de sulfate de calcium. La présence d’une source de sulfate de calcium permet en particulier d’améliorer les propriétés de résistance au feu et d’accélérer la prise du liant. Son impact carbone est en outre réduit par rapport au ciment Portland. La proportion de source de sulfate de calcium dans ce liant est de préférence comprise entre 2 et 20% en poids, notamment entre 5 et 15% en poids. Selon un autre mode de réalisation, le liant comprend (notamment consiste en) un mélange de ciment sulfoalumineux et d’une source de sulfate de calcium. Le liant comprend alors de préférence un accélérateur de prise, par exemple un sel de lithium. La proportion de source de sulfate de calcium dans ce liant est de préférence comprise entre 2 et 20% en poids, notamment entre 5 et 15% en poids. Selon encore un autre mode de réalisation, le liant comprend (ou consiste en) un mélange de ciment Portland, de ciment alumineux et d’une source de sulfate de calcium. Le liant peut aussi comprendre un accélérateur de prise, par exemple un sel de lithium. Un tel liant permet de finaliser le durcissement plus rapidement. Dans ce mode de réalisation, les proportions pondérales des constituants dans le liant sont de préférence les suivantes : 65 à 90% de ciment Portland, 5 à 20% de ciment alumineux et 2 à 15% d’une source de sulfate de calcium. De manière générale, la présence de ciment Portland permet d’atteindre de bonnes performances mécaniques, notamment en termes de résistance à la compression, et permet en outre d’atteindre des pH élevés qui se sont révélés favoriser l’efficacité des agents hydrofuges. L’ajout d’une source de chaux aux liants susmentionnés s’est également révélée bénéfique à cet égard. Le liant peut aussi consister en une source de sulfate de calcium, permettant d’obtenir de bonnes propriétés de résistance au feu, mais au détriment des propriétés mécaniques et d’isolation thermique. Alternativement, le liant minéral peut être un liant argileux. La composition (et donc le matériau isolant) peut comprendre d’autres constituants. Elle peut notamment comprendre des charges allégeantes, en particulier choisies parmi la perlite, la vermiculite, les billes de verre expansé, les billes de polystyrène expansé, les cénosphères, les silicates expansés, les aérogels et leurs mélanges. La composition comprend avantageusement des poudres de polymère redispersables. Le polymère est de préférence basé sur un ou plusieurs monomères choisis parmi les esters vinyliques (en particulier les esters vinyliques d’acides carboxyliques en C1-C15 tel que l’acétate de vinyle), les (méth)acrylates (notamment d’alcools en C1-C10), les aromatiques vinyliques, les alcènes (par exemple l’éthylène), les diènes et les halogénures de vinyle. Ces polymères permettent d’améliorer la résistance mécanique du matériau isolant, sans affecter ses propriétés d’isolation thermique. Le matériau isolant comprend donc de préférence un tel polymère. La composition (et donc le matériau isolant) comprend avantageusement des agents épaississants, qui permettent également d’améliorer la résistance mécanique du matériau isolant sans affecter ses propriétés d’isolation thermique, et d’obtenir une meilleure cohésion. L’agent épaississant est de préférence un éther de cellulose. La composition (et donc le matériau isolant) peut également comprendre des tensioactifs, en particulier afin de faciliter le mouillage des fibres par l’eau durant la mise en œuvre du procédé de dépôt du revêtement. Un tensioactif avantageux est notamment le dodécylsulfate de sodium. La composition (et donc le matériau isolant) peut en outre comprendre des huiles minérales ou végétales, afin de réduire les émissions de poussières, en particulier lorsque le liant contient une source de sulfate de calcium comme le gypse. La teneur pondérale en laine minérale ou végétale ou en matériaux cellulosiques est de préférence comprise entre 50 et 90%, notamment entre 55 et 85%, par rapport au poids cumulé de laine minérale ou végétale ou de matériaux cellulosiques et de liant minéral, voire par rapport au poids total de la composition ou du matériau isolant. Compte tenu de la faible densité des flocons de laine minérale ou végétale par rapport au liant, la laine minérale ou végétale est très nettement majoritaire en volume, permettant d’atteindre de bonnes propriétés d’isolation thermique. Dans la composition ou dans le matériau isolant, la teneur pondérale en liant minéral est de préférence comprise entre 10 et 50%, notamment entre 15 et 45%, par rapport au poids cumulé de laine minérale ou végétale ou de matériaux cellulosiques et de liant minéral, voire par rapport au poids total de la composition ou du matériau isolant. Dans le cas de la laine de laitier, la proportion massique de laine par rapport au liant varie de préférence de 70 :30 à 90 :10. Dans le cas de la laine de verre, la proportion massique de laine par rapport au liant varie de préférence de 50 :50 à 70 :30. La composition et/ou le matériau isolant comprennent de préférence 50 à 90% (notamment 55-85%) en poids de laine minérale (respectivement végétale), 10 à 50% (notamment 15-45%) en poids de liant minéral, par rapport au poids cumulé de laine minérale (respectivement végétale) et de liant minéral, voire par rapport au poids total de la composition ou du matériau isolant. La teneur totale en éventuels additifs est normalement inférieure à 40%, voire à 30% et même à 20% ou à 10%, ou supérieure à 0,1%, toujours rapportée au poids total de laine minérale ou végétale (ou de matériaux cellulosiques) et de liant minéral. Elle est de préférence d’au plus 5% pour les poudres de polymère redispersables et les épaississants, et d’au plus 2% pour les huiles. Dit autrement, la proportion pondérale totale de laine minérale ou végétale (ou de matériaux cellulosiques) et de liant minéral dans la composition ou le matériau isolant est de préférence d’au moins 70%, notamment d’au moins 80% et même d’au moins 90%. Les teneurs indiquées ci-avant valent aussi bien pour la composition que pour le matériau isolant. La composition est mélangée avec de l’eau et le mélange obtenu est ensuite déposé dans la cavité. Le dépôt du mélange est de préférence réalisé par projection. De préférence, la composition (généralement sous forme sèche) est acheminée vers une buse de projection, et l’eau est ajoutée au plus tôt à la sortie de la buse. On utilise avantageusement une machine de projection dotée d’un conduit central par lequel la composition est projetée, autour duquel est disposé au moins un orifice, notamment une pluralité d’orifices, par lequel ou lesquels l’eau est projetée. Le mélange de la composition et de l’eau est alors réalisé en sortie de buse, avant que le mélange n’atteigne la cavité. La quantité d’eau (en poids) par rapport à la quantité de composition est de préférence comprise entre 0,2 et 1,5, notamment entre 0,5 et 1,4, voire entre 0,7 et 1,2. La quantité d’eau doit être suffisante pour la prise et le durcissement du liant. Elle est à ajuster en tenant compte du fait que la laine minérale ou végétale va absorber une partie de l’eau. Si la quantité d’eau ajoutée est trop faible, la composition n’adhère pas suffisamment aux parois et se détache. Le débit total de matière sèche (laine minérale ou végétale, matériaux cellulosiques, liant minéral et éventuels additifs solides) est de préférence compris entre 1 et 10 kg/min, notamment entre 2 et 8 kg/min. Le débit d’eau est de préférence compris entre 5 et 10 l/min. La vitesse de dépôt est par exemple comprise entre 0,1 et 5 L/s, notamment entre 0,5 et 3 L/s, voire entre 0,8 et 1,5 L/s. La masse volumique du matériau isolant est de préférence comprise entre 20 et 250 kg/m 3 , notamment entre 50 et 200 kg/m 3 . La conductivité thermique du matériau isolant est de préférence comprise entre 35 et 60 mW/m.K. Lorsque la laine minérale est de la laine de roche ou de laitier, cette masse volumique est de préférence comprise entre 100 et 200 kg/m 3 , avec une conductivité thermique allant notamment de 37 à 60 mW/m.K. Lorsque la laine minérale est de la laine de verre, la masse volumique du matériau isolant est de préférence comprise entre 50 et 150 kg/m 3 , notamment entre 60 et 100 kg/m 3 , voire entre 65 et 85 kg/m 3 , pour des conductivités thermiques allant notamment de 35 à 40 mW/m.K. La résistance mécanique du matériau isolant est excellente, avec des résistances allant notamment de 5 à 20 kPa en traction, de 5 à 60 kPa en flexion (notamment de 40 à 60 kPa avec de la laine de laitier ou de roche) et de 20 à 110 kPa en compression (notamment de 90 à 110 kPa avec de la laine de laitier ou de roche). L’élément de construction est de préférence un mur ou une partie de mur. Les dimensions latérales de l’élément de construction sont de préférence comprises entre 15 cm et 3 m, notamment entre 20 cm et 2,5 m. A titre d’exemples, l’élément de construction, notamment le mur, peut avoir une longueur de 2 m et une hauteur de 2,5 m. L’épaisseur de la cavité (c’est-à-dire la distance séparant les parois) est de préférence comprise entre 5 et 50 cm, notamment entre 10 et 40 cm, voire entre 15 et 30 cm. L’élément de construction peut être fabriqué directement sur le site de construction du bâtiment. De manière préférée, l’élément de construction est toutefois un élément préfabriqué, destiné à être transporté vers le site de construction du bâtiment. L’excellente cohésion entre les parois et le matériau isolant permet d’une part de procéder au transport sans diminution des performances d’isolation thermique de l’élément (du fait de l’absence de tassement du matériau isolant) et d’autre part de procéder sur le site de construction à des étapes de découpe, avant assemblage. Les parois de l’élément de construction peuvent être constitués de différents matériaux, notamment de parpaings (briques, blocs, pierres, moellons etc…), de béton ou de mortier, ou encore de plâtre, de bois, de panneaux de particules orientées (OSB), de matériaux à base de terre crue etc. Les deux parois peuvent être constituées du même matériau, ou encore de matériaux différents. Les parois sont généralement planes et parallèles entre elles, mais d’autres géométries sont bien entendu possibles, en particulier lorsqu’elles sont obtenues par fabrication additive. Selon un mode de réalisation préféré, le dépôt du matériau isolant, notamment la projection du mélange, est réalisé dans une cavité déjà formée. Le procédé peut donc comprendre une étape préalable de construction des parois (donc avant dépôt du mélange dans la ou chaque cavité formée par lesdites parois). La construction des parois peut être réalisée par tous procédés connus. On peut citer à titres d’exemples le montage de parpaings (pierres, moellons, briques, blocs…) ou le coulage de parois de béton entre deux banches de coffrage. Dans un mode préféré, les parois sont construites par fabrication additive, aussi appelée « impression 3D », de mortier ou de béton. Cette technique permet en particulier d’obtenir des géométries très variées. Lorsque les parois sont en béton ou en mortier, le dépôt du matériau isolant peut être réalisé lorsque les parois sont encore à l’état frais, ou au contraire après durcissement. Dans le cadre de ce mode de réalisation, le dépôt peut être réalisé par l’ouverture ménagée par les parois se faisant face. Il est par exemple réalisé par au-dessus, les parois étant disposées verticalement. Alternativement, le dépôt peut être réalisé via au moins une ouverture réalisée dans au moins une des parois. Quel que soit le mode de réalisation, le dépôt du mélange, notamment la projection du mélange, est de préférence réalisé au moyen d’un robot, notamment est automatisé. La buse de projection est alors portée par un bras ou un portique mobiles et commandés par ordinateur. Ce mode est particulièrement préféré en combinaison avec une construction des parois par fabrication additive. Il est ainsi possible d’automatiser la totalité de la fabrication de l’élément de construction. Les exemples non-limitatifs qui suivent illustrent l’invention et ses avantages. Dans les exemples, la composition projetée comprenait 66,8% de flocons de laine de verre à souffler commercialisée par la Demanderesse sous la dénomination Comblissimo, 29,9% de ciment CEM I 52.5R, 3,3% d’hémihydrate, plus un ajout de 0,41% d’éther de cellulose (tylose) et de 1,66% d’huile minérale (pourcentages en poids). La laine à souffler comprenait de 0,1 à 0,4% d’agent hydrofuge (silicone), 1 à 2% d’huile minérale et 0,2% d’agent antistatique, ces agents étant dispersés sur les fibres. Dans une première série d’essais, la composition a été projetée de manière à remplir par le dessus des cavités délimitées par des parois de mortier imprimées par une technique de fabrication additive, de 20 cm de large, 20 cm de haut et 20 cm d’épaisseur. Le débit de matière sèche était de 2 à 2,5 kg/min et le débit d’eau de 5 à 5,5 L/min. Les matériaux isolants obtenus avaient des masses volumiques comprises selon les essais entre 65 et 85 kg/m 3 pour des conductivités thermiques allant de 37 à 70 mW/m.K. Les échantillons de matériaux isolants présentaient les propriétés mécaniques suivantes : - résistance à la compression : 26 kPa (pour une masse volumique de 65 kg/m 3 ) et 37 kPa (pour une masse volumique de 85 kg/m 3 ) - résistance à la traction : 11 kPa (pour une masse volumique de 65 kg/m 3 ) - résistance à la flexion : 6 kPa (pour une masse volumique de 65 kg/m 3 ) et 18 kPa (pour une masse volumique de 85 kg/m 3 ). Dans une deuxième série d’essais, la composition a été projetée dans des cavités délimitées par des parois en bois, de 1 m de large, 2 m de haut et 20 cm d’épaisseur, avec des débits de matière sèche de 3 à 3,5 kg/min et des débits d’eau de 5,0 à 6,0 L/min. Elément de construction comprenant deux parois se faisant face de manière à ménager entre elles au moins une cavité, ladite au moins une cavité étant au moins partiellement remplie par un matériau isolant comprenant des flocons de laine minérale ou végétale ou des matériaux cellulosiques, liés par un liant minéral durci. Elément de construction selon la revendication 1, dans lequel le matériau isolant comprend des flocons de laine minérale ou végétale liés par un liant minéral durci. Elément de construction selon la revendication précédente, dans lequel la laine minérale est choisie parmi les laines de verre, les laines de laitier et les laines de roche. Elément de construction selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les flocons de laine minérale ou végétale ont une taille comprise entre 1 et 10 cm. Elément de construction selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le liant minéral est obtenu par durcissement d’un liant hydraulique, notamment choisi dans le groupe formé par les ciments Portland, les ciments bélitiques, les ciments alumineux, les ciments sulfoalumineux, les ciments de mélanges pouzzolaniques, les laitiers, les cendres volantes, les métakaolins, la chaux hydraulique, les sources de sulfate de calcium et les mélanges de deux ou plus de ces liants hydrauliques. Elément de construction selon l’une des revendications précédentes, comprenant 50 à 90% en poids de laine minérale ou végétale ou de matériaux cellulosiques et 10 à 50% en poids de liant minéral, par rapport au poids cumulé de laine minérale ou végétale ou de matériaux cellulosiques et de liant minéral. Elément de construction selon l’une des revendications précédentes, qui est un mur ou une partie de mur. Procédé d’obtention d’un élément de construction selon l’une des revendications précédentes, comprenant le mélange avec de l’eau d’une composition comprenant : - un liant minéral pulvérulent et - des flocons de laine minérale ou végétale ou des matériaux cellulosiques, puis le dépôt du mélange obtenu dans la cavité. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le dépôt du mélange est réalisé par projection, la composition étant acheminée vers une buse de projection, et de l’eau étant ajoutée au plus tôt à la sortie de la buse. Procédé selon l’une des revendications 8 ou 9, dans lequel le dépôt du mélange est réalisé dans une cavité déjà formée. Procédé selon la revendication précédente, comprenant une étape préalable de construction des parois, en particulier par fabrication additive de mortier ou de béton. Procédé selon l’une des revendications 8 à 11, dans lequel le dépôt du mélange est réalisé au moyen d’un robot.