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Lʼutilisation de la cellulose pour lʼisolation des bâtiments était très répandue dans les pays industrialisés occidentaux dans les années 1970, lorsque la demande de matériaux dʼisolation thermique bon marché a augmenté, notamment aux États-Unis, en raison de la hausse du prix du mazout. En Suisse, lʼisolation est utilisée depuis les années 80. Cependant, le matériau dʼisolation naturel a longtemps été un produit de niche. Cela a changé ces dernières années. Le volume des ventes a fortement augmenté. Selon une analyse de marché de la société de conseil interconnexion Consulting, le marché suisse de lʼisolation thermique a connu une croissance de 4,2 % en 2019 et a généré un volume de ventes de 330 millions de francs suisses. En matière de valeur, la laine minérale (42,3 % des parts) et les mousses rigides de polyuréthane (15,4 %) sont actuellement les produits qui connaissent la plus forte croissance. Avec 7,8 %, la part de marché de la cellulose et des autres matériaux en fibres naturelles (à lʼexception des fibres de bois) est relativement modeste. Toutefois, par rapport à dʼautres marchés, comme lʼAllemagne où la part nʼest que de 1,8 %, les matériaux dʼisolation alternatifs sont assez populaires en Suisse. Le principal moteur de croissance est lʼindustrie de la construction en bois, qui bénéficie des changements apportés à la protection contre les incendies. Comme les matériaux isolants en fibres de papier sont principalement utilisés dans cette branche, les ventes ont augmenté après lʼentrée en vigueur de nouvelles réglementations: en 2005, par exemple, la construction de bâtiments en bois à plusieurs étages a été rendue possible; puis avec la révision de 2015, le législateur a autorisé le bois pour toutes les catégories de bâtiments.
Un matériau dʼisolation des plus durables
La gamme dʼapplications des flocons de cellulose comprend les cavités des toits, des murs et des plafonds. Le matériau isolant est produit à partir de journaux triés, qui sont pré-broyés en flocons dans des processus mécaniques, mélangés avec des retardateurs de flamme, broyés, imprégnés et enfin détachés et compactés. La proportion de déchets de papier dans le produit fini varie de 75 à 90 %, selon le fournisseur. Les fibres de pâte à papier ont une faible conductivité thermique et offrent une très bonne isolation thermique en été. En outre, la cellulose est peu coûteuse. Selon une liste publiée par le portail de consultation Energieheld Schweiz, la cellulose a lʼun des prix au mètre carré le plus bas après la fibre de bois, il est tout aussi bon marché que le polystyrène expansé. Mais cʼest le matériau qui obtient le meilleur score dans lʼanalyse du cycle de vie: aucun autre matériau dʼisolation nʼa un taux de recyclage plus élevé et un contenu en énergie primaire plus faible, ce qui en fait le plus durable de tous les matériaux dʼisolation dans le secteur du bâtiment. Comme le processus de défibrage est très simple et que le papier ne développe pas beaucoup de résistance, sa fabrication nécessite peu dʼénergie, explique Michel Alder, directeur général du fabricant Isofloc AG. Selon la base de données KBOB pour les bâtiments publics, lʼentreprise, fondée en 1980 et basée à Bütschwil à Saint-Gall, en Suisse, est le fournisseur du produit d’isolation la plus durable du pays. Lʼisolation à base de papier est lʼun de ses principaux produits, avec une part des ventes de 60 à 70 %.
Problème de régulation
Le patron de lʼentreprise, M. Alder, confirme la demande croissante de cellulose sur le marché. Afin de pouvoir continuer à les servir, Isofloc sʼest associé avec le Laboratoire fédéral dʼessai des matériaux et de recherche (Empa) dans un projet industriel Innosuisse de deux ans. Lʼobjectif étant de développer un matériau dʼisolation par soufflage indéformable et ignifuge, fabriqué à partir de vieux papiers, pour la construction dʼéléments préfabriqués en bois. Pour cela, il fallait trouver un liant qui remplisse les conditions limites: Il devait être non toxique, peu coûteux et disponible en grande quantité. Il a également fallu mettre au point un procédé de liaison, car les flocons devaient bien sʼécouler lorsquʼils étaient soufflés, mais devaient adhérer fermement dans la cavité. Le chimiste des polymères Thomas Geiger du Laboratoire de recherche sur la cellulose et les matériaux en bois de lʼEmpa explique pourquoi le colmatage est si important: «Les flocons de vieux papier sont remplis dans des conteneurs en bois préfabriqués qui sont ensuite fermés en vissant une contre-plaque en bois, ce qui provoque une légère compression du matériau et lui confère ainsi une certaine stabilité intrinsèque. Cependant, le processus dʼinstallation, de chargement et de transport provoque des vibrations sur ces murs complets. Et, il peut arriver que le remplissage en écailles sʼassemble facilement, cʼest-à-dire quʼil sʼenfonce un peu et que de nouvelles cavités se créent dans lʼélément de construction en bois».
Stabilité dimensionnelle par collage
Le processus de compactage du matériau de remplissage est appelé tassement. Le projet visait à prévenir cette situation. Le contexte était d’obtenir de meilleurs classes feux. «Les compartiments sont remplis avec le matériau dʼisolation. Cependant, si le tassement se produit pendant la production, le feu a un effet de cheminée, ce qui permet à plus dʼoxygène de pénétrer et de sʼenflammer», explique T. Geiger. « Si, toutefois, la structure est renforcée avec du liant de telle sorte que le remplissage reste stable et sans formation de cavités dans le compartiment, jusquʼà lʼassemblage final de lʼélément, alors en cas dʼincendie il nʼy a pas de cavités, donc plus dʼeffet de cheminée et, dans une certaine mesure, une protection contre la propagation de lʼincendie ». La tâche de Thomas Geiger et ses collègues de laboratoire était de trouver une substance appropriée. Dans une série dʼexpériences, environ 40 additifs différents ont été testés. Lors dʼessais de collage à lʼEmpa et dʼessais pilotes dans la halle de production de Bütschwil, une substance de lʼindustrie alimentaire a finalement montré la propriété souhaitée, à savoir une liaison fiable entre la structure de la cellulose même en cas dʼincendie. Enfin, les flocons ont été soufflés dans des cadres en bois dʼessai et exposé à une flamme pouvant atteindre 1000°C pendant une heure dans le laboratoire dʼincendie, avec pour résultat que le nouvel isolant a résisté au test de résistance au feu. La substance exacte impliquée reste pour lʼinstant un secret de fabrication.
Modifier le processus dʼinjection
Le directeur général dʼIsofloc, M. Alder, est très satisfait du résultat: «Le liant garantit que le cube de fibres reste dans le compartiment, ce qui permet dʼobtenir une liaison sûre. Cela signifie que le matériau dʼisolation reste à lʼintérieur de la construction comme un cube entier et assure une protection active contre lʼincendie». Le produit doit maintenant être développé en matière dʼapplication et de technologie des machines afin quʼil soit adapté à la production de masse, ce qui nécessite des tests technologiques sur des installations. Les techniciens en machines construisent actuellement une nouvelle génération de machines à souffler. Ici, le dosage du liant est important: «pendant lʼinjection du produit cellulosique standard, le liant doit être injecté en même temps à lʼentrée de la buse dʼinjection afin quʼune liaison soit créée entre la structure du bois et la cellulose», explique M. Alder. Les concepteurs travaillent actuellement à sa mise au point. Le principal défi est que les buses pulvérisent toujours la même quantité dʼadhésif sur le matériau dʼisolation en vrac.
Stabilité grâce à la construction de logements en bois
Michel Alder espère que le nouveau développement rendra lʼapplication dix à quinze pour cent plus économique, en particulier dans le secteur en pleine croissance de la construction résidentielle à plusieurs étages. Il est certain que le nouveau produit constituera une étape importante et générera une croissance supplémentaire à deux chiffres. Isofloc coopère déjà avec de grandes entreprises de construction en bois. Pour le projet «Sue & Til» à Winterthur, qui sʼest achevé en 2018 – le plus grand lotissement de construction en bois de Suisse à ce jour – Isofloc a rempli les éléments du toit et des murs dʼune isolation en cellulose. Et aussi dans le projet de construction «Lokstadt» dans la même ville, lʼentreprise isolera un bâtiment résidentiel avec des déchets de papier. La tendance à la construction durable est alimentée par le débat actuel sur le climat. Thomas Geiger est convaincu quʼelle conduira finalement à un changement de mentalité. «Les matériaux naturels et durables qui sortent de certains cycles et sont neutres en matière de CO2 sont de plus en plus problématiques. Et nous sommes en bonne voie pour y parvenir. Le flocon de papier est une véritable alternative aux produits dʼisolation à base de pétrole », explique le spécialiste de lʼEmpa, qui ajoute: « Si lʼon considère lʼensemble du processus, de lʼindustrie de lʼarbre à la production de cellulose, en passant par lʼutilisation et le recyclage du papier, on obtient un cycle qui est vraiment durable. Et comme matériau dʼisolation, les déchets de papier restent dans le bâtiment pendant très longtemps, parfois plus de 50 ans, jusquʼà ce que le bâtiment soit démoli, transformé ou rénové ».