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DÉPARTEMENT GÉNIE CIVIL Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’Ing

DÉPARTEMENT GÉNIE CIVIL Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’Ingénieur Option Génie Civil juin - septembre 2009  : Polytech’Clermont-Ferrand (anciennement CUST) - Département Génie Civil rue des Meuniers – BP 206 - F 63174 Aubière Cedex (France)  : Secrétariat : +33 (0)4 73 40 76 87 / 76 90 Scolarité : +33 (0)4 73 40 75 05  :+33 (0)4 73 40 75 10 - Mèl : dept.gc@polytech.univ-bpclermont.fr Bétons à propriétés d’isolation thermique améliorées Alexandre CADILHAC Alexandre CADILHAC Bétons à propriétés d’isolation thermique améliorées Page 2 sur 177 DÉPARTEMENT GÉNIE CIVIL Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’Ingénieur Option Génie Civil juin - septembre 2009  : Polytech’Clermont-Ferrand (anciennement CUST) - Département Génie Civil rue des Meuniers – BP 206 - F 63174 Aubière Cedex (France)  : Secrétariat : +33 (0)4 73 40 76 87 / 76 90 Scolarité : +33 (0)4 73 40 75 05  :+33 (0)4 73 40 75 10 - Mèl : dept.gc@polytech.univ-bpclermont.fr Bétons à propriétés d’isolation thermique améliorées Alexandre CADILHAC Alexandre CADILHAC Bétons à propriétés d’isolation thermique améliorées Page 3 sur 177 Remerciements Je tiens à remercier l’ensemble de la Direction des Ressources techniques et du Développement durable (DRD) de VINCI CONSTRUCTION FRANCE qui a su m’accompagner tout au long de mon stage. Ainsi, j’adresse un grand merci à : - M. Louis DEMILECAMPS, responsable de la DRD, pour m’avoir donné l’opportunité d’effectuer mon Projet de Recherche et Développement au sein de VINCI CONSTRUTION FRANCE. - M. François CUSSIGH, responsable du service béton, mon tuteur, qui a su répondre à toutes mes attentes au niveau de mon intégration au service et qui a pris plaisir à me faire découvrir son domaine, dans lequel il évolue depuis plusieurs années. Je tiens à souligner sa grande disponibilité et son aide précieuse. - M. Julien SEMENADISSE, ingénieur béton, pour tous les conseils qu’il a su m’apporter et le temps qu’il m’a consacré. - M. Bruno MARCONATO, responsable du service thermique et acoustique, pour l’intérêt qu’il a porté à mon travail tout au long de ces cinq mois. - M. Paul-Alexandre FRANCO et M. Nabil ABOUSSAID, pour leur aide lors de la partie expérimentale de mon étude. - Mme Pascale HAMANI, assistante de la DRD, pour son amabilité, sa sociabilité et pour tous les services rendus. - M. Alaa CHATEAUNEUF, mon tuteur Polytech’Clermont-Ferrand, pour ses conseils avisés. Alexandre CADILHAC Bétons à propriétés d’isolation thermique améliorées Page 4 sur 177 Bétons à propriétés thermiques améliorées Alexandre CADILHAC Polytech’Clermont-Ferrand (anciennement C/U/S/T) – Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur – Département Génie Civil – Juin 2009 – – Résumé – Dans un contexte de recherche d’économies d’énergie dans les bâtiments, l’utilisation de bétons à propriétés thermiques améliorées prend une importance significative. Déjà, au début du 20ième siècle, on commençait à se pencher sur des bétons légers. Le but visé était la diminution du poids des structures afin de pouvoir atteindre des hauteurs plus importantes. Aujourd’hui, c’est le comportement d’isolant thermique de ces bétons légers qui attire l’attention. Ils présentent un véritable intérêt afin d’anticiper les prochaines réglementations thermiques qui seront plus contraignantes comme le fait pressentir le dernier Grenelle de l’Environnement. La limitation des ponts thermiques est concernée. Ces points faibles de l’enveloppe du bâtiment, par lesquels s’écoule localement plus de chaleur, ont longtemps été laissés de côté. Le premier objectif de l’étude est de définir les raisons pour lesquelles l’utilisation d’un béton à propriétés thermiques améliorées est judicieuse. On s’attardera tout d’abord sur l’aspect réglementaire actuel (RT 2005), puis on essaiera d’anticiper les objectifs de la future réglementation (RT 2012). La notion de « garde-fou », ou de valeur limite de déperdition thermique sera développée. Dans un second temps, en utilisant un logiciel d’analyse thermique, on déterminera l’influence des différents paramètres susceptibles d’affecter la déperdition d’énergie propre à un pont thermique. Le second objectif concerne quant à lui le matériau béton. Il existe une multitude de méthodes afin d’obtenir des bétons à propriétés thermiques améliorées. Mais lesquels de ces bétons sont envisageables en termes de résistance mécanique, de pouvoir isolant et de coût ? Après avoir répondu à cette question, nous procéderons à la présentation, puis à l’analyse des essais réalisés en laboratoire. Le but étant de déterminer les critères ayant un impact sur la conductivité thermique du béton. La finalité est d’aboutir à un modèle permettant d’obtenir la conductivité thermique d’un béton à partir de sa composition. Mots-clés Réglementation – déperditions – pont thermique – isolation – conductivité thermique – béton – granulats légers VINCI CONSTRUCTION France Direction des Ressources techniques et du Développement durable 61 avenue Jules Quentin 92 000 Nanterre Travaux dirigés par M. François CUSSIGH – Responsable service béton Alexandre CADILHAC Bétons à propriétés d’isolation thermique améliorées Page 5 sur 177 Concretes with improved thermal properties Alexandre CADILHAC Polytech’Clermont-Ferrand (anciennement C/U/S/T) – Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur – Département Génie Civil – Juin 2009 – – Abstract – In a context of energy savings in buildings, the use of concrete with improved thermal properties is significant. Already in the early 20th century, engineers began to focus on lightweight concretes. The goal was to decrease the weight of the structure in order to achieve greater heights. Today, it’s the behavior of thermal insulation of the lightweight concrete that attracts attention. They have a genuine interest in order to anticipate future regulations which are restricting as can show the last Grenelle of Environment. Limitation of thermal bridges is concerned. These weakness of the building envelope, through which flows locally more heat, have been ignored during a long time. The first objective of the study is to determine the reason why the use of concrete with improved thermal properties is judicious. We will focus first on the current regulatory aspect (RT 2005) and then try to anticipate the goals of the future regulation (RT 2012). The concept of limit value of heat loss will be developed. In a second time, using a thermal analysis software, we will determine the influence of different parameters that affect the loss of energy due to thermal bridges. The second objective concerns the aspects of the material concrete. There are a multiple of methods to obtain concrete with improved thermal properties. But which of these concretes are conceivable in terms of strength, insulation and cost ? After answering this question, we will proceed with the presentation, then the analysis of the studies conducted in the laboratory. The goal is to determine the criteria that have an impact on the thermal conductivity of concrete. The aim is to achieve a model for obtaining the thermal conductivity of concrete from its composition. Mots-clés Regulation – losses – thermal bridge – insulation – thermal conductivity – concrete – lightweight aggregates VINCI CONSTRUCTION France Direction des Ressources techniques et du Développement durable 61 avenue Jules Quentin 92 000 Nanterre Travaux dirigés par M. François CUSSIGH – Responsable service béton Alexandre CADILHAC Bétons à propriétés d’isolation thermique améliorées Page 6 sur 177 Table des matières Remerciements ......................................................................................3 – Résumé – ........................................................................................................... 4 – Abstract – .......................................................................................................... 5 Table des matières .................................................................................6 Table des figures .................................................................................12 Introduction .........................................................................................16 1ère Partie : Etude bibliographique ......................................................... 17 I.1. Le matériau béton...................................................................18 I.1.1. Le ciment ......................................................................................... 18 I.1.2. Les granulats .................................................................................... 23 I.1.3. L’eau de gâchage ............................................................................. 25 I.1.4. Les adjuvants ................................................................................... 25 I.1.5. Facteurs d’étude et propriétés essentielles des bétons ..................... 27 I.1.6. Comportement du béton durci ......................................................... 28 I.2. Isolation thermique ................................................................30 I.2.1. Pourquoi isoler ? .............................................................................. 30 I.2.2. Fonctionnement des isolants ............................................................ 31 I.2.3. Qualité thermique d’un isolant ou d’un système isolant .................. 32 I.2.3.1. Conductivité thermique : coefficient λ (lambda) ....................................... 32 I.2.3.2. Résistance thermique (coefficient R) ........................................................ 33 Alexandre CADILHAC Bétons à propriétés d’isolation thermique améliorées Page 7 sur 177 I.2.3.3. Transmission calorifique (coefficient U, anciennement K) ....................... 33 I.3. Matériaux isolants utilisés pour la confection de bétons à propriétés d’isolation thermique améliorées ................................36 I.3.1. Isolants synthétiques (les polystyrènes) ........................................... 36 I.3.2. Isolants minéraux ............................................................................. 37 I.3.2.1. La perlite et la vermiculite ......................................................................... 37 I.3.2.2. L’argile expansée ....................................................................................... 38 I.3.3. Isolants végétaux .............................................................................. 39 I.3.3.1. Les granulats de bois minéralisé ................................................................ 39 I.3.3.2. Le liège expansé ........................................................................................ 40 I.3.3.3. Le chanvre ................................................................................................. 41 I.3.3.4. Un isolant innovant : le caoutchouc de pneus usagés ................................ 43 Bilan 1ère partie : Etude bibliographique .............................................45 Cheminement suivi lors de l’étude .....................................................46 2ème Partie : Un nouveau besoin dû à l’évolution de la réglementation ..................................................................................... 47 II.1. De nouvelles exigences .........................................................48 II.1.1. Vers la RT 2012 .............................................................................. 48 II.1.1.1. Situation actuelle et évolutions à venir… ................................................ 48 II.1.1.2. L’isolation, élément clé d’amélioration de la performance énergétique des bâtiments ................................................................................................................ 49 II.1.1.3. Importance de la conception du bâtiment ................................................ 50 II.1.1.4. Rupture de ponts thermiques de structure ................................................ 50 II.1.2. Ponts thermiques............................................................................. 52 II.1.2.1. Représentation des ponts thermiques ....................................................... 52 II.1.2.2. Méthode de calcul des ponts thermiques linéaires en 2D ........................ 54 II.1.2.3. Définition du contexte d’étude ................................................................. 54 II.1.3. La notion de garde-fous .................................................................. 55 II.1.4. Les rupteurs de uploads/Ingenierie_Lourd/ prd-redaction-final.pdf