Plastiques et bâtiment, l’incarnation de la haute technologie

Depuis leur apparition dans le secteur du bâtiment, les polymères en ont vu de toutes les couleurs. Considérés comme le summum de la modernité dans les années 1960, ils s’affichaient alors crânement. Aujourd’hui, s’ils se font plus discrets, ils ont néanmoins gagné en efficacité, notamment dans le domaine énergétique.

1960’s : les polymères, un must de la modernité

A la fin des années 1960, les plastiques étaient très perçus comme des matériaux résolument hi-tech. Pour certains, la fameuse utopie plastique annonçait la mise au rancart de matières dites traditionnelles, notamment le bois ou le verre, et l’avenir allait leur donner partiellement raison. La vision de certains architectes était carrément futuriste. Peut-être un peu trop… C’est le cas de Matti Suuronen, un architecte-designer finlandais qui allait sortir de l’anonymat en 1968 en concevant la première maison en plastique, la Futuro House. Inspirée des OVNI, très en vogue en cette période de conquête spatiale, cette bâtisse prenait la forme d’une sorte de galette de 36 mètres carrés et de 4 mètres de haut. Conçue en polyester renforcé de fibres de verre, elle était équipée de meubles eux aussi en plastique. Le succès fut aussi inattendu qu’immédiat. La facilité de mise en œuvre d’un polymère comme le polyester permit au prototype d’être rapidement industrialisé. Une bonne centaine d’exemplaires furent produits, déclinés en différentes couleurs alors à la mode, comme le jaune ou l’orange. Plus que jamais, les matières plastique étaient le symbole d’un monde moderne et facile à vivre… Hélas, leur forte connotation flower power et la crise pétrolière des années 1970 sonnèrent le glas de la Futuro.

La Futuro House symbolise à elle toute seule l’utopie plastique des années 1960 ainsi que le flower power. Cette maison en plastique était alors perçue comme la quintessence du modernisme.   Il faudra attendre une quarantaine d’années pour voir de nouveau sortir de terre des maisons en plastique. La société Green Magic Homes, une entreprise américaine de construction de maisons individuelles, propose des habitations identiques à celles des fameux Hobbits du Seigneur des anneaux. Commercialisées notamment en kit, ces maisons originales sont constituées d’une armature en polyester renforcée par différentes fibres qu’il suffit ensuite de recouvrir de terre végétale pour en faire un vrai terrier. Non toxique, cette structure est aussi résistante à l’eau et au feu. Le fabricant propose même différentes teintes de façade (couleur pierre ou sable par exemple) pour qu’elles se fondent encore mieux dans le paysage. Modules préfabriqués obligent, il suffit d’une petite semaine pour installer une maison de trois chambres. Enfin, et c’est certainement l’un de ses atouts principaux, la double couche constituée à la fois du polymère et de terre en fait un excellent isolant.

Vivre comme Bilbo le Hobbit n’a plus rien du fantasme. Grâce à leur structure en polyester renforcé de fibres de verre, les Green Magic Homes sont conçues pour être enterrées.   Isolation : les polymères tout en finesse S’il est un domaine dans lequel les plastiques n’ont plus grand-chose à prouver, c’est bien celui de l’isolation tant phonique que thermique. Dans le premier cas, c’est la mousse de polyuréthane qui remporte tous les suffrages. Matériau connu depuis maintenant quelques décennies, il est encore aujourd’hui irremplaçable ou du moins inégalé, tant pour ses formidables capacités isolantes que pour sa facilité de pose et son coût relativement faible. Pour isoler thermiquement un bâtiment, les méthodes sont nombreuses : fenêtres à double voire triple vitrage, chasse aux ponts thermiques et bonne isolation. Celle-ci va du torchis revisité aux matériaux polymères déjà anciens, comme les polystyrènes expansés ou extrudés, ou encore résolument modernes, comme le Neopor©, un matériau révolutionnaire développé par le chimiste allemand BASF. Pour faire simple, il s’agit d’un dérivé de son cousin le polystyrène expansé enrichi de graphite. Grâce aux polymères, l’isolation des immeubles en réhabilitation a progressé à grands pas. Elle est désormais envisageable à partir de l’extérieur, et donc sans diminuer la surface des pièces à vivre.

Il est aujourd’hui parmi les matériaux les plus isolants du marché. Une performance qui repose sur les particules de graphite qui réfléchissent le rayonnement thermique comme un miroir, diminuant ainsi leur déperdition. C’est pourquoi, avec moins de matière première, il a une capacité d’isolation équivalente à celle d’autres matériaux six fois plus épais, comme la laine de roche par exemple. Autre avantage, il peut se poser aussi bien à l’intérieur qu’à l’extérieur. Ainsi, il a réussi en quelques années à s’imposer dans le cadre de réhabilitations comme dans celui de constructions neuves, et plus particulièrement lorsqu’elles sont passives. De plus, il est totalement recyclable, et sa fabrication limite l’émission de gaz à effet de serre puisqu’il se compose à 98% d’air, le reste étant constitué de billes de matière expansées par injection de vapeur d’eau.

Des films polymères pour garder la tête au frais

Si l’amélioration de la performance énergétique d’un immeuble passe en premier lieu par l’isolation des murs et des toitures ainsi que par la pose systématique de vitrage à épaisseur multiple, notre monde révèle bien des paradoxes. En effet, les immeubles modernes, très bien isolés du froid, sont souvent équipés de systèmes de climatisation peu économes en matière d’énergie pour garantir fraîcheur aux occupants. Depuis des années déjà, il existe des films de polyester ou de PET qui peuvent être métallisés pour un effet miroir et qui se collent sur les fenêtres. Ils permettent de renvoyer la lumière et la chaleur et font souvent barrage aux UV. Ils sont assez efficaces, mais lorsque la température frôle les 30 °C, le « relais climatisation » est généralement indispensable.

Les applications du film polymère à poser sur les fenêtres, conçu par le MIT, semblent infinies… Certes, il est encore au stade de recherche, mais si les promesses sont tenues, il sera capable de faire baisser la température de plusieurs degrés dans un appartement ou un bureau.

On estime aujourd’hui qu’environ 1,6 milliard de climatiseurs sont installés à travers le monde et que, chaque année, sont vendus 135 millions de climatiseurs supplémentaires. Selon un rapport de l’Agence internationale de l’énergie, la demande en électricité due à la climatisation va plus que tripler d’ici 2050. Concrètement, si les choses n’évoluent pas, il faudra alors produire autant d’électricité que la Chine en consomme actuellement pour alimenter tous les climatiseurs présents dans le monde. Ces machines émettront également 1 milliard de tonnes par an de CO2, soit autant que les émissions du continent africain. Des chercheurs américains du MIT viennent de mettre au point un nouveau type de film transparent qui s’applique sur les fenêtres et qui serait capable de « rejeter » 70% de la chaleur, donnant lieu à une baisse de la température de l’ordre de 9 °C. Ces chercheurs ont utilisé un polymère déjà bien connu pour ses propriétés thermochromiques au nom imprononçable de poly(N-isopropylacrylamide)-2-Aminoethylmethacrylate hydrochloride, une matière qui change de couleur quand la température augmente. En fait, ce polymère avait déjà fait la preuve de son efficacité pour filtrer la lumière, cependant la petite taille de ses molécules laissait passer les rayons infrarouges responsables de la chaleur. Toute l’ingéniosité des chercheurs du MIT a consisté à augmenter la taille des molécules sans dénaturer le polymère. Plus grosses, les molécules font barrage aux infrarouges et, donc, à la chaleur. 

Les coussins composés de films d’ETFE qui ornent avec élégance le Media Tic à Barcelone n’ont pas qu’un rôle décoratif. Sous l’effet de la chaleur, ils se gonflent et bloquent ainsi les rayons lumineux. De quoi garantir un peu plus de fraîcheur aux occupants…

Des coussins de plastique pour faire barrage à la chaleur L’éthylène tétrafluoroéthylène, mieux connu sous le nom d’ETFE, a réussi en peu de temps à s’imposer sur de nombreux bâtiments. Nous lui avons d’ailleurs consacré une large place l’été dernier dans un article consacré aux stades de football … Il est vrai que ce polymère a quelque chose de magique : outre sa résistance et sa facilité de recyclage, il est capable d’habiller avec élégance et transparence n’importe quel bâtiment.

A Barcelone en Espagne, les architectes du Media Tic, un immeuble de bureaux, ont conçu un bardage composé d’un assemblage de coussins d’ETFE. Munis de capteurs de lumière, ils se gonflent, à la manière d’une chambre à air, en fonction de la luminosité, et donc de la chaleur. En enflant, les enveloppes des coussins se superposent et bloquent les rayons lumineux. De plus, l’air emmagasiné joue un rôle d’isolant thermique et protège les occupants de la chaleur. Les architectes qui ont conçu ce système estiment que l’économie sur la climatisation serait de l’ordre de 20%, ce qui est considérable dans une région où il n’est pas rare de voir la température allégrement dépasser les 30 °C en été…

Ceci dit, recouvrir un bâtiment de plastique n’a rien d’original. Aux Etats-Unis, les constructions en bois sont monnaie courante, et les Américains y sont très attachés. C’est culturel ! S’il est joli, le bois a un grand défaut : il nécessite beaucoup d’entretien. Ainsi, nombre de maisons sont conçues avec un bardage généralement en ABS, un polymère ultra résistant qui peut prendre toutes les couleurs et qui imite à la perfection les veines du bois. Autre avantage, il est imputrescible, fongicide et recyclable. 

Des bétons enfin sobres grâce aux polymères

Difficile de se passer du béton, surtout pour construire d’imposants édifices… Pourtant, son impact environnemental est loin d’être neutre. Pour le produire, il faut du ciment, et ce dernier ne peut être fabriqué que dans des fours à très hautes températures (de l’ordre de 2 000 °C). De plus, pour remplir son rôle de liant, le ciment a besoin de très grandes quantités d’eau, une ressource qui n’est pas inépuisable… En ajoutant des fibres de polypropylène ou de polyamide dans le béton, les professionnels du bâtiment se sont aperçus que ce dernier était renforcé. Il gagne alors non seulement en souplesse mais il nécessite également moins d’eau pour être fabriqué puisque les fibres agissent comme un liant supplémentaire qui n’a pas besoin d’être hydraté. Le rapport eau/ciment passe ainsi de 0,45 à 0,60 pour un béton ordinaire à 0,30 à 0,40 pour un béton de ce type. Nommé BFUHP pour « béton fibré à ultra hautes performances », il se généralise notamment dans la construction de maisons individuelles.

Ce béton a permis d’ouvrir la voie à de nombreuses applications encore plus innovantes, et il en existe désormais qui laissent passer la lumière. Leur secret repose sur l’ajout d’un réseau de fibres optiques dans le matériau, le plus souvent en PMMA (polyméthacrylate de méthyle). Généralement moulés en usine dans des formes plus ou moins complexes, ces bétons se destinent encore principalement à l’habillage de bâtiment. Visuellement, c’est bluffant, puisqu’un tel bardage permet de laisser entrer la lumière la journée en se jouant des effets d’ombre. Dès que la nuit tombe, il devient comme phosphorescent et peut même se parer de différentes couleurs en fonction de celle de la source lumineuse.

Conçu par un architecte hongrois, le LiTraCon est un béton dans lequel ont été insérées des fibres optiques pour des effets de lumière impressionnants.

Les panneaux solaires gagnent des couleurs Pour une efficacité optimale, il faut incliner les panneaux solaires en silicium de 30° par rapport à l’horizontale. Une sacrée contrainte pour un architecte qui souhaite les intégrer dans un projet construction. Et puis, avec sa couleur noire, le panneau solaire n’est pas franchement esthétique…

Les panneaux solaires Wysips de Sunpartner sont efficaces même en position verticale. Leur grande originalité est de pouvoir être teintés pour mieux s’intégrer aux bâtiments. Une première !

Sunpartner, une jeune entreprise française, révolutionne le genre en créant des panneaux colorés efficaces en position verticale. Une prouesse technologique qui a tout de même nécessité le dépôt de 150 brevets ! Sunpartner s’appuie sur les cellules CIGS (cuivre, indium, gallium et sélénium) qui peuvent capter des électrons quelle que soit leur position par rapport au soleil. Cette technologie n’est pas nouvelle et a un rendement légèrement inférieur à celui du silicium. Elle est cependant relativement simple à fabriquer et s’étale, comme une encre, sur un support en verre ou en plastique. En revanche, jusqu’alors les cellules étaient également noires. Toute l’habileté de Sunpartner a été de trouver le moyen de les colorer sans qu’elles ne perdent de leur efficacité. Désormais, les panneaux solaires peuvent devenir des éléments décoratifs à part entière, mieux encore, ils deviennent invisibles. A tel point que Sunpartner les a baptisés « Wysips » pour « What you see is photovoltaïc surface ». « Ce que vous voyez est une surface photovoltaïque. » Tout est dit…