Un fabricant suisse, en collaboration avec des chercheurs, a mis au point un matériau isolant soufflé, indéformable et donc résistant au feu, fabriqué à partir de papier recyclé. Ce produit pourrait relancer l'utilisation de l'isolation en papier recyclé, les fibres de cellulose étant considérées comme particulièrement durables.
L'utilisation de la cellulose pour l'isolation des bâtiments s'est généralisée dans les pays industrialisés occidentaux dans les années 1970, notamment aux États-Unis, où la hausse des prix du fioul domestique a accru la demande de matériaux d'isolation thermique économiques. En Suisse, elle est utilisée comme isolant depuis les années 1980. Cependant, ce matériau isolant naturel est longtemps resté un produit de niche.
La situation a évolué ces dernières années. Les ventes ont connu une forte hausse. Selon une étude de marché du cabinet de conseil Interconnection Consulting, le marché suisse de l'isolation thermique a progressé de 4,2 % en 2019, générant un chiffre d'affaires de 330 millions de francs suisses. La laine minérale (42,3 % de part de marché) et les mousses rigides de polyuréthane (15,4 %) affichent actuellement la plus forte croissance en valeur. Avec 7,8 %, la part de marché de la cellulose et des autres fibres naturelles (hors fibres de bois) reste relativement modeste. Toutefois, comparés à d'autres marchés comme l'Allemagne, où cette part n'est que de 1,8 %, les matériaux d'isolation alternatifs jouissent d'une forte popularité en Suisse.
Le principal moteur de croissance est le secteur de la construction bois, qui bénéficie des évolutions de la réglementation en matière de sécurité incendie. L'utilisation prédominante de matériaux isolants à base de fibres de papier dans ce secteur a entraîné une hausse des ventes suite à la mise en œuvre de nouvelles réglementations : par exemple, la construction d'immeubles bois de plusieurs étages a été autorisée en 2005 ; et, avec la révision de 2015, le législateur a autorisé l'utilisation du bois pour toutes les catégories de bâtiments.
Matériau d'isolation le plus durable
Les flocons de cellulose servent à isoler les toitures, les murs et les plafonds creux. Ce matériau isolant est fabriqué à partir de papier journal trié, broyé mécaniquement en flocons, traité avec des retardateurs de flamme, broyé, imprégné, puis ameubli et compacté. Selon le fournisseur, la teneur en papier recyclé du produit fini varie de 75 à 90 %.
Les fibres de cellulose présentent une faible conductivité thermique et offrent une excellente protection contre la chaleur estivale. De plus, la cellulose est peu coûteuse. Selon un classement du portail suisse de conseil en énergie Energieheld, elle figure parmi les matériaux les moins chers au mètre carré après la fibre de bois et son prix est comparable à celui du polystyrène expansé.
Mais ce matériau se distingue par son empreinte environnementale exceptionnelle : aucun autre isolant n’affiche un taux de recyclage aussi élevé et une consommation d’énergie primaire aussi faible, ce qui en fait le plus durable de tous les isolants utilisés dans le bâtiment. « Grâce à la simplicité du procédé de fibrage et à la faible résistance du papier, sa production est peu énergivore », explique Michel Alder, directeur général du fabricant Isofloc AG. Selon la base de données KBOB pour les bâtiments publics, l’entreprise, fondée en 1980 et basée à Bütschwil (Saint-Gall), est le fournisseur du produit isolant le plus durable de Suisse. L’isolation à base de papier représente 60 à 70 % de son chiffre d’affaires et constitue l’un de ses produits phares.
Problème de mise en place
Le PDG, M. Alder, confirme la demande croissante du marché pour la cellulose. Afin de continuer à y répondre, Isofloc s'est associé aux Laboratoires fédéraux suisses pour la science et la technologie des matériaux (Empa) dans le cadre d'un projet industriel Innosuisse d'une durée de deux ans. L'objectif était de développer un isolant soufflé, dimensionnellement stable et résistant au feu, fabriqué à partir de papier recyclé et destiné à la construction préfabriquée en bois.
Pour cela, il a fallu trouver un liant répondant à deux exigences : il devait être non toxique, peu coûteux et disponible en grande quantité. Un procédé de liaison a également dû être mis au point, car les paillettes devaient pouvoir s’écouler facilement lors de leur insufflation, tout en adhérant fermement à l’intérieur de la cavité.
Thomas Geiger, chimiste des polymères au Laboratoire des matériaux cellulosiques et ligneux d'Empa, explique l'importance du collage : « Les flocons de papier recyclé sont insérés dans des compartiments en bois préfabriqués, puis scellés par vissage d'une plaque de renfort en bois. Ce procédé provoque une légère compression du matériau, lui conférant une certaine stabilité intrinsèque. Cependant, les opérations d'assemblage, de chargement et de transport soumettent ces parois à des vibrations. Celles-ci peuvent entraîner un léger tassement du remplissage en flocons, créant ainsi de nouveaux vides dans la structure en bois. »
Stabilité dimensionnelle par collage
Le processus de compactage du matériau de remplissage est appelé tassement. L'objectif principal du projet était d'empêcher ce phénomène afin d'améliorer la résistance au feu. « Les compartiments sont entièrement remplis de matériau isolant. Cependant, si un tassement se produit lors de la production, un effet de cheminée peut se créer en cas d'incendie, permettant à davantage d'oxygène de pénétrer et d'attiser les flammes », explique Geiger. « Mais si la structure est renforcée par un liant, de sorte que le remplissage reste stable et sans vides dans le compartiment jusqu'à l'assemblage complet de l'élément, il n'y a pas de vides en cas d'incendie, ce qui élimine l'effet de cheminée et assure une protection incendie efficace. »
La mission de Geiger, et celle de ses collègues du laboratoire, consistait à trouver une substance appropriée. Une quarantaine d'additifs différents furent testés au cours d'une série d'expériences. Finalement, une substance issue de l'industrie alimentaire démontra la propriété recherchée lors de tests d'adhérence menés à l'Empa et lors d'essais pilotes dans l'usine de Bütschwil : une liaison fiable avec la structure cellulosique, même en cas d'incendie.
Enfin, les flocons ont été soufflés dans des cadres en bois pour essais et exposés à une flamme atteignant 1 000 °C pendant une heure dans un laboratoire d'essais au feu. Le résultat : le nouvel isolant a résisté au test. Sa composition exacte reste pour l'instant un secret industriel.
Modification de la méthode d'injection
Le directeur général d'Isofloc, Alder, est très satisfait du résultat : « Le liant garantit que le cube de fibres reste à l'intérieur de la cavité et assure une liaison solide. Ainsi, le matériau isolant reste sous forme de cube entier dans la structure et offre une protection active contre l'incendie. »
Le produit doit désormais être perfectionné en termes d'application et de technologie des machines afin de permettre une production de masse, ce qui nécessite des essais d'ingénierie des installations. Les ingénieurs mécaniciens travaillent actuellement à la conception d'une nouvelle génération de machines de soufflage. Le dosage du liant est crucial : « Lors de l'application du produit cellulosique standard, le liant doit être injecté simultanément à l'entrée de la buse de soufflage pour créer une liaison entre la structure en bois et la cellulose », explique Alder.
Les ingénieurs travaillent actuellement à la mise au point du système. Le principal défi consiste à garantir que les buses pulvérisent toujours la même quantité d'adhésif sur le matériau isolant non fixé.
Un coup de pouce grâce à la construction de logements en bois
Michel Alder prévoit que cette innovation permettra de réaliser des économies d'échelle de 10 à 15 %, notamment dans le secteur en pleine expansion de la construction résidentielle à plusieurs étages. Il est convaincu que ce nouveau produit constituera une étape importante et générera une croissance à deux chiffres.
Isofloc collabore déjà avec de grandes entreprises de construction bois. Dans le projet « Sue & Til » à Winterthur, achevé en 2018 – le plus grand ensemble de logements à ossature bois de Suisse à ce jour – Isofloc a isolé la toiture et les murs avec de la ouate de cellulose. Dans le cadre du projet « Lokstadt » dans la même ville, l’entreprise isolera également un immeuble d’habitation avec du papier recyclé.
La tendance à la construction durable est alimentée par le débat actuel sur le climat. Thomas Geiger est convaincu qu'elle entraînera à terme un changement de mentalité. « Les matériaux naturels et durables, issus de cycles spécifiques et neutres , prennent une importance croissante. »
Et ils sont en bonne voie. Les flocons de papier constituent une véritable alternative aux isolants à base de pétrole, affirme le spécialiste d'Empa, qui ajoute : « Si l'on considère l'ensemble du processus, de l'exploitation forestière à la production de cellulose et à l'utilisation du papier, jusqu'au recyclage, on obtient un cycle véritablement durable. De plus, en tant que matériau isolant, le papier recyclé reste dans le bâtiment pendant très longtemps, potentiellement plus de 50 ans, jusqu'à sa démolition, sa rénovation ou son réaménagement. »
Antonio Suarez / 14 septembre 2020
