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Systèmes constructifs biosourcés : étude de cas

Quelle solution constructive favoriser pour intégrer les matériaux biosourcés ? Face au réchauffement climatique et à l’épuisement des ressources, l’utilisation de matières premières issues de la biomasse peut apporter des réponses au secteur de la construction. Ces matériaux permettent potentiellement de réduire certains impacts environnementaux, particulièrement l’impact sur le changement climatique. Cependant, pour comparer objectivement l’intérêt du recours à ces matériaux, il est nécessaire d’une part de les comparer aux alternatives traditionnelles pour un même usage et d’autre part de comparer qualitativement les différents types d’impacts environnementaux générés.

Le label « bâtiment biosourcé » (créé en 2012), atteste de la conformité de bâtiments nouveaux à intégrer un taux minimal de matériaux biosourcés dans leur construction. Le taux minimal d’incorporation de matière biosourcée du label, exprimé en kg/m² de surface de plancher conditionne l'atteinte des niveaux du label tout en laissant une certaine souplesse dans le choix des solutions techniques mises en œuvre. C’est dans ce cadre que nous avons réalisé une étude théorique pour deux bâtiments intégrant des matériaux biosourcés et en les confrontant à une version « traditionnelle ». La déclinaison du modèle d’étude en trois variantes nous permet de cibler le poids relatif des différentes solutions pour les indicateurs environnementaux définis par la méthodologie en ACV.

Les hypothèses

L’ouvrage retenu pour la comparaison des constructions est un bâtiment de logements collectifs en Seine et Marne. L’étude est réalisée pour une durée de vie du bâtiment de 50 ans. Le bâtiment a une surface de 2005 m² de surface de plancher en R+3. Le choix s’est porté sur ce petit collectif de faible hauteur pour sa représentativité et la possibilité de l’évaluer selon différents modes constructifs (les constructions à ossature bois dépassant rarement les R+3). Pour chacune des solutions, nous avons considéré que le rez-de-chaussée et la cage de circulation verticale étaient en béton et que les étages R+1 à R+3 étaient identiques.

Les variantes biosourcées étudiées sont un bâtiment à ossature bois associant une isolation en matériaux biosourcés ainsi qu’un bâtiment mixte (structure béton et façade non porteuse en ossature bois) intégrant des isolants biosourcés. La troisième version est un bâtiment en structure béton avec une isolation minérale.

Le périmètre

Le périmètre de l’étude comprend :

  • La structure : structure horizontale, verticale et charpente
  • L’enveloppe : isolation + couverture/étanchéité + fenêtres (vitrage + menuiserie)
  • L’aménagement : cloisonnements + revêtements intérieurs

Les fondations ont un impact non négligeable dans le bilan environnemental global. Ces dernières sont cependant très variables selon la portance des sols et n’ont pas été inclues dans le périmètre d’étude. Les équipements n’ont pas non plus été intégrés par manque de données.

Sans suprise, la construction à ossature bois ...

Il en ressort, à l’évidence, que les constructions intégrant des matériaux biosourcés ont un large avantage d’un point de vue environnemental. La construction à ossature bois se démarque nettement en ce qui concerne l’impact sur le changement climatique grâce à la capacité du bois à stocker du carbone et permet également de diminuer les prélèvements d’eau directement puisés dans les réserves naturelles.

Figure 1 : Comparaison en pourcentage des impacts environnementaux pour 2 bâtiments intégrant des matériaux biosourcés par rapport à une construction béton associée à une isolation traditionnelle

Energie : renouvelable ou fossile?

L’énergie primaire totale est quant à elle peu différente entre les 3 variantes. Elle représente la somme de toutes les sources d’énergie qui sont directement puisées dans les réserves naturelles, soit la somme des consommations d’énergie primaire renouvelable et non renouvelable sur l’ensemble du cycle de vie. C’est justement ce rapport entre énergie primaire renouvelable et énergie primaire non renouvelable, ou énergie grise au sens de l’ACV, qui varie fortement entre les trois variantes étudiées. Pour la construction en ossature bois et isolation en matériaux biosourcés, le rapport entre les deux énergies est quasiment égal. A l’inverse, la version en structure béton et isolation minérale consomme 12 fois plus d’énergie primaire non renouvelable que renouvelable.

Figure 2 : Energie primaire totale pour les 3 variantes (hors fondations et équipements)

Focus sur les isolants

En comparant la répartition de cette énergie grise sur les différents lots des bâtiments, il a été constaté que la part de l’isolation pour les trois variantes constructives étudiées était la même (entre 23% et 26%). Nous avons donc dans un deuxième temps évalué l’impact relatif des composants en déclinant l’étude à l’échelle de parois murales.

Le graphique compare la répartition de l’énergie grise pour 5 murs en ossature bois et isolation en paille ; laine de bois ; duo chanvre/lin ;   béton de chanvre ; ouate de cellulose avec un mur en béton et isolation extérieure en PSE et pour une résistance R=7 m2.K/W.

En isolant la quantité d’énergie grise contenue dans l’isolant de chaque paroi et l’énergie grise contenue dans la structure on constate que  le poids de l’isolation pour cet impact est non négligeable. Dans les murs à ossature bois, le choix de l’isolant est déterminante, la  ouate de cellulose semble la plus avantageuse du point de vue de l’énergie grise.

Pour aller plus loin...

Une certaine incertitude est à prendre en compte, les FDES utilisées n’étant pas toutes vérifiées. Les résultats ne sont valables que pour les hypothèses avancées. C’est pourquoi les impacts environnementaux ne sont considérés que comme des ordres de grandeur qui révèlent des tendances variables selon le projet, le périmètre d’étude, les sources et les hypothèses prises.

En élargissant les critères de choix, la solution mixte qui associe une structure béton à de l’isolation biosourcée parait la plus avantageuse car elle permet d’une part de réduire l’impact environnemental par rapport à une construction traditionnelle et d’autre part de s’affranchir des problèmes d’inertie liée à la construction en ossature bois.

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