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Vous êtes ici : Accueil > Technique > Mémoires > Papiers et cartons recyclés pour l'isolation des bâtiments Révision : 5 octobre 2016  
Papiers et cartons recyclés pour l'isolation des bâtiments
 
             Célia MARCHAND et Juliette FRANCILLON

Élèves ingénieurs 2e année
Mai 2016
Mise en ligne - Octobre 2016

Avertissement
Ce mémoire d'étudiants est une première approche du sujet traité dans un temps limité.
À ce titre, il ne peut être considéré comme une étude exhaustive comportant toutes les informations
et tous les acteurs concernés.

       
  Plan  
I - Introduction
II - Isolation des bâtiments, une obligation
III - Papiers et cartons recyclés
IV - Un avenir dans l'isolation des bâtiments ?
V - Conclusion
VI - Bibliographie-Webographie
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I - Introduction

Plan

   
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  Figure 1 - Biomatériaux et bâtiment  

Depuis quelques décennies déjà, les préoccupations environnementales prennent de l'ampleur : 2015 a été une année de négociations internationales avec la COP21. L’avenir doit être synonyme d’actions en faveur du changement. Les industries sont incitées à réduire leurs rejets aussi bien dans l’atmosphère que sur terre. Favoriser l'économie circulaire, offrir une seconde vie aux déchets et minimiser l’impact de nos modes de vie sont au cœur des problématiques suivantes : préserver les ressources de la planète, réduire l'empreinte carbone des activités humaines et tenter de réparer les dégâts causés par la révolution industrielle. Diverses notions – éco-conception, biomatériaux, bilan carbone, énergie verte... – sont apparues et se concrétisent désormais par des labels et des évolutions dans la façon de produire et aussi de construire.

Construire ou rénover une maison à l’aide de matériaux biosourcés, en générant un minimum d’émissions de gaz à effet de serre et de déchets, sans recourir ou presque aux énergies fossiles voire en produisant plus d’énergie verte qu’elle n’en consomme... les enjeux environnementaux et économiques sont de taille dans le secteur du bâtiment et l'isolation thermique y joue un rôle majeur.

Notre étude vise à analyser ce que valent les papiers et cartons recyclés en matière d’isolation des bâtiments. Plusieurs facteurs entrant en jeu – économiques, financiers, techniques, environnementaux et sécuritaires –, examinons dans un premier temps les fonctions remplies par les matériaux d’isolation et les propriétés requises ainsi que les normes et le marché. Après avoir mis en évidence les atouts et faiblesses des papiers et cartons recyclés, analysons ensuite le rôle qu'ils peuvent jouer dans le secteur de l'isolation des constructions, en tenant compte de l’existant et en envisageant les cas de figure possibles.

II - Isolation des bâtiments, une obligation

Plan

II-1 - Contexte

     
                Enveloppe thermique du bâtiment      
  Figure 2 - L'enveloppe thermique du bâtiment
[Observatoire des métiers du BTP]
 
     

II-1-1 - Marché de l'isolation

En 2014, un Français sur trois déclare que son logement est insuffisamment isolé. La part des ménages qui considèrent nécessaire d’entreprendre des travaux destinés à diminuer la consommation d’énergie chez eux est de 38 %.

     
                     
  Figure 3 - Types de travaux réalisés par les ménages
[Ademe]
 
     

Les pouvoirs publics s'emparent du problème et la rénovation énergétique des bâtiments devient obligatoire. En effet, la loi n°2015-992 du 17 août 2015 relative à la transition énergétique pour la croissance verte prévoit dans son article 3 que "La France se fixe comme objectif de rénover énergétiquement 500 000 logements par an à compter de 2017, dont au moins la moitié est occupée par des ménages aux revenus modestes, visant ainsi une baisse de 15 % de la précarité énergétique d'ici 2020". Elle précise également dans son article 14 : "L'utilisation des matériaux biosourcés concourt significativement au stockage de carbone atmosphérique et à la préservation des ressources naturelles. Elle est encouragée par les pouvoirs publics lors de la construction ou de la rénovation des bâtiments".

Une étude de Nomadéis publiée en 2012 sur le secteur et les filières de production des matériaux et produits bio-sourcés utilisés dans la construction, établit que le marché français de l’isolation représente un chiffre d’affaires de 1,5 milliard d’euros en 2011 et concerne une surface de 55 millions de m2 par an. La part de marché occupée par les matériaux biosourcés est comprise entre 6 et 8%. Ce sont des produits d’isolation par l’intérieur : de la matière en vrac, essentiellement de la ouate de cellulose, et des panneaux et rouleaux à base de ouate de cellulose, chanvre, lin, fibre de bois, laine de mouton et textile recyclé.

     
                     
  Tableau 1 - Répartition du marché de l'isolation rapportée France
[Nomadéis]
 
     

Selon l'Ademe, en 2011, 38 760 millions d’euros ont été engagés par les Français pour des travaux d’entretien et d’amélioration de leurs logements. Sur les 7 694 000 logements concernés, 2 533 000 ont fait l’objet d’une rénovation énergétique pour un montant de 13 490 millions d’euros HT, soit près de 35 % du marché de l’entretien amélioration.

     
                     
  Tableau 2 - Répartition des interventions
de rénovation énergétique en 2011
[Ademe]
 
     

Dans le domaine de la construction et de la rénovation de bâtiments, l'Ademe précise en 2015 que, hormis le bois, "les principaux produits biosourcés sont : la ouate de cellulose, le chanvre, le lin, la paille (de blé), la laine de mouton, les plumes de canard, les textiles recyclés (coton). Leur utilisation est encore peu développée dans le secteur du bâtiment. Ils trouvent leur application majoritairement dans le domaine de l’isolation thermique et acoustique et, pour le chanvre, dans la formulation de bétons (légers). Les isolants biosourcés représentent environ 5 % du marché de l’isolation (les isolants en fibre de bois assurant la moitié de cette part). Les produits biosourcés ont plusieurs intérêts : renouvelabilité, stockage de CO2, transformation et fabrication nécessitant peu d’énergie (contenu énergétique ou "énergie grise" faible), potentiel de production locale (régionale ou nationale) limitant les distances de transport, maintien ou création d’emplois locaux et ruraux".

Une étude de C&B Constructions et Bioressources publiée en 2013 souligne qu'au-delà de leurs atouts environnementaux, les matériaux de construction biosourcés disposent d’autres potentiels de développement. Un potentiel technologique : "les avancées scientifiques permettent d’envisager à court terme des ruptures technologiques susceptibles d’améliorernon seulement la performance énergétique des bâtiments, mais aussi leur confort et leur qualité sanitaire. Par des approches innovantes en termes notamment de fonctionnement thermique et hygrothermique, ces technologies sont en mesure d’apporter des réponses à des exigences telles que la performance énergétique, le confort d’été, la qualité de l’air intérieur ou la préservation des qualités intrinsèques des bâtiments anciens lors de leur rénovation thermique". Un potentiel économique : "le secteur du bâtiment a engagé une dynamique irréversible qui entraîne une demande de matériaux qui répond aux exigences de la construction durable. Cette dynamique s’accompagne de la volonté d’un nombre croissant d’acteurs, publics et privés, de surmonter les freins techniques, normatifs et réglementaires à l’utilisation des matériaux de construction biosourcés et de mettre en place des plans de développement. Cette tendance doit s’affirmer dans les années à venir avec la mise en place des futures réglementations".

En termes de coûts, pour Nomadéis en 2012, "en isolation par l’intérieur, seuls les prix de la ouate de cellulose sont aujourd’hui compétitifs face à ceux des laines de verre et laines de roche à pouvoir isolant égal".

     
                     
  Tableau 3 - Comparaison des prix des matériaux d'isolation rapportée par l'intérieur
[Nomadéis]
 
     

Le diagramme de Porter ci-dessous vise à mieux cerner les acteurs, les fournisseurs, les clients ainsi que les substituts concernés par notre étude. Le domaine de l’isolation est très encadré avec des acteurs et fournisseurs bien ancrés. Les papiers et cartons recyclés sont les nouveaux entrants dans ce milieu et viennent concurrencer les isolants classiques dits principaux et secondaires.

     
                Diagramme de Porter      
  Cliquer sur l'image pour l'agrandir
Figure 4 - Diagramme de Porter
 
     

II-1-2 - Réglementation

Le domaine de l’isolation est très réglementé afin d’éviter les dérives qui pourraient avoir des conséquences négatives sur la santé publique ou l’environnement.

Des organismes indépendants sont habilités à délivrer des certifications garantissant la qualité et la sécurité des matériaux utilisés et des techniques de pose.

Des normes et des labels donnent de la crédibilité aux engagements.

II-1-3 - Fonction et importance du matériau isolant

Un isolant doit répondre à plusieurs critères.

Pourquoi avoir recours aux matériaux isolants ? Limiter ou optimiser la consommation d’électricité ou de gaz, du moins en ce qui concerne la facture liée au chauffage, est un défi économique et environnemental pour les particuliers et les entreprises. C'est un enjeu majeur pour l’optimisation énergétique dans le BTP. En effet, les consommations d'énergie peuvent être réduites de 4 à 10 fois en fonction de la qualité de l’isolation choisie.

II-1-4 - Caractéristiques notables d’un isolant

Plusieurs caractéristiques physiques permettent de déterminer la capacité ou l'incapacité d’un matériau à résister à un flux de chaleur, autrement dit à un transfert thermique.

La conductivité thermique ƛ en W/(m.K) correspond au flux de chaleur qui traverse en une seconde un matériau d’une surface de 1 m² et de 1 m d’épaisseur pour un écart de température de 1°C entre les deux faces. Plus la conductivité thermique est faible, plus le matériau est isolant.

La résistance thermique R en m².K/W caractérise l’opposition du matériau au phénomène de transfert. Elle est définie par la relation : e/ƛ. Plus la résistance thermique est élevée, plus le matériau d’épaisseur e est isolant.

La capacité calorifique massique Cp en J/(kg.K) représente la capacité du matériau à emmagasiner la chaleur : quantité de chaleur à apporter à 1 kg de matériau pour élever sa température de 1°C.

La masse volumique ρ en kg/m3 caractérise la compacité et l’inertie d’un matériau.

Le coefficient de transmission surfacique thermique U en W/(m².K) d’une paroi est l’inverse de la résistance thermique 1/R. Plus la valeur de U est faible, plus la paroi est performante thermiquement.

L’inertie et le déphasage thermique interviennent pour réguler la chaleur d’un bâtiment en la stockant et la relargant pour éviter de trop grandes variations de température. La capacité hygrothermique est la capacité d’un matériau à changer de phase. Ce déphasage variable est notamment observé dans les matériaux biosourcés et est encore en cours d’étude.

L’hygroscopie est la capacité d'un corps à absorber l’humidité de l’air, soit par absorption soit par adsorption.

L’énergie grise (kWh/m3) représente la quantité d’énergie nécessaire lors du cycle de vie d’un matériau ou d’un produit. Le calcul de cette énergie ne prend pas en compte l’énergie requise par l’utilisation car c’est une énergie dite directe. Sont pris en compte la production, l'extraction, la transformation, la fabrication, le transport, la mise en œuvre, l'entretien et le recyclage.

II-2 - Matériaux d'isolation courants

Ce sont les isolants biosourcés, minéraux, synthétiques et des isolants PMR (produit mince réfléchissant) qui ne peuvent être considérés que comme des compléments d’isolation.

II-2-1 - Isolants biosourcés

II-2-2 - Isolants minéraux

II-2-3 - Isolants synthétiques

II-2-4 - Compléments d'isolation

Pour établir un diagnostic quant à l'avantage concurrentiel d’un isolant par rapport à un autre, examinons les chaînes de valeur pour la laine de verre, la ouate de cellulose et les isolants dérivés du bois.

     
                Chaîne de valeur de la laine de verre      
  Figure 5 - Chaîne de valeur de la laine de verre  
     
     
                Chaîne de valeur de la ouate de cellulose      
  Figure 6 - Chaîne de valeur de la ouate de cellulose
[Nomadéis]
 
     
     
                Chaîne de valeur de différents isolants dérivés du bois      
  Figure 7 - Chaîne de valeur de différents isolants dérivés du bois
[Vegetal(e)]
 
     

II-3 - Propriétés requises pour chaque type d'isolation

L’isolation d’un bâtiment varie selon la partie concernée. Par exemple, l'isolation des combles et celle des murs ne requièrent pas les mêmes matériaux en raison de contraintes différentes et du type d’isolation recherché : thermique ou phonique.

     
                     
  Tableau 4 - Caractéristiques des 4 isolants courants
[Picbleu]
 
     

Une bonne inertie thermique du bâtiment est exigée c’est-à-dire qu’il doit retenir et stocker la chaleur afin de limiter les variations de température.

L’isolation phonique vise à limiter la propagation du bruit pour un meilleur confort. Généralement, plus un matériau est dense, mieux il isole sur le plan acoustique. Cependant, il n’est pas possible d’utiliser des matériaux trop denses dans l'intégralité d’un bâtiment. Les laines de roche, de chanvre et de verre sont souvent employées car elles sont légères et jouent un rôle d’amortisseurs.

Tableau comparatif de différents isolants [CAUE de Loire-Atlantique, 2010]

III - Papiers et cartons recyclés

Plan

III-1 - Collecte et recyclage

Le recyclage des papiers et cartons comprend plusieurs étapes. Tout d’abord, la collecte permet la mise en commun de papiers et cartons d’origines diverses : industrielles (emballages industriels et commerciaux, papiers de bureaux…) et ménagères (vieux journaux, emballages ménagers…). Ensuite, le recyclage est réalisé soit par voie humide – remise en suspension des fibres (ex. feuille de papier issue de fibres recyclées) –, soit par voie sèche – réutilisation d’un produit dans une application autre que l'initiale, sans remise en suspension des fibres (ex. panneaux de carton ondulé utilisés tels quels pour l’isolation).

                       
  Cliquer sur les images pour les agrandir   
  Figure 8 - Collecte des papiers et cartons
[Le papier]
  Figure 9 - Procédé de recyclage
[Le papier]
 
         
     
                Circuits d'approvisionnement en papier journal recyclé      
  Figure 10 - Circuits d'approvisionnement en papier journal recyclé
[Nomadéis]
 
     

III-2 - Propriétés physico-chimiques

Les papiers et cartons recyclés doivent posséder certaines propriétés physiques et chimiques afin de servir pour l'isolation. Ces matériaux fibreux peuvent-ils répondre aux normes en vigueur ?

III-2-1 - Propriétés physiques

Les papiers et cartons doivent isoler de manière significative c’est-à-dire se rapprocher de l’isolation attendue en utilisant des matériaux standards. Les caractéristiques à prendre en compte sont la conductivité thermique, la résistance thermique, la capacité calorifique massique et la masse volumique.

L’hygroscopie – capacité d'un matériau à absorber l’humidité de l’air par absorption ou par adsorption – peut être définie comme une propriété physico-chimique très importante car elle reflète l'aptitude du matériau à absorber le surplus d'humidité ou de vapeur d’eau de l'air et à le restituer quand il s’assèche. Les parois respirantes permettent d'éviter les problèmes de condensation, source de dégradations.

III-2-2 - Propriétés chimiques

Les caractéristiques requises sont la résistance au feu, à la moisissure et à l’humidité. Des traitements chimiques peuvent être réalisés afin de créer ou de renforcer ces résistances.

Les papiers et surtout les cartons recyclés sont connus pour la bonne isolation phonique qu'ils permettent.

Cependant, même si le recyclage a tendance à stabiliser le comportement des fibres, ces dernières sont naturellement hydrophiles. Par conséquent, en plus d’être poreux, ces matériaux ont une sensibilité à l’eau qui vient des groupements OH présents sur la chaîne de cellulose. Un mauvais comportement hygroscopique est donc à prévoir.

     
                Formule chimique de la cellulose      
  Figure 11 - Formule chimique de la cellulose
[Wikipedia]
 
     
                Structure du carton ondulé       Géométrie du carton ondulé  
Figure 12 - Structure du carton ondulé
[Carton Ondulé de France]
Figure 13 - Géométrie du carton ondulé
[Allaoui S et al.]
         

Dans l'"Étude et modélisation du comportement élastique d'une structure sandwich de type carton ondulé" (2003), les auteurs présentent les résultats d’une expérience menée strictement dans le cadre des normes ISO. Le tableau ci-dessous présente les modules de Young en traction E (en sens marche MD et travers CD) et en cisaillement G d’un carton ondulé moyenne cannelure double face (c’est-à-dire le minimum de couches).

     
                     
  Tableau 5 - Caractéristiques physiques du carton ondulé
[Allaoui S et al.]
 
     

En comparaison avec l'un des isolants les plus utilisés, le polystyrène expansé (PSE), dont le module d’élasticité est de l’ordre de 10 Mpa pour une masse volumique de 20 kg/m3 (le PSE est composé à 98 % d’air), on comprend véritablement l’intérêt du rapport rigidité-masse des cartons ondulés.

III-3 - Disponibilité et prix

En 2014, 71,7 % des papiers et cartons ont été recyclés en Europe soit 58 millions de tonnes. En France, le taux de récupération des papiers et cartons était de 82,2 % et le taux d’utilisation de 65,9 %. Cela s'explique par l'export non négligeable des matières recyclées, notamment vers l'Asie. Ainsi, à titre d'exemple, le géant français du recyclage Paprec exporte à 20 % en Asie, 40 % en Europe et ne conserve que 40 % des papiers et cartons récupérés pour la revente en France.

Globalement, la consommation de papiers et cartons est stable, bien qu’en déclin selon le type de produit. Il en va de même pour la production qui varie peu (± 9 % d’une année sur l’autre) aussi bien au niveau français qu’européen. Le prix de la matière secondaire a triplé en 6 ans et ne cesse de croître. Le marché de la récupération et de la revalorisation des papiers et cartons est donc en très bonne santé. Le graphique ci-dessous, établi à partir des statistiques de la COPACEL, montre l’évolution des prix, en légère hausse, depuis 2014.

     
                Évolution des prix des matières récupérées avant recyclage (prêtes à être revalorisées)      
  Figure 14 - Évolution des prix des matières récupérées avant recyclage
(prêtes à être revalorisées)
 
     

IV - Un avenir dans l'isolation des bâtiments ?

Plan

IV-1 - L'existant

IV-1-1 - Ouate de cellulose papier

Procédé

La ouate de cellulose est fabriquée à partir de papiers recyclés : journaux, magazines, chutes et gâches industrielles. Préalablement décompacté et trié, le papier est aéré mécaniquement, passe dans un premier broyeur puis sous un aimant afin d'éliminer les éventuels résidus métalliques. Le broyage se poursuit dans un mélangeur dans lequel de l'acide borique et du perborate de sodium (excellents ignifugeants et fongicides/bactéricides) sont introduits. La production est traitée par des sels ignifugeants, répulsifs et antifongiques, appliqués par pulvérisation à sec après défibrage dans un raffineur. La ouate résultante est ensuite filtrée, dépoussiérée puis compactée sous vide et/ou ensachée.

 Facteurs économiques de développement

Le développement de l’utilisation de la ouate de cellulose papier est lié principalement aux flux des vieux papiers. L’exportation vers l’Asie fait fluctuer les prix des matières premières de manière importante, ce qui a un impact direct sur le choix des consommateurs. Cependant, d’autres facteurs vont dans le sens du développement comme les subventions accordées aux propriétaires pour améliorer l'isolation de leur habitat ou encore l’image “verte” des matériaux biosourcés qui leur donne un avantage face aux matériaux issus de ressources fossiles.

La ouate de cellulose a un prix compétitif : environ un euro le kg hors taxes. Le coût de fabrication et les marges opérées par les fabricants et distributeurs devancent largement le coût de la matière première se situant aux alentours de 0,2 €/kg. Il y a donc une évolution favorable envisageable.

Propriétés physiques

Masse volumique ρ = 30 à 70 kg/m3
Conductivité thermique λ = 0,037 à 0,042 W/(m.K)
Capacité thermique massique Cp = 2000 J/(kg.K)
Perméabilité à la vapeur d'eau μ = 2 ()
Capacité hygrothermique moyenne ()
Porosité 95 à 98 %

Tableau 6 - Caractéristiques physiques de la ouate de cellulose papier

La ouate de cellulose est un matériau aéré et léger, peu conducteur de chaleur et peu énergivore pour sa production. C'est l’un des meilleurs isolants actuellement présents sur le marché, en termes de rapport qualité-prix.

Type d’isolation

Sous forme de panneaux compactés semi-rigides de 45 à 140 mm, la ouate de cellulose est essentiellement utilisée dans les murs, rampants et planchers pour les combles. La ouate en vrac est utilisée pour l'insufflation, le soufflage et la floculation dans les planchers des combles et des murs.

     
                Panneau compacté de ouate de cellulose papier      
  Figure 15 - Panneau compacté de ouate de cellulose papier
[Matériaux Naturels]
 
     

Facteurs techniques de développement : impact environnemental et risques

Le procédé de fabrication de la ouate de cellulose papier a un faible impact sur l’environnement relativement à l’industrie des isolants classiques. Toutefois, son cycle de vie ne donne pas un bilan carbone complètement neutre bien que la matière première soit issue des déchets. En effet, fabriquer 1 kg de ouate consomme 1 à 2 kWh d’énergie grise. En fin de vie, de très longue durée, la ouate est traitée par décantation puis filtration pour séparer mécaniquement les produits chimiques précipités des fibres. Les deux matières sont entièrement revalorisées : la première dans l'industrie chimique ; la seconde réinsérée dans l’industrie papetière ou compostée.

Du point de vue sanitaire, la ouate de cellulose a subi une restriction par la suite annulée, respectivement entre 2011 et 2013, par la CCFAT à cause des sels de bore toxiques qu’elle contient. Une tentative de substitution par des sels d’ammonium a échoué à cause du dégagement gazeux d’ammoniaque lors du procédé. Des recherches sont en cours afin de remplacer les sels de bore. Il s’agit d’un problème sérieux car la cellulose est combustible et sensible à certains champignons d’où la nécessité de trouver un bon ignifugeant non toxique et des adjuvants contre les moisissures, les insectes et les rongeurs. Bien qu’elle soit utilisée depuis les années 1930 aux États-Unis, il est peu évident de trouver des études concernant l’impact de la ouate de cellulose sur la santé publique. À l’heure actuelle, le bore est autorisé dans le REACH contrairement aux sels d’ammonium et le CSTB accorde des avis techniques pour la ouate aux sels de bore, en attendant un nouveau produit aussi efficace.

La ouate de cellulose peut également connaître des risques de tassement. En effet, lors de la pose en insufflation, soufflage ou floculation, il est essentiel que la densité soit précisément respectée sinon le matériau subit un affaissement au cours du temps et ses qualités isolantes sont nettement réduites. La poussière engendrée par la ouate lors de sa fabrication est également contraignante sur le plan de la santé. Le comportement hygroscopique peut aussi être un frein s’il est mal maîtrisé. Enfin, en fonction de la qualité de la ouate, les encres résiduelles peuvent dégager des émissions chimiques toxiques comme le formol.

IV-1-2 - Ouate de cellulose carton

Procédé

La ouate de cellulose fabriquée à partir de carton est une innovation de l’entreprise IDEM. Le procédé est le même que pour celle de papier. Une fois récupéré, le carton est broyé et défibré (recyclage par voie sèche). Le niveau de qualité est garanti par deux organismes de certification externes (ACERMI et AMB).

     
                     
  Figure 16 - Ouate de cellulose carton
[Novidem]
 
     

Facteurs économiques de développement

Comme pour la ouate de cellulose papier, la ouate carton subit des fluctuations de prix en raison de sa matière première qui part largement à l’exportation en Asie. Autres aspects qui la desservent : l'absence d'informations à son sujet et sa méconnaissance par le grand public. La ouate de cellulose issue des journaux reste encore majoritaire.

Propriétés physiques

La ouate carton subit plusieurs traitements afin de répondre aux exigences techniques : ignifugeant pour la résistance au feu, antifongique pour la résistance à la moisissure et un anti-poussière pour limiter la dispersion des particules fines lors de la pose.

Conductivité thermique λ = 0,043 W/(m.K)
Masse volumique 30 à 32 kg/m3
Porosité 98 %

Tableau 7 - Caractéristiques physiques de la ouate de cellulose carton

La conductivité thermique est légèrement supérieure à celle de la ouate de cellulose papier mais reste comprise dans l’intervalle de conductivité des autres isolants. La ouate de cellulose carton a donc sa place parmi les matériaux d'isolation.

Type d’isolation

Il est recommandé de l’utiliser pour isoler les combles par soufflage, les parois verticales et horizontales par insufflation et pour optimiser l’isolation phonique par projection humide. Ces usages sont les mêmes que ceux de la ouate de cellulose papier. Cela augure de belles perspectives d’avenir pour le recyclage du carton et sa revalorisation en tant qu’isolant.

Facteurs techniques de développement : impact environnemental et risques

D'après le fabricant IDEM, l’impact sur l'environnement se rapproche de celui de la ouate de cellulose papier. Le matériau est issu de carton recyclé qui, au cours de sa vie, n’a pas (ou peu) subi de blanchiment. Les cartons étant rarement imprimés, cela permet d’éviter les résidus d’encre. La ouate carton est ignifugée en conformité avec les normes. Du point de vue sanitaire, elle subit un traitement anti-poussière afin de limiter l’apparition de particules fines volatiles pouvant affecter les voies respiratoires.

IV-1-3 - Plaques de carton ondulé contrecollées

Procédé

Cette technique d’isolation étant artisanale, il est difficile d’avoir des valeurs ou des procédés de mise en œuvre répondant à des normes. L'emploi de cet isolant relève essentiellement de particuliers qui réalisent eux-mêmes l’isolation de leur habitat. Citons néanmoins à titre d'exemple la société alsacienne BAT’IPAC qui utilise des plaques de carton ondulé comme isolant et compte à son actif la rénovation voire la construction de maisons en carton. Il convient de superposer plusieurs plaques de carton ondulé pour obtenir l'épaisseur nécessaire à une isolation de qualité. Grâce à sa configuration, le carton ondulé emprisonne l’air, ce qui garantit une bonne isolation thermique et phonique, à la manière d'un double vitrage.

                       
Figures 17 & 18 - Maison construite avec des plaques de carton ondulé
[BAT'IPAC]
         

Autre exemple : la Wikkelhouse construite par l'entreprise hollandaise Fiction Factory à partir de modules de carton assemblés les uns aux autres. Les murs de chaque module sont composés de 24 rames de carton recyclé liées entre elles par une colle écologique, le tout recouvert d’un enduit imperméable et de lambris.

                       
Figures 19 & 20 - Maison construite avec des plaques de carton ondulé
[Fiction Factory]
         
                     
  Vidéo 1- Une maison qui cartonne !
Tout compte fait - 24 septembre 2016
[France 2]
 
     

Facteurs économiques de développement

Ce sont les mêmes que pour les deux types de ouate de cellulose. Jusqu'à récemment, il n’y avait pas de garantie décennale pour les entreprises et les particuliers employant le carton pour la rénovation ou la construction de maisons. Un sérieux verrou quant au développement de l'utilisation des papiers et cartons dans le bâtiment qui a été levé récemment : le reportage ci-dessus diffusé sur France 2 le 24 septembre 2016 indique en effet que "les maisons en carton sont aujourd'hui dotées d'une garantie décennale" et que "les assurances acceptent désormais de les assurer sans surprimes".

Propriétés physiques

Des tests réalisés par BAT'IPAC sur ces panneaux de carton ondulé donnent les valeurs présentées ci-dessous.

Densité 143 kg/m3
Résistance thermique 5,88 m2.K/W
Conductivité thermique 0,048 W/m.K
Déphasage thermique 15 heures
Épaisseur par feuille 6,7 mm

Tableau 8 - Caractéristiques physiques des plaques de carton ondulé

La conductivité thermique des panneaux en carton ondulé se rapproche de celle des panneaux rigides en fibres de bois. Néanmoins, elle reste supérieure mais toutefois acceptable car elle se trouve dans la gamme de conductivité des isolants actuels.

Type d’isolation

Le carton ondulé étant sous forme de panneaux, son utilisation devrait être la même que celle des autres panneaux existants sur le marché. C’est-à-dire pour l’isolation des murs, sols, planchers et toiture. Contrairement aux panneaux en ouate de cellulose, l’isolation des planchers peut être envisagée car le carton ondulé est un matériau extrêmement résistant.

Facteurs techniques de développement : impact environnemental et risques

L’impact environnemental et sanitaire de ce type d’isolation est moindre car il permet une économie circulaire. Le carton ondulé trouve ainsi un nouvel usage. De plus, il y a peu de rejets de poussières lors de leur mise en place et peu de déchets sur le chantier. Lors d’un incendie, les panneaux de carton ondulé se consument et ne s’enflamment pas.

IV-2 - Solutions en développement

Une étude intitulée "Élaboration d’un matériau isolant à base de déchets grignon/cellulose" a été menée par M. Dahli et R. Toubal du Département d’Architecture de l’Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou (Algérie) en 2009. Le grignon, déchet généré lors de la fabrication de l'huile d’olive, est composé principalement des noyaux et de la pulpe des olives. Traditionnellement, il est valorisé sous forme de combustible et d’engrais.

Dans l’étude, le mélange papier/eau sert de matrice pour la liaison des grains de grignon. Des tests ont été réalisés avec des compositions différentes de cellulose et de grignon. Le cœfficient de conductibilité thermique et la résistance thermique ont été mesurés. Les résultats montrent que l’usage de cette combinaison de matériaux est envisageable pour isoler des habitations dans la mesure où l'alliance grignon/cellulose permet d'obtenir une résistance thermique assez élevée. Les auteurs concluent que "Les matériaux élaborés à partir des déchets grignon/cellulose ont de bonnes propriétés isolantes" et que "Les perspectives de valorisation de ces déchets dans le domaine du bâtiment sont donc prometteuses".

Il existe aussi des composites alliant les propriétés de différents matériaux afin d’obtenir une isolation de meilleure qualité. Par exemple, la société Biofib’isolation produit des panneaux d’isolation en composites biosourcés qui présentent de très bonnes propriétés isolantes, les mettant en concurrence avec les isolants classiques.

Le développement des solutions pour l’isolation devrait améliorer de plus en plus les propriétés des isolants et permettre ainsi des gains d’énergie considérables.

IV-3 - Perspectives

La matrice SWOT ci-dessous donne un aperçu des forces, faiblesses, opportunités et menaces concernant la mise en place d’une isolation des bâtiments à l'aide des papiers et cartons recyclés.

Forces Faiblesses
  • Large disponibilité de la matière première.
  • Fluctuation des prix pouvant favoriser l’utilisation des papiers et cartons recyclés.
  • Bonne image des matériaux biosourcés.
  • Mise en place d'une économie circulaire.
  • Propriétés physiques : hygroscopie, tassement.
  • Image péjorative du carton.
  • Absence de garantie décennale.
  • Absence de législation encadrant l’utilisation.
Opportunités Menaces
  • Tendances économique et sociétale en faveur des matériaux biosourcés.
  • Subventions l'utilisation d'isolants biosourcés.
  • Autres isolants biosourcés déjà utilisés et encadrés par des législations et des garanties.
  • Bonne implantation des isolants classiques biosourcés ou non.
  • Flux des vieux papiers et cartons créant des tensions.

Tableau 9 - Diagnostic stratégique via la matrice SWOT

À partir de ce diagnostic stratégique, envisageons différents scénarios quant au futur des papiers et cartons recyclés en matière d'isolation des constructions.

IV-3-1 - Scénario 1 - 2045 - Papiers et cartons recyclés : les rois de l’isolation des bâtiments !

Hypothèses

Des études et expertises mettent en avant les qualités des papiers et cartons recyclés dans l’isolation des bâtiments et des recherches sont menées pour remédier à leurs points faibles. D’autres procédés de mise en œuvre différents de ceux déjà connus voient le jour. Des panneaux, comme par exemple des panneaux rigides de ouate, sont envisagés sous une forme compacte. Des mélanges avec d’autres matériaux biosourcés rendent ce genre d’installation plus efficace et plus pérenne. De plus, un dispositif législatif et réglementaire concernant l’éco-construction favorise le recours aux papiers et cartons recyclés en tant qu'isolants et donnent lieux à des normes pour une partie des bâtiments privés ou publics. La hausse du prix du pétrole rend la transition plus rapide et une prise de conscience plus large dans la population mondiale.

Tous ces changements permettent aux papiers et cartons recyclés de se faire une place dans le domaine de l’isolation, en prenant les devants par rapport aux isolants issus de la pétrochimie mais aussi à d'autres isolants issus de ressources renouvelables.

IV-3-2 - Scénario 2 - 2020-2025 - Papiers et cartons recyclés pour l'isolation des bâtiments : rien ne bouge !

Hypothèses

L’utilisation des papiers et cartons recyclés dans l’isolation ne connaît pas l’engouement espéré car peu de recherches sont menées par les entreprises et les laboratoires. En conséquence, non certifiés, ces matériaux ont peu de crédit en tant qu'isolants. De plus, les tensions sur le marché des papiers et cartons recyclés dues aux exportations vers les pays asiatiques ne sont pas apaisées, ce qui ne permet pas d’avoir un marché fiable. En outre, le coût du pétrole s'étant stabilisé au cours du temps, les consommateurs ne ressentent pas le besoin de changer leurs habitudes en matière d’isolation. Cela dessert le marché des papiers et carton recyclés pour l’isolation.

Certes, une minorité, déjà existante en 2015, emploie ces matériaux en dépit de l'absence de certification et de garantie en cas d’accident. Toutefois, elle ne permet pas de faire vivre le marché de manière pérenne. Il en résulte une stagnation du secteur au profit des autres types d'isolants, qui ne pourrait être remise en cause que par une prise de conscience de l'ensemble des acteurs économiques.

IV-3-3 - Scénario 3 - 2030 - Papiers et cartons recyclés pour l'isolation des bâtiments : quelle désillusion !

Hypothèses

Les papiers et cartons recyclés ne trouvent pas leur place sur le marché de l’isolation des bâtiments en raison des tensions économiques accrues entre l’Europe et l’Asie dans un premier temps puis de la délocalisation totale du secteur en Asie. La nécessité d’importer les matières premières fait flamber les prix et grimper la valeur de leur énergie grise ce qui les rend moins attractives. Par conséquent, l'alternative des papiers et cartons recyclés pour l'isolation des bâtiments est abandonnée. En effet, la minorité de consommateurs qui lui était favorable en 2015 ne trouve plus de raisons valables pour l'usage de ces matériaux.

En outre, toutes les recherches ont été suspendues dans l’attente de la diminution des prix afin d’avoir un matériau final commercialisable auprès du grand public. Cet abandon progressif se fait au profit d’autres isolants biosourcés.

V - Conclusion

Plan

L’isolation des bâtiments est un secteur qui évolue. Compte tenu de leurs propriétés physico-chimiques, les papiers et cartons recyclés pourraient servir d'isolants au même titre que la ouate de cellulose papier. D'autant, qu'en ces temps de transition énergétique, les consommateurs s'intéressent de plus en plus aux solutions écologiques susceptibles de réduire leur empreinte carbone.

Cependant, des études doivent encore être menées notamment quant à l’utilisation de plaques de carton ondulé afin de garantir aux entreprises, artisans et clients des qualités d’isolation équivalentes à celles des isolants habituels, des risques contrôlés ainsi que des normes claires et applicables.

La fluctuation des prix des matières premières constitue un sérieux frein à la mise en place de projets de recherche & développement. Néanmoins, des subventions versées par des organismes accrédités peuvent encourager les propriétaires à sauter le pas de la rénovation de leur bâtiment avec des isolants biosourcés. Enfin, l'action d'organismes comme l’Association Chimie du Végétal, Biomass For the Future ou encore l’Association Syndicale des Industriels de l’Isolation Végétalequi soutiennent la mise en œuvre d'une économie circulaire, peut progressivement influer sur le développement de l’isolation des bâtiments à l'aide de biomatériaux notamment des papiers et cartons recyclés.

VVI - Bibliographie - Webographie

Plan

    Arrêté du 19 décembre 2012 relatif au contenu et aux conditions d'attribution du label "bâtiment biosourcé".   Legifrance
Consulter
PAUTARD E.   Opinions et pratiques environnementales des Français en 2014.   Commissariat Général au Développement Durable, Chiffres & Statistiques, n°624, avril 2015
Consulter
    Les produits de construction biosourcés pour le bâtiment.   Ademe, 16 février 2015
Consulter
    Les filières des matériaux de construction biosourcés : plan d’actions, avancées & perspectives.   C&B Constructions et Bioressources, novembre 2013
Consulter
    Chiffres clés du bâtiment   Ademe, édition 2013
Consulter
GROSSELIN J.M., MÉNARD F.   Étude sur le secteur et les filières de production des matériaux et produits bio-sourcés utilisés dans la construction (à l'exception du bois). Partie 1 : Etat des lieux économique du secteur et des filières.   Nomadéis, Rapport final – Août 2012
Consulter
ALCIMED   Marchés actuels des produits biosourcés et évolutions à horizons 2020 et 2030.   Ademe, avril 2015
Consulter
    Guide des matériaux isolants pour une isolation efficace et durable.   Energievie.info, juillet 2014
Consulter
ALLAOUI Z. ABOURA Z., BENZEGGAGH M.L.   Étude et modélisation du comportement élastique d'une structure sandwich de type carton ondulé.   13es Journées nationales sur les composites (JNC13, mars 2003, Strasbourg, France. pp.1027-1036.
Consulter
MARLIN N.   Cours : fibres cellulosiques et récupération.   Grenoble INP-Pagora, 2015-2016
CEPI   ERPC Monitoring Report 2014.   CEPI, 22 octobre 2015
Consulter
    Le marché du carton ondulé.   Businesscoot
Consulter
DALHI.M, TOUBAL.R.   Élaboration d'un matériau isolant à base de déchets grignon/cellulose.   Déchets, Sciences & Techniques, 2009, n°56, pp.15-17
Consulter
    Construire sa maison : le choix des isolants.   CAUE de Loire Atlantique, novembre 2010
Consulter
    Rapport statistique 2014 de l’industrie papetière française.   COPACEL, juillet 2015
Consulter
MARTIN.E.   L’industriel de la récupération.   Revue du Papier Carton, novembre 2015, n°127
    Les types d’isolants : généralités.   Énergie Plus
Consulter
    Isolants naturels.   ConsoGlobe
Consulter
    Guide des matériaux biosourcés FFB.   Vegetal(e)
Consulter
    Vegetal(e) : le portail des matériaux bio-sourcés   Consulter
    Révolutionnaire : la maison en carton en France !   Sauver la planète
Consulter
    Un vent positif souffle sur la maison en carton !   ConsoGlobe
Consulter
    La collecte, le tri et le traitement des déchets, indissociables du recyclage.   Le papier, c'est la vie
Consulter
    Loi transition énergétique : obligation de rénover, mais pas de choisir son isolation.   BatiActu, 13 février 2015
Consulter
COMBE M.   Transition énergétique : le bâtiment dans tous ses états.   Techniques de l'Ingénieur, 26 août 2015
Consulter
PELLEFIGUE M.   Immobilier : des aides méconnues pour financer ses travaux.   Le Monde, 29 janvier 2015
Consulter
    Etat des lieux des connaissances actuelles sur le fonctionnement hygrothermique des matériaux biosourcés.   C&B Constructions et Bioressources, décembre 2012
Consulter
    L'avenir de l'emballage.   Carton Ondulé de France
Consulter
LECLERCQ A.   Wikkelhouse : la maison écolo en carton recyclé !   Positivr, 31 mai 2016
Consulter
     
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