Les éléments de construction durables créent un bon climat intérieur

Qu'il s'agisse de la salle de réunion d'un immeuble de bureaux, de la salle d'exposition d'un musée ou de la salle d'attente d'une administration, de nombreuses personnes se rassemblent dans ces lieux et l'air devient rapidement lourd. Cela est dû en partie à l'augmentation de l'humidité. Les systèmes de ventilation sont couramment utilisés dans les bureaux et les bâtiments administratifs pour déshumidifier les pièces et assurer une atmosphère confortable. La déshumidification mécanique fonctionne de manière fiable, mais elle coûte de l'énergie et, selon la quantité d'électricité utilisée, a un impact négatif sur le climat.

Dans ce contexte, une équipe de recherche de l'ETH Zurich a étudié une nouvelle approche de la déshumidification passive des espaces intérieurs. Dans ce contexte, le terme passif signifie que l'humidité élevée est absorbée par les murs et les plafonds et y est temporairement stockée. Au lieu d'être libérée dans l'environnement par un système de ventilation mécanique, l'humidité est temporairement stockée dans un matériau hygroscopique qui la lie, puis libérée lors de l'aération de la pièce. «Notre solution convient aux espaces très fréquentés pour lesquels les systèmes de ventilation déjà en place sont insuffisants», explique Guillaume Habert, professeur de construction durable, qui a supervisé le projet de recherche de l'ETH Zurich.

Déchets provenant de l'exploitation de carrières de marbre

Guillaume Habert et son équipe de recherche ont suivi le principe de l'économie circulaire dans leur recherche d'un matériau hygroscopique approprié. Le point de départ est constitué par les déchets finement broyés provenant des carrières de marbre. Un liant est nécessaire pour transformer cette poudre en éléments de murs et de plafonds qui fixent l'humidité. Cette tâche est assurée par un géopolymère, une classe de matériaux composée de métakaolin (connu pour la production de porcelaine) et d'une solution alcaline (silicate de potassium et eau). La solution alcaline active le métakaolin et fournit un liant géopolymère qui lie la poudre de marbre pour former un matériau de construction solide. Le liant géopolymère est comparable au ciment mais émet moins de CO₂ lors de sa production.

Dans le cadre du projet de l'ETH Zurich, les scientifiques ont réussi à produire un prototype d'élément de mur et de plafond mesurant 20 × 20 cm et 4 cm d'épaisseur. La production a été réalisée par impression 3D dans un groupe dirigé par Benjamin Dillenburger, professeur en technologies numériques du bâtiment. Dans ce processus, la poudre de marbre est appliquée en couches et collée par le liant géopolymère (technologie d'impression par jet de liant). «Ce procédé permet de produire efficacement des composants de formes très variées», explique Benjamin Dillenburger.

Les composants qui contrôlent l'humidité augmentent le confort

La combinaison d'un géopolymère et de l'impression 3D pour produire un réservoir d'humidité est une approche innovante de la construction durable. Magda Posani, physicienne du bâtiment, a dirigé l'étude des propriétés hygroscopiques du matériau à l'ETH Zurich avant d'occuper récemment un poste de professeure à l'Université d'Aalto à Espoo, en Finlande. Le projet est basé sur les thèses de doctorat de Vera Voney, spécialiste des matériaux, supervisée par Coralie Brumaud, collaboratrice scientifique principale, et de l'architecte Pietro Odaglia, qui a mis au point le matériau et la machine d'impression 3D à l'ETH Zurich.

«Nous avons pu démontrer par des simulations numériques que les éléments de construction peuvent réduire de manière significative l'humidité dans les espaces intérieurs très fréquentés», explique Magda Posani pour résumer le principal résultat du projet de recherche. Pour la simulation, on a supposé que les murs et le plafond d'une salle de lecture utilisée par 15 personnes dans une bibliothèque publique de Porto, au Portugal, avaient été entièrement revêtus de composants hygroscopiques. Magda Posani a calculé à quelle fréquence et dans quelle mesure l'humidité dépassait la zone de confort, c'est-à-dire 40 à 60% d'humidité relative, dans cette salle de lecture virtuelle au cours d'une année. Elle en a déduit un indice d'inconfort, un chiffre qui exprime la perte de confort causée par une humidité trop élevée ou trop faible. Si la salle de lecture était équipée de composants anti-humidité, l'indice d'inconfort pouvait être réduit de 75% par rapport à un mur peint classique. L'utilisation de composants d'une épaisseur de 5 cm au lieu de 4 cm seulement a permis de réduire l'indice d'inconfort de 85%.

Plus respectueux du climat que les systèmes de ventilation

Les composants hygroscopiques des murs et des plafonds sont respectueux du climat, c'est-à-dire qu'ils entraînent des émissions de gaz à effet de serre nettement inférieures, sur un cycle de vie de 30 ans, à celles d'un système de ventilation qui déshumidifie la qualité de l'air dans la même mesure. Dans les calculs de simulation, les composants des murs et des plafonds ont également été comparés à un enduit d'argile utilisé depuis des temps immémoriaux et qui régule également de manière passive l'humidité de l'air dans les espaces intérieurs. Cette technique ancienne s'est avérée encore plus respectueuse du climat que les composants hygroscopiques. Cependant, le plâtre a une capacité de stockage de la vapeur d'eau plus faible.

Les recherches menées à l'ETH Zurich ont montré que la combinaison du géopolymère et de l'impression 3D peut être utilisée pour produire des éléments de murs et de plafonds permettant de tamponner efficacement l'humidité. Après cette démonstration de faisabilité, la technologie est, en principe, prête à être développée et mise à l'échelle pour la fabrication industrielle. Parallèlement, la recherche se poursuit. Dans le cadre d'un projet avec l'École polytechnique de Turin et l'Université d'Aalto, l'ETH Zurich travaille à la production d'éléments de murs et de plafonds dont les émissions de gaz à effet de serre sont encore plus faibles. Car une chose est claire : si la Suisse veut atteindre son objectif de zéro émission net d'ici 2050, elle a besoin de bâtiments qui produisent le moins possible d'émissions de gaz à effet de serre pendant leur construction et leur utilisation.