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RÉSUMÉ
Le monde du BTP a la réputation d'être traditionnel. Cet article montre qu'au-delà de ce cliché, ce secteur est poussé par notre urbanisation croissante et l'impérieuse nécessité d'un impact minimal sur nos ressources et notre environnement. Il est ainsi maintenant le lieu d'innovations, qualifiées à juste titre de nanotechnologiques. Cette innovation touche déjà et touchera autant l'habitat individuel que le tertiaire, le milieu urbain et nos grandes infrastructures, que celles-ci soient énergétiques, environnementales ou de mobilité. Cet article est également consacré aux matériaux d'enveloppe du bâtiment et à leur impact sur la qualité urbaine.
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Henri VAN DAMME : Directeur scientifique de l'Institut français des sciences et technologies des transports, de l'aménagement et des réseaux (IFSTTAR) - Professeur à l’École supérieure de physique et chimie industrielles, ESPCI-ParisTech
INTRODUCTION
Le monde du « BTP » a la réputation d’être traditionnel. L’objet de ce dossier, conçu en deux parties, est de montrer qu’au-delà de ce cliché, c’est au contraire un monde qui, poussé par notre urbanisation croissante et l’impérieuse nécessité d’un impact minimal sur nos ressources et notre environnement, sera le lieu d’innovations que l’on peut à juste titre qualifier de nanotechnologiques. La diversité des innovations qui se dessine va bien au-delà de l’usage – anxiogène pour le grand public – de nanoparticules. Ceci touche déjà et touchera autant l’habitat individuel que le tertiaire, le milieu urbain et nos grandes infrastructures, que celles-ci soient énergétiques, environnementales ou de mobilité. Ce premier dossier est consacré aux matériaux d’enveloppe du bâtiment et à leur impact sur la qualité urbaine.
Un monde aussi traditionnel que le bâtiment et le génie civil – le « BTP » pour faire court – peut-il être un terreau fertile pour l’accueil d’innovations faisant appel à la maîtrise de la matière aux échelles de longueur approchant celles de l’atome et des molécules ? Il n’y a pas si longtemps la question aurait paru saugrenue, tant le désir de traditionnel et de perpétuation des savoir-faire était au cœur des préoccupations, en particulier dans le monde du bâtiment. Le seul moteur du changement était pour le particulier le désir d’un confort supérieur et, pour le monde industriel, la marche vers plus de rationalité, d’efficacité et de profit.
Les choses ont changé, même si les motivations qui viennent d’être évoquées restent d’actualité. Les soucis d’efficacité énergétique, de réduction des émissions de gaz à effet de serre, d’économie des ressources naturelles, de durabilité et de recyclabilité, de maintien de la biodiversité, de sécurité aussi ont désormais pris le pas sur les précédents ou, tout au moins, les complètent. Ceci ouvre des perspectives nouvelles pour les innovations. Il reste malgré tout deux spécificités du monde de la construction à laquelle les nanotechnologies doivent s’adapter. La première est l’échelle – en volume, tonnage, nombre de pièces – à laquelle ces technologies doivent pouvoir diffuser. Aucun autre domaine de l’activité humaine ne rivalise sur ce point avec la construction. La seconde spécificité, qui découle en réalité de la première, est ce que l’on pourrait appeler la rusticité ou, plus exactement, la robustesse impérative de leur mise en œuvre. Une technologie n’a de chances de se répandre dans le monde de la construction que si elle est compatible avec une mise en œuvre relativement simple et si possible tolérante (robuste) vis-à-vis des écarts de procédure.
Le monde de la « construction » recouvre en réalité plusieurs domaines assez distincts sur le plan technique. Le premier est celui du bâtiment, c’est-à-dire essentiellement de l’habitat – individuel ou collectif – et des bâtiments du tertiaire. Le deuxième recouvre les grandes infrastructures de ce que l’on appelle habituellement le génie civil. C’est le monde des « ouvrages d’art » : ponts, tunnels, viaducs, barrages… Le troisième est celui de la route, qui possède lui aussi ses spécificités. Ce premier dossier traite du bâtiment en se concentrant sur les matériaux d’enveloppe et, plus particulièrement, sur les fonctionnalités que les nanotechnologies leur apportent grâce, le plus souvent, à l’ingénierie de leur porosité et de leurs propriétés de surface.
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Nanotechnologies pour une ville durable
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3. Nanotechnologies et nanomatériaux pour un bâtiment fonctionnalisé
L’enveloppe – simple ou double – du bâtiment est à la fois lieu d’isolation et lieu d’échange de matière et d’énergie. C’est sur ces deux tableaux que joueront les innovations venant de l’usage des NM et des NT.
3.1 Enveloppe superisolante nanostructurée
Le premier levier sur lequel il est permis de jouer pour limiter les transferts thermiques indésirables est bien évidemment la conductivité thermique λ des matériaux utilisés dans l’enveloppe du bâtiment. Cette propriété est définie à partir de la loi de Fourier reliant la densité de flux thermique, c’est-à-dire la quantité de chaleur passant par seconde à travers une section d’un mètre carré du matériau, Q(J.m–2.s–1), au gradient de température dT / dz (K.m–1) à travers cette section :
La valeur de λ(W.K–1.m–1) dépend au premier chef de l’état de la matière : solide, liquide ou gazeux . Dans les solides, deux mécanismes de conduction thermique peuvent exister. L’énergie peut être transmise soit par les électrons, soit par les atomes eux-mêmes ou, plus exactement, par leurs vibrations collectives. Le premier mécanisme intervient dans les métaux ou, plus généralement, dans tous les bons conducteurs électriques. Les électrons étant alors très nombreux et très mobiles, ils transportent très efficacement l’énergie. Le mouvement des électrons n’est gêné que par les vibrations des atomes (vibrations appelées phonons), et ce d’autant plus que la température est élevée et que les vibrations sont amples. Les métaux sont donc de manière générale de très bons conducteurs thermiques...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - * - Rapport ETHEL (Énergie, Transport, Habitat, Environnement, Localisations) de l’Action Concertée Énergie du Ministère de la Recherche et du CNRS http://ethel.ish-lyon.cnrs.fr/ (2004).
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(2) - * - http://www.effet-de-serre.gouv.fr/images/medias/Evolutionsecteur.JPG.
-
(3) - ENKVIST (P.-A.), NAUCLER (T.), ROSANDER (J.) - A cost curve for greenhouse gas reduction - The McKinsey Quarterly, N° 1, pp 35-45 http://www.berc.berkeley.edu/flyers/McKinseyQ.pfhttp://www.mckinsey.com/clientservice/ccsi/greenhousegas.asp (2007).
-
(4) - MAUGARD (A.), VISIER (J.C.), QUENARD (D.) - Le Bâtiment à Énergie Positive - Futuribles, N° 304 (Janvier 2004).
-
(5) - QUENARD (D.) - Le Bâtiment à Énergie Positive - Supplément à La Recherche, N° 398 (Juin 2006).
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(6) - QUENARD (D.) - * - ....
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