QUAND LA CHIMIE RÉGULE LA TEMPÉRATURE

Pour répondre aux nouvelles exigences thermiques, les chimistes BASF et DuPont misent sur les matériaux à changement de phase.

Les matériaux à changement de phase, qui sont en passe d'investir le monde de la construction, représentent l'archétype d'une solution de rupture. Leur capacité à stocker l'énergie lors d'une élévation de température et à la restituer lorsque celle-ci redescend intéresse les acteurs historiques du bâtiment. Les chimistes BASF et DuPont, principaux producteurs de ces matériaux, voient en eux une réponse directe à la nécessité d'améliorer l'efficacité énergétique des bâtiments. En réalité, ces industriels ont remis au goût du jour des substances développées dans d'autres secteurs d'activité. Les matériaux à changement de phase ont en effet été utilisés au cours des années 1970 dans le spatial : ils enveloppaient les batteries des véhicules lunaires et les combinaisons des astronautes. Puis ils se sont développés dans le textile et les équipements thermiques. Dans toutes ces applications, ils régulent les écarts de température. Un comportement qui pourrait faire des merveilles dans l'habitat.

« Ces matériaux ont fait leur apparition dans la construction il y a une poignée d'années, explique Christophe Ménézo, professeur à l'Université de Savoie et titulaire de la chaire Insa-EDF habitats et innovations énergétiques. Le challenge consiste à mettre au point la formulation qui permettra aux matériaux à changement de phase de s'opérer à la bonne température. » Autrement dit, à des niveaux de confort attendus dans des intérieurs. Un défi de taille pour les chimistes, qui doivent élaborer un matériau qui absorbe la chaleur en se liquéfiant lorsque l'air ambiant d'une pièce dépasse une certaine température, et qui, a contrario, rejette l'énergie accumulée en se solidifiant. Tout cela en concevant un conditionnement adapté aux règles de la construction.

Alternative au béton

En matière d'habitat, les chimistes ont opté pour la paraffine et les sels hydratés dont les températures de fusion et de cristallisation se situent entre 19 et 26 °C. L'ajout d'adjuvants chimiques offre ensuite la possibilité d'ajuster la température idéale selon les besoins. Au final, en augmentant l'inertie thermique des bâtiments, les matériaux à changement de phase peuvent diminuer les besoins en chauffage et en climatisation jusqu'à 30 %. Ils offrent ainsi l'inertie d'un mur de béton, mais en plus léger et jusqu'à six fois moins épais.

En Allemagne, il y a eu quelques expérimentations ces dernières années. En France, le développement est plus timide. Début 2011, le constructeur Coprebat a utilisé le produit de DuPont dans la réalisation d'un restaurant scolaire à Vaires-sur-Marne (Yvelines). Pas moins de 300 mètres carrés de panneaux composites ont été posés. Les équipes de DuPont ont opté pour la micro-encapsulation de paraffine dans une matrice de polymères, le tout pris en sandwich entre deux feuilles d'aluminium. « Ce produit vise à remplacer un matériau traditionnel comme le béton, explique Jacques Gilbert, responsable développement nouveaux produits dans le bâtiment chez DuPont. Il répond à la tendance de la construction de bâtiments à structure légère. » Chez le concurrent BASF, la mise en forme est tout autre. L'allemand a lui aussi choisi la micro-encapsulation, mais le matériau est conditionné sous forme de poudre. Ce qui permet de l'incorporer dans du plâtre ou du mortier. Cette solution a séduit le groupe Saint-Gobain qui a depuis peu développé toute une gamme de plâtre sur ce principe.

Pour prendre leur essor en France, les fabricants de matériaux à changement de phase vont devoir lever certains freins. « Si les capacités d'absorption d'énergie sont passées de 120 kJ/kg à 230 kJ/kg en l'espace de vingt ans, il reste à augmenter la conductivité de ces matériaux », précise Christophe Ménézo. Des ajouts de fibres métalliques pourraient améliorer leur capacité à transmettre réellement la chaleur. Enfin, le coût de ces nouveaux produits, dont le retour sur investissement peut atteindre vingt ans, est leur principal handicap. Les chimistes sont loin d'avoir gagné leur pari !