Notre équipe Matériaux, Habitat et Transferts regroupe compétences et savoir-faire dans le domaine de l’étude des matériaux de construction, notamment valorisant des éco-coproduits de l’industrie, des matériaux composites et des parois multi-couches complexes afin d’améliorer l’efficience énergétique de l’enveloppe de l’habitat, le confort multi-physique des occupants et la qualité de l’air intérieur. Notre approche inclue, outre la caractérisation couplée (physico-morphologique, mécanique, hygrique et thermique), la formulation et la durabilité de ces nouveaux matériaux, et l’étude de la compréhension de leur comportement, y compris l’assemblage de différents matériaux, à différents états. Nos domaines de compétences s’appuient sur la science des matériaux à différentes échelles et sur le champ de la performance énergétique de l’enveloppe de l’habitat. Nos axes de recherchent se déclinent ainsi :
- Formulation de nouveaux matériaux de construction respectueux de l’environnement
- Caractérisation multi-physique des matériaux et des parois à différentes échelles
- Optimisation de l’efficacité énergétique de parois complexes dans une démarche holistique, notamment en tenant compte de l’interaction entre les habitus de vie des occupants et les équipements techniques du bâtiment.
Notre approche tend à apporter des solutions technologiques aux problématiques environnementales actuelles, depuis la valorisation de coproduits de l’industrie jusqu’aux économies circulaires réalisées sur l’intégralité du cycle de vie d’un bâtiment.
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Expertises de l'équipe Matériaux Habitat Transferts.
Grâce à une approche expérimentale multi-échelle conséquente (de la microstructure des matériaux jusqu’à l’habitat), additionnée de simulations numériques variées, nous avons développé depuis plusieurs années des expertises dans différents domaines de l’acte de bâtir et de l’exploitation les bâtiments. Nos champs d’expertises s’articulent alors autour de thématiques suivantes :
- Caractérisation multi-physique couplée des matériaux de construction innovants et des parois complexes
- Formulation et durabilité de bétons éco-responsables
- Approche holistique de l’efficacité énergétique de l’habitat
- Optimisation du confort hygrothermique des occupants et de la qualité de l’air intérieur
Caractérisation multi-physique couplée des matériaux de construction innovants et des parois complexes.
Notre large parc de dispositifs de caractérisation multi-échelles des matériaux de construction et des parois complexes nous permet de proposer des protocoles expérimentaux complets d’identification des performances couplées (physico-morphologiques, mécaniques, thermiques et hygriques) des matériaux et enveloppes de l’habitat.
Nous développons également des dispositifs spécifiques pour répondre à un cahier des charges innovant, à différentes échelles. En effet, bien que la majorité de nos dispositifs portent sur la caractérisation à l’échelle du matériau. Nous offrons également la possibilité de tester des parois complètes, techniques et complexes (multi-couches et multi-matériaux) à échelle réelle, ainsi que les impacts de l’enveloppe sur le comportement d’un local avec la possibilité de tenir compte des différents facteurs environnementaux.
Notre démarche s’appuie également sur des simulations numériques pour étendre nos analyses et compréhensions des réponses complexes et fortement couplées des matériaux et structures. Nous possédons également une expérience riche en instrumentation in-situ, en sites occupés, afin d’adopter une démarche en conditions réelles pour diffusion et promotion de nos expertises à destination du grand public.
Formulation et durabilité de bétons éco-responsables.
Nous développons des formulations de bétons éco-responsables, valorisant au mieux des coproduits de l’agriculture et de l’industrie, pour limiter les impacts environnementaux des matériaux de construction et améliorer l’efficacité énergétique de l’enveloppe de l’habitat.
À ces fins, nous avons investi le champ des bétons de colza, de lin ou de chanvre pour privilégier les ressources ultra locales. Néanmoins, d’autres types de granulats sont étudiés : bio-sourcés (par exemple : alfa, argile, grignons d’olive ou encore miscanthus) – en fonction des partenariats et collaborations européennes et internationales -, ou carbonatés pour réduire les flux de déchets d’incinérateur enfouis et tendre vers le prolongement du recyclage et du ré-emploi de granulats à bétons porteurs.
Les formulations sont optimisées par adjuvantation et/ou renforcement physico-chimique. Nous étudions également le comportement mécanique de matériaux composites à forte valeur ajoutée et faibles impacts environnementaux pour le renforcement ou la réparation de l’ossature porteuse.
Approche holistique de l'efficacité énergétique de l'habitat.
Nous interrogeons la problématique du pilotage intelligent, autonome et automatisé de l’habitat au regard de la réponse thermique dynamique de l’enveloppe du bâtiment face aux sollicitations climatiques environnementales. Nous développons, de manière complémentaire, des technologies de rupture pour améliorer la performance hygrothermique de l’habitat soumis à des contraintes spécifiques telles les remontées capillaires ou autres dégradations liées à la présence excessive de l’humidité.
Notre démarche s’inscrit dans une approche holistique basée sur la prise en considération des systèmes de productions d’énergie afin de favoriser le mix énergétique efficient. Ces approches se basent sur le traitement de données massives, dynamique et en quasi temps réel, et sur l’auto-apprentissage des habitus de vie des occupants pour adapter le fonctionnement global de l’habitation.
Optimisation du confort hygrothermique des occupants et de la qualité de l'air intérieur.
En lien avec notre expertise précédente sur le pilotage intelligent du logement et le traitement de données massives et dynamiques, nous cherchons à optimiser le confort hygrothermique des occupants à l’aune du développement de modèles adaptatifs de confort en fonction des conditions environnementales internes et externes.
L’identification de la qualité de l’air intérieur vis-à-vis du développement de micro-organismes et autres sources d’émissions, notamment Composés Organiques Volatiles est également investie et exploitée grâce au développement de modèles de transfert de COV au sein des matériaux de construction. Pour répondre à ces enjeux, nous étudions et proposons des produits et solutions innovants et de rupture pour améliorer les conditions sanitaires de l’habitat et optimiser le confort.
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Projet majeurs : Valorisation d'éco-coproduits pour la construction durable et le confort des occupants.
Les enjeux environnementaux actuels nous incitent à exploiter de nouveaux matériaux de construction, plus respectueux de notre planète et permettant de réduire la dépense énergétique des bâtiments, tout au long de leur cycle de vie.
À ces fins, nous proposons la valorisation d’éco-granulats issus de coproduits de l’industrie lors d’opérations de construction durable. L’identification des propriétés morphologiques, mécaniques et thermiques de ces granulats démontre qu’ils peuvent intégrer une matrice liante afin de produire des bétons structures et/ou isolant avec des performances au moins équivalentes aux matériaux conventionnels.
Ainsi, en sus des nombreux avantages environnementaux liés notamment à la capacité de ces éco-granulats à stocker le CO2 et à limiter les flux de déchets enfouis, l’efficience énergétique de l’enveloppe des bâtiments, le confort hygrothermique des occupants et la qualité de l’air intérieur sont au coeur de nos préoccupations.
Projet SAPICO2 Recyclage de matériaux par absorption de dioxyde de carbone (programme INTERREG IVa - 2012-2015).
Ce projet commun s’appuie sur la réaction rapide du gaz carbonique (CO2) avec des résidus solides conduisant à la formation de granulats carbonatés. S’intégrant dans la démarche de l’éco-construction, le projet SAPICO2 a pour objectif de montrer l’intérêt économique et technologique de cette technologie innovante de part et d’autre de la Manche et de poser les bases pour la création d’un futur centre de transfert, de valorisation et de formation transfrontalier. Ce projet s’est appuyé sur la construction d’une usine entièrement opérationnelle dans le Suffolk et à abouti à la production globale artificielle de granulat recyclés à partir de cendres issues de l’incinération des déchets. L’agrégat produit est désormais utilisée dans la production de blocs de béton préfabriqués par le plus grand fabricant indépendant de bloc à maçonner au Royaume-Unis : Lignacite.
Consortium : Le pilotage du projet est assuré par un consortium réunissant plusieurs acteurs transfrontaliers dont l’Université de Greenwich (chef de file) et l’industriel Carbon8 System pour le versant anglais et le laboratoire des Technologies Innovantes (équipe MHT) de l’Université de Picardie Jules Verne en France.
Budget : 860 k€
Site web : https://www.gre.ac.uk/engsci/research/groups/sapico2
Projet BIP-COLZA Bétons Industriels Préfabriqués à partir de granulats de colza (programmes Région Picardie et ADEME).
Le projet BIP-Colza a pour objectif le développement d’éléments préfabriqués en béton de colza. Le broyage de pailles de colza permet de préparer des granulats, plus performants que ceux du chanvre ou du lin dans certains cas, pour l’obtention de bétons légers biosourcés très performants. En effet, des études préliminaires ont permis de formuler des bétons isolants de remplissage à minima aussi performants que les bétons de chanvre avec une ACV et un prix amélioré en raison d’une part, d’une réduction des quantités de liants nécessaires à l’obtention de performances équivalentes et d’autre part, d’un prix des pailles de colza inférieur à celui de la chènevotte (chanvre). Les coopératives agricoles impliquées dans le projet souhaitent ne pas se limiter aux produits de remplissage mis en œuvre sur chantier mais développer des produits industriels.
Consortium : Le CODEM a développé des séries de blocs de bétons de colza aux résistances mécaniques équivalentes aux exigences requises sur les éléments de maçonnerie traditionnelle. Ces développements ont été réalisés dans une étude initiée en 2011 avec Coopénergie dans le cadre du projet GRANUPAILLE. Le CODEM s’est alors associé au Laboratoire des Technologies Innovantes de l’UPJV, notamment grâce à une premier collaboration lors d’un précédent projet régional (ParATE1) portant sur l’étude de parois en béton de chanvre, de lin et de colza, à l’échelle 1. Enfin, Point P SA s’est intéressé tout particulièrement à cette recherche pour la création de produits pour l’habitat sous forme de blocs en ciment constitués d’agrégats à base de paille de Colza, afin d’explorer une nouvelle voie en vue de développer un habitat Eco-Responsable.
Budget : 660 k€
Projet EmiBio Émissions des matériaux biosourcés (programmes ADEME et Ministère de la Transition Ecologique 2018-2022).
Le recours aux matériaux biosourcés représente une alternative pertinente pour répondre au défi du dérèglement climatique. Ils sont de plus en plus utilisés dans le bâtiment, notamment dans l’isolation où la laine de bois, la ouate de cellulose, la paille, le chanvre. Ils constituent des alternatives prometteuses aux laines minérales et au polystyrène. Leurs propriétés tant en termes de tenue dans le temps que de performances thermiques et hygrothermiques en font des options séduisantes et plus durables, grâce au stockage carbone qu’elles offrent. Néanmoins, si les connaissances à leur sujet sont bien établies concernant les paramètres d’intérêt classiques pour la construction, elles restent un peu lacunaires pour ce qui est de l’influence des matériaux biosourcés sur la qualité de l’air intérieur, notamment en raison des additifs possibles (liants, biocides, retardateurs de flamme, etc.) et d’éventuels développements de micro-organismes, sources d’émissions notamment de composés organiques volatiles (COV).
Consortium : CEREMA (chef de file), Laboratoire des Technologies Innovantes de l’UPJV (équipe MHT), Université d’Artois, ARMINES, IMT Atlantique et IMT Lille-Douai
Budget : 660 k€
Site internet : https://www.cerema.fr/fr/actualites/emibio-projet-recherche-emissions-materiaux-biosources
Projet HygroPo-BBM Multi-scale approach of Hygrothermal and Pollutant Behavior of Bio-based Building Materials (programme ANR JCJC 20212024).
La qualité de l’air intérieure (QAI) et le confort hygrothermique revêtent des enjeux en santé et sont deux des éléments importants pris en compte dans la RE 2020. Le projet HygroPo-BBM propose une approche multi-échelle (micro-macro) pour étudier le comportement hygrothermique et chimique des matériaux de construction biosourcés qui sont renouvelables et répondent parfaitement aux enjeux du développement durable. La microstructure du matériau, les propriétés hygrothermiques et celles liées au piégeage des Composés Organiques Volatils (VOC), la capacité tampon « hydrique-VOC » seront mesurées, analysées et modélisées. Le lien entre le stockage/diffusion de vapeur d’eau et de VOC sera étudié avec pour finalité est de construire une base de données de VOCs à partir des propriétés hydriques disponibles dans la littérature. Les résultats obtenus permettent de développer de nouvelles formulations des bétons et d’optimiser la conception des bâtiments durables.
Consortium : Laboratoire des Technologies Innovantes de l’UPJV (équipes MHT et MIM), IMT Lille-Douai, LGPM CentraleSupelec, LIMBHA Ecole Supérieure du Bois, BEESL Syracuse University USA
Budget : 250 k€
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Projet majeurs : Ingénierie des produits innovants pour l'efficience énergétique de l'habitat.
Le pilotage intelligent des appareils thermiques (chauffage et climatisation) et de ventilation (assainissement de l’air intérieur) est également une préoccupation indispensable pour atteindre la construction de maison « zéro énergie ». La compréhension puis la prise en compte des interactions entre ces systèmes et l’enveloppe du bâtiment est un enjeu scientifique et technologique prioritaire.
Différentes études récentes portent sur l’identification de ces phénomènes pluridisciplinaires et la conception intelligente du bâti dans son intégralité : mode de chauffage, emplacement, fonctionnement intelligent, smart housing… Un florilège de solutions centralisées de pilotage dit intelligent des équipements électriques est actuellement proposé sur le marché de la construction mais avec des niveaux d’économies d’énergie peu rigoureux et rarement scientifiquement démontrés.
De nouveaux concepts de rafraîchissement d’été grâce à des systèmes aérauliques efficients ou autres sont également en phase de développement et pourraient conduire à une amélioration de la performance environnementale du bâtiment de demain. Ces solutions pourraient permettre de limiter l’utilisation de climatisation durant les périodes de surchauffe d’été. La mise en œuvre de toutes ces solutions technologiques devrait obligatoirement être couplée avec des systèmes de production d’énergie performants et respectueux de l’environnement.
En effet, en France, le paradigme de centralisation de la production d’énergie montre actuellement des limites rédhibitoires. L’énergie nucléaire représentait, en 2018, environ 80% de la production d’énergie primaire quand les énergies renouvelables en apportaient 20% (13% pour la biomasse, 4% pour l’hydraulique et 3% pour le solaire, éolien et géothermie). Le mix énergétique semble aujourd’hui être la solution idoine pour poursuivre le développement des énergies renouvelables (+50% depuis 1990).
Néanmoins, des efforts soutenus doivent encore être entrepris pour améliorer le rendement de ces centrales et permettre le stockage de l’énergie pour répondre à nos besoins sociétaux. Le futur modèle énergétique réside alors dans la production localisée d’énergie par des centrales de faible capacité. Ainsi, l’acte de construire du futur devra également s’adapter à ce changement de paradigme et présenter une production d’énergie locale, incluse dans la structure du bâtiment, en adéquation avec les besoins énergétiques du logement et notamment par le truchement de la gestion de données massives permettant au logement de se piloter elle-même. L’interaction entre la production d’énergie, les systèmes énergétiques du logement et les habitus de vie des occupants reste alors un champ d’investigations faiblement exploré.
Projet AliceTHERAnalyse, Intelligence et Communication des Equipements THERmiques du bâtiment (programme AliceTHER 2014-2017).
L’entreprise Noirot, spécialiste des équipements du confort thermique de l’habitat et l’université de Picardie Jules Verne souhaitent associer leurs compétences techniques et scientifiques au sein du projet AliceTHER afin de réduire de 20% la consommation en énergie des bâtiments résidentiels (Chauffage, ventilation, eau chaude sanitaire). Cet objectif sera atteint en effectuant les travaux de recherche nécessaires permettant à ces systèmes thermiques de mieux appréhender leur environnement via de nouveaux capteurs, de mieux communiquer entre eux pour partager les informations utiles et de bénéficier d’un intelligence globale permettant la minimisation de l’énergie consommée. Ainsi, pendant 3 ans, les équipes des deux partenaires travailleront en collaboration sur des sujets de thermique du bâtiment, de science des capteurs, de technologies de communication et d’algorithmie d’optimisation.
Consortium : Noirot (groupe MULLER), Laboratoire des Technologies Innvantes (équipes MHT et Si) de l’UPJV
Budget : 3.14 M€
Projet Intuitiv Research.
Le projet Intuitiv Research est donc un projet innovant, ambitieux et à la hauteur des exigences fixées par la COP 21 et la loi sur la transition énergétique. En effet, en plus de sa pluridisciplinarité (Big data, Data science, Aspect comportemental de l’utilisateur, Thermique du bâtiment, Qualité d’air, Optimisation énergétique active …), l’utilisateur/client devient un éco-citoyen actif grâce à un ensemble de conseils et la prise en compte simultanée des aspects de confort thermique, de qualité d’air intérieur et de développement durable. Ainsi, ce projet a pour ambition d’aboutir à des produits embarquant un ensemble d’algorithmes d’apprentissage et d’intelligence artificielle capable d’analyser les données issues de mesures effectuées dans les logements (capteurs de température ambiante, de luminosité, de bruit ambiant, de CO2, d’humidité, de détection de mouvement, et des données météo/réseau électrique…), mais également celles disponibles publiquement ou via un partenariat sur le Cloud. Cette innovation permettra d’optimiser le fonctionnement des équipements de chauffage, de production d’eau chaude sanitaire et de ventilation pour un confort global (thermique et qualité d’air intérieur), d’augmenter les économies d’énergie, et de favoriser l’intégration des énergies renouvelables, tout en mettant l’utilisateur au cœur du processus décisionnel.
Consortium : Noirot (groupe MULLER), Laboratoire des Technologies Innvantes (équipes MHT et SI) de l’UPJV
Budget : 2 800 k€
Projet GAHB Gestion Active de l'Humidité dans le Bâtiment (programme Région Picardie et FEDER 2017-2020).
Les signes d’humidité dans le logement touchent plus de 20% des ménages en France métropolitaine, et particulièrement les régions du Nord. Cette nuisance reste le problème n°1 de la qualité de l’habitat. Outre les désordres structurels, l’humidité est source d’inconfort, voire d’insalubrité, et constitue généralement un frein aux travaux de rénovation. L’objectif de ce projet est de permettre une rénovation énergétique durable du bâti, grâce à une gestion active de l’humidité dans les murs à l’aide d’un système aéraulique géré de façon intelligente. Ce dispositif, générant une ventilation de la lame d’air entre le mur porteur et l’isolant, est simple à mettre en œuvre, peu énergivore et garantit la durabilité du doublage thermique et de la structure (pas d’assèchement systématique), ainsi que la salubrité de l’ambiance.
Consortium : Laboratoire des Technologies Innovantes de l’UPJV (chef de file), Aéraulec, Humiconseil, Treenergy
Budget : 713 k€
Équipement de l'équipe Matériaux Habitat Transferts.
L’objectif de notre équipe est axé sur la valorisation des éco-matériaux de construction et l’optimisation de l’efficacité énergétique de l’enveloppe de l’habitat, ainsi que sur les interactions entre l’enveloppe, les équipements, la qualité de l’air et le confort des occupants. Une approche multi-physique et multi-échelle est proposée au travers de la formulation et de la caractérisation expérimentale des matériaux de construction et des parois composites multi-couches.
Cette approche est complétée par l’étude du comportement dynamique in-stationnaire de l’enveloppe du bâtiment, tant au niveau expérimental qu’au travers de la modélisation et la simulation numériques.
Caractérisation physique et morphologique
- Laboratoire de fabrication des matériaux de construction
- Laboratoire de caractérisation expérimental des granulats et liants
- Cellule triaxiale, Boite de cisaillement, Œdomètre, Perméamètre a charge constante et variable.
Caractérisation mécanique
- Presses électromécaniques de 50kN à 250kN pour des mesures de traction, de compression et de flexion
- Presses hydauliques de 300kN à 2600 kN pour essentiellement des mesures en compression
- Banc de flexion de 3.5 m
- Capteurs associés : force, déplacement (LVDT, potentiomètres), déformation (jauges électriques et extensomètre)
- Centrales d’acquisitions à très hautes fréquences
Caractérisation thermohygrique
- Thermographie infrarouge
- Plaque chaude gardée pour mesure de la conductivité thermique (Taurus)
- Boite chaude gardée pour mesure de la conductivité thermique effective et de la résistance thermique de parois multi-couches
- Méthodes fluxmétriques et sinusoïdales pour l’identification des principales propriétés thermiques des matériaux
- Local de sorption thermo-régulé pour l’identification des isothermes de soption par la méthode des dessicateurs
- Enceintes climatiques hygro-thermo-régulées
- Dynamic Sorption Vapor (Modèle ProHumid Vsorp avec Kit de perméabilité SPS et mesure d’objets larges)
Plate-forme d'essais à l'échelle de la paroi et du local
- Caissons climatiques pour l’analyse du comportement thermohygrique de parois et de la réponse du local. Les faces des parois sont sollicitées de façon dynamique et couplé en température et humidité afin de reconstituer le climat extérieur (climat tempéré) et une ambiance intérieure. Dans la cellule intérieure, les taux de ventilation et polluants peuvent être contrôlés afin de solliciter des parois de 2 x 2 mètres.
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L'équipe Matériaux Habitat et Transferts
Notre équipe spécialisée est composée de 9 permanents et 3 chercheurs associés et 8 doctorants.
Coordonateur et permanents
- Geoffrey PROMIS – Coordonateur – Maître de Conférences HDR (60e section) / email – profil
- Amar BENAZZOUK – Permanent – Maître de Conférences (60e section) / email
- Haykel BEN HAMED – Permanent – Maître de Conférences HDR (60e section) / email – profil
- Omar DOUZANE – Permanent – Maître de Conférences (60e section) / email –
- Lorena FREITAS DUTRA – Permanent – Maître de Conférences (60e section) / email
- Laurent LAHOCHE – Permanent – Professeur des universités (60e section) / email – profil
- Laurent MARMORET – Permanent – Maître de Conférences HDR (62e section) / email – profil
- Frédéric ROSQUOET – Permanent – Maître de Conférences (60e section) / email – profil
- Anh Dung TRAN LE – Permanent – Maître de Conférences (60e section) / email – profil
Doctorants
- Suzanne DAHER – Doctorante (60e section) / email
- Mohamed HAMADOU ALI – Doctorant – ATER (60e section) / email
- Ines LABAIED – Doctorante – Bourse région (60e section) / email
- Maya MAJJ OBEID – Doctorante – Contrat région (60e section) / email
- Mélissa OMEME ADA – Doctorante – ATER (60e section) / email
- Redouane ZERROUKI – Doctorant (60e section) / email
- Nils FRANTZ – Doctorant (60e section)
- Fatia – Doctorante (60e section)