Le domaine des matériaux biosourcés connaît une mutation profonde, portée par la nécessité de conjuguer performance technique et respect de l’environnement. Au cœur de cette transition, le traitement de surface des fibres naturelles, et plus particulièrement du chanvre, représente un enjeu majeur pour les industries du bâtiment et des matériaux avancés. Le CREPIM met à disposition plusieurs technologies de traitement de surface dans le cadre de projet de développement, permettant ainsi de transformer une fibre brute en un matériau aux propriétés optimisées.
Les technologies de traitement de surface : l'apport du plasma atmosphérique
La technique plasma à pression atmosphérique est une solution innovante de traitement de surface utilisée dans de nombreux domaines industriels. Le CREPIM est équipé de la technologie plasma atmosphérique à arc soufflé. Celle-ci vise à modifier les propriétés de surfaces de nombreux matériaux tels que les textiles, les fibres végétales, les métaux, les polymères ou encore les composites. Le plasma atmosphérique présente une alternative économique car elle apporte la protection de surface en couches minces ou épaisses (inférieures à 50mm). L'activation de la surface et le greffage d'espèces actives conduit à une modification de nombreuses propriétés, par création d'interfaces réactives entre un substrat polymère et le précurseur chimique.
Outre cette technologie de pointe, le CREPIM propose également des techniques de dépôt par Hand Coater et de pulvérisation par pistolet pour apporter des propriétés de résistances au feu aux matériaux. Ces méthodes permettent d'adapter précisément la réactivité de surface de la fibre de chanvre, facilitant ainsi son intégration dans des matrices polymères ou son traitement ignifuge, répondant aux exigences normatives strictes du secteur du bâtiment.
De la culture à la fibre : le cycle de vie du chanvre
Le chanvre est une plante cultivée pour ses fibres (filasse) et ses graines (chènevis). Le chanvre est cultivé dans de très nombreux pays, avec une grande variété de conditions climatiques. Grâce à un rendement rapide - la plante atteignant sa pleine maturité en 90 à 120 jours - il est possible de produire cet isolant à base de fibres très facilement. Le chanvre ne nécessite pas de pesticides ou d’insecticides. Il consomme très peu d’eau, ce qui se traduit par une empreinte environnementale faible pour sa culture.
Afin d’obtenir de la laine de chanvre (qui fait partie des matériaux isolants naturels), il est nécessaire de cumuler plusieurs opérations sur la paille de chanvre récoltée : le rouissage (élimination des pectines) se déroule dans les champs et est suivie par une période d’attente pour obtenir un taux d’humidité adapté à l’exploitation des bottes. On rouissait le chanvre afin de récupérer les fibres du chanvre. Cette étape consistait à immerger ou mettre en contact d'eau des tiges de chanvre entre 4 et 12 jours afin de laisser pourrir (=rouir) les parties les plus tendres non ligneuses et de ne conserver que les fibres. Cette étape pouvait se faire dans des eaux calmes (mares) ou courantes (ruisseaux). Dans ce dernier cas, le rouissage était lent mais les fibres obtenues étaient solides et presque blanches. Il est également possible d'étendre les branches sur un pré afin qu'elles subissent la rosée. On évitait de rouissir le chanvre dans les rivières qui risquaient d'être polluées. Les branches étaient ensuite séchées naturellement pendant 15 à 20 jours ou étaient séchées dans un four à chanvre où elles étaient disposées sur des claies au dessus d'un feu.
Le défibrage de la tige s'effectue maintenant mécaniquement. On procède alors à la séparation de la fibre et de la moelle (chènevotte) à l’aide d’un défibreur. Pour un hectare de chanvre, il y a environ 30 à 40m² de chènevotte produits. Lorsque sa consistance le permet, la paille de chanvre est découpée puis envoyée en défibrage. Selon la qualité de l’isolant désiré mais aussi son emploi, on conserve certaines fibres qui sont ensuite nettoyées puis plaquées ensemble avant cuisson pour obtenir des rouleaux ou des panneaux (la laine de chanvre est également disponible en vrac pour être soufflée).
Applications industrielles et performances des isolants biosourcés
Le chanvre est un matériau utilisé depuis longtemps et pour des applications diverses et variées : cordage pour bateaux, papiers et billets de banque, etc. Aujourd’hui, on trouve du chanvre dans certains produits d’isolation de bâtiments. Les qualités de ce matériau en font un très bon isolant thermique et phonique, hiver comme été. Dès la fin des années 1980, les mélanges de chaux-chènevotte sont apparus comme une alternative aux isolants industriels tels que les laines minérales, les polystyrènes et polyuréthanes peu satisfaisants (risque d'incendie, tassements, note environnementale moyenne ou médiocre). Ce mode d'isolation est appelée laine de chanvre.
L’isolation en chanvre est composée de fibres souvent entrelacées avec d’autres matières comme des fibres de lin, de polyester ou de kénaf (plantes textiles dont la fibre possède des caractéristiques proches de celles du jute). Les isolants à base de chanvre sont disponibles sous plusieurs formes. Les rouleaux et les panneaux semi-rigides sont à préférer pour leur polyvalence. En effet, en vrac, la laine de chanvre a tendance à se tasser… ce qui ne lui permet pas d’être utilisée pour l’isolation des murs. Elle est à réserver aux surfaces parfaitement horizontales.
La fabrication des isolants PU ► Visite de Knauf ISBA
Outre cet usage écologique du chanvre dans le secteur du bâtiment, on trouve maintenant du chanvre sous nos pieds. Les recherches ont révélé que le chanvre, mélangé à du ciment et à de l’eau, consolide la « couche de forme », utilisée entre le sol et l’enrobé bitumineux. Ce mélange permet alors de construire des routes plus résistantes que celles construites traditionnellement.
Vers une filière durable et locale
Le chanvre est un matériau rapidement renouvelable, recyclable et compostable. D’origine végétale, c’est une solution durable pour un logement plus responsable. En fabriquer soi-même n’est pas possible car le processus demande des équipements adaptés et des machines spécifiques. Une approche exemplaire est celle de Cavac Biomatériaux qui propose un process innovant du champ au chantier : le chanvre est cultivé par les agriculteurs de la coopérative Cavac en Vendée, à proximité du site industriel (rayon de 100 Kms) d’où de faibles émissions de CO² pour le transport jusqu’à l’usine.
Cette structuration de filière courte, combinée aux capacités techniques de traitement de surface comme celles développées par le CREPIM, permet d'envisager une utilisation accrue des fibres de chanvre dans des secteurs toujours plus exigeants. L'intégration de la science des matériaux, du greffage chimique par plasma et de la gestion responsable des ressources agricoles définit le futur de la construction biosourcée, transformant une plante traditionnelle en un pilier de l'économie circulaire.