Durabilité des performances

Objectiver la qualité d’une mise en œuvre et l’implication de l’ensemble de la filière

Connaissons-nous réellement l’espérance de vie d’un composant installé dans un bâtiment ? Quels sont les facteurs expliquant la dépose ?

 

Les motivations de dépose d’un composant peuvent tenir à la fois d’une inadéquation entre les matériaux utilisés et les agressions prévisibles, d’une problématique de mise en œuvre, d’une obsolescence technique ou esthétique ou d’une interaction complexe entre les durées de vie de chaque produit composant un ouvrage.

Durabilité ou durée de vie en service ?

Il convient de distinguer les notions de durabilité et de durée de vie, ou « durée de vie en service ». La durabilité correspond à la durée de vie maximale attendue par un composant intégré dans un ouvrage particulier en conditions normales d’utilisation. Sauf circonstances exceptionnelles, la durabilité d’un composant donné est donc supérieure à sa durée de vie en service.

Or, c’est cette durée de vie en service qui va conditionner nos impacts réels sur l’environnement. Généralement issue de valeurs types proposées dans les référentiels normatifs, elle est déclarée par le fabricant et il n’existe pas de méthodes scientifiquement robustes permettant de justifier d’une durée de vie en service réelle supérieure aux valeurs types. La connaitre et la maîtriser est donc nécessaire pour modérer durablement nos impacts environnementaux et fournir aux différents acteurs les clefs pour la prolonger en mobilisant des logiques d’éco-conception, de recyclage ou de réemploi.


Prédire la durabilité

La prédiction de la durabilité des composants est une étape qui peut sembler plus simple. Elle se limite en effet à une phénoménologie de dégradations physico-chimiques dans un cadre d’exposition « normale » a priori prévisible et excluant de facto toute notion d’intervention humaine beaucoup plus difficile à appréhender (mise en œuvre, maintenance, obsolescence…).

Il existe, pour chaque type de produit du bâtiment, des protocoles de vieillissement accéléré en laboratoire. Cependant, de nombreux verrous demeurent, à commencer par le fait que l’ensemble des protocoles de vieillissement accélérés ont été conçus afin d’éviter les pathologies dans un cadre assurantiel donné, et non pour prédire une durabilité effective. Il est ainsi difficile d’extrapoler le comportement d’un produit en condition sévérisée et d’en déduire une durabilité équivalente en conditions normales d’utilisation.

De plus, le bâtiment étant par définition multi-matériaux, il est crucial de pouvoir déduire la durabilité d’un assemblage de produits à partir des durabilités individuelles de chacun de ses composants. De la même manière, certains phénomènes de dégradation lente ne sont appréhendables qu’à l’échelle de l’ouvrage et pas du matériau.

Enfin, l’évolution en cours sur la nature des matériaux intégrés dans le bâtiment couplée aux évolutions climatiques probables rend nécessaire une interrogation en profondeur des protocoles de vieillissement accéléré existant et plaide pour la conception de méthodologies scientifiquement robustes permettant d’estimer rigoureusement la durabilité.


Question posée à la recherche

La présence d’eau est le phénomène de dégradation le plus impactant dans le bâti. Or, nous manquons de connaissances scientifiques robustes permettant de prédire les risques pour certains phénomènes complexes liés à l’humidité (développement fongique ou remontées capillaires). De plus, la massification de la rénovation du bâti ancien, l’utilisation accrue de composants biosourcés ou géo-sourcés et, potentiellement, un recours plus fréquent au refroidissement par climatisation des logements, accroissent considérablement ces problématiques. D’autant plus que nous souffrons d’un manque de retour terrain.

Pour connaitre la durée de vie en service, il est essentiel de pouvoir capitaliser des données issues du terrain : durée de vie en service moyenne, volumes déposés versus volumes neufs installés, raison de la dépose, conditions identifiables d’une durée de vie en service supérieure à la moyenne (zone climatique, conditions d’usage, maintenance, entretien et réparabilité partielle…).

La mise en œuvre des composants est un paramètre clef dans l’atteinte d’une durée de vie effective en service importante (maintien des performances essentielles du produit installé, durabilité des composants).

Objectiver la qualité d’une mise en œuvre sur le terrain et évaluer l’implication de l’ensemble des acteurs de la filière concernés est donc essentielle.


Originalité et apport scientifique

Le projet capitalise les connaissances expertes qualitatives des différents modes de dégradation les plus critiques par famille de composants et analyse les interactions entre les différents produits constituant un même composant.

Une grille d’analyse qualitative sera partagée avec la filière afin d’évaluer, en phase de conception, la durée de vie potentielle des différents produits et ainsi donner les leviers permettant de l’améliorer.

Pour les composants les plus sensibles à la mise en œuvre, des outils de contrôle/auto-contrôle simples seront proposés ainsi qu’une grille d’analyse qualitative permettant d’évaluer a priori la robustesse à la mise en œuvre d’un composant.

Le projet aboutira ensuite à une méthodologie permettant de concevoir et de valider des protocoles de vieillissement accéléré adaptés aux spécificités des matériaux, pour un domaine d’emploi donné, et aux évolutions climatiques probables. L’ambition de ces protocoles est de déduire une durabilité effective en conditions normales d’utilisation, via des essais optimisés en nombres et durées.

Par une logique partenariale avec les acteurs de la gestion du parc et du réemploi, le projet ambitionne également de construire, à terme, un observatoire de la durée de vie en service des différents composants via la collecte et l’analyse de données terrain sur les déposes.

L’objectif sera également de fournir les outils permettant de mesurer facilement les performances essentielles de certains produits lors des déposes, mais aussi d’estimer leurs performances initiales probables pour en déduire leur état de dégradation objectivée.

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Enfin, la présence d’eau étant le phénomène de dégradation le plus impactant dans le bâti, des résultats seront attendus pour :

  • mieux comprendre certains couplages complexes : dynamique et criticité des phénomènes de développement fongique, remontées capillaires et leurs interactions avec l’humidité des sols, en particulier en lien avec les phénomènes de retrait-gonflement d’argiles et certaines solutions de remédiation…
  • développer et valider des outils permettant de prédire les risques liés à l’humidité : codes scientifiques de calcul couplant transfert diffusifs et convectifs, développement fongique et, dans un second temps, de disposer d’une évaluation fiabiliste du risque ;
  • développer des outils de diagnostic permettant de mesurer sur le terrain les conditions d’humidité des différents composants ;
  • construire, en partenariat avec les acteurs de la gestion du parc et les assureurs, une méthodologie permettant d’élargir le retour d’expérience terrain en lien avec la sinistralité.

Démarches

Un premier verrou sémantique réside dans le manque de définition commune d’un « composant » et de la notion de « criticité » en sens de la durée de vie dudit composant. Une ontologie partagée permettra de capitaliser et de documenter la connaissance experte, tout en reliant ces objets à des bases de données et des méthodes de calcul (TYPY, BTPFlux…).

Une prédiction fiable de la durabilité des composants nécessite à la fois des données issues du terrain, ou de site d’exposition, en conditions réelles et de nombreux essais en laboratoire. Il s’agira, avec nos partenaires académiques, d’extrapoler une durabilité probable associée à une marge d’incertitude sur la base d’une méthode statistique à construire. Il deviendra alors possible de garantir une durabilité type pour un produit donné dans des conditions d’usage définies, en particulier pour un type de produit innovant ne disposant pas d’un retour d’expérience terrain significatif.

Pour répondre au double enjeu de la qualité de mise en œuvre sur le terrain et l’implication de l’ensemble des acteurs de la filière concernés sur ce sujet clef, le projet est découpé en plusieurs lots de travail :

  • identification des composants critiques en termes de durée de vie ;
  • objectivation de la robustesse des composants à l’opération de mise en œuvre, 
  • création de l’observatoire de la durée de vie en service ;
  • prédiction de la durabilité ;
  • prédiction des aléas liés à la présence d’eau.

Livrables du projet

Méthodologie de prédiction de la durabilité

Protocole de vieillissement accéléré permettant de prédire la durabilité d’un composant dans un domaine d’emploi donné, à destination des fabricants de produits / composants innovants.

Méthodologie de prédiction du risque de développement fongique

Méthodologie croisant simulations et essais, permettant d’évaluer le risque de développement fongique dans les parois et la criticité de ce risque s’il survient, à destination des fabricants de produits/composants, des concepteurs d’ouvrages, des MOE et des contrôleurs techniques.

Indicateur qualitatif de durée de vie potentielle

Grille d’analyse permettant d’estimer un indicateur qualitatif de durée de vie en service potentielle d’un produit, à destination des fabricants, des concepteurs d’ouvrages, des MOA, des gestionnaires de parc, des exploitants.

Méthodes de mesures des performances essentielles lors des déposes

Outils de mesure permettant d’estimer les performances essentielles des certains composants lors des déposes, à destination des acteurs du réemploi (plateformes de reconditionnement…) et des assureurs.

Un observatoire de la durée de vie en service

Base de données permettant de capitaliser toutes les données liées aux déposes (volume, raison de la dépose, paramètres influents, dégradations mesurées…) associée à un rapport d’analyse annuel, à destination des gestionnaires de parc, des exploitants, des MOA, des acteurs du réemploi, des fabricants, des MOE et des pouvoirs publics.

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Nos maisons sont vivantes. Comme nous, elles s’abîment lentement au rythme des saisons, certains organes plus rapidement que d’autres, et elles sont parfois atteintes de différentes pathologies. Nous puisons dans notre environnement les ressources nécessaires à notre propre survie, mais également à celle de nos habitats, pour construire et remplacer les composants défaillants. Nos maisons peuvent être des ogres qui engloutissent des ressources naturelles qui se raréfient pour assurer leur survie. Mais si nous parvenons à comprendre et à agir sur la durée de vie de leurs principaux composants, nos maisons nous survivrons sur plusieurs générations !

Rémi BOUCHIÉ
Responsable de la division Recherche et Expertise sur les composants d’Enveloppe du Bâtiment

Moyens et méthodes engagés

Compétences mobilisées au CSTB

  • évaluation ;
  • scientifiques (transferts de chaleur et de masse, mécanismes de croissance fongique, autres mécanismes de dégradations) ;
  • économie circulaire et réemploi ;
  • ingénierie environnementale ;
  • développement (modèles de données, codes scientifiques métier sur les transferts couplés) ;
  • analyse de données ;
  • optimisation de plan d’expérience ;
  • prédiction statistique type réseau bayésien.

Laboratoires d’essai

  • à l’échelle matériaux pour concevoir / réaliser des protocoles de vieillissement accélérés adaptés ;
  • à l’échelle composant pour évaluer la robustesse à la mise en œuvre et l’intensité des défauts (banc AEV, boite chaude gardée).

Nos partenaires

international council for research and innovation in building and construction
PN Terre
ADEME
RESTORE
RILEM
ANR
SEREINE
SITOWIE

Fiche d’identité du projet

Budget

700 k€/an

Programmation

2022
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État de l’Art
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2022
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Analyse de criticité de la présence d’eau dans les ouvrages


2023
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État de l’Art consolidé
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2023
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Analyse de criticité consolidée
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2024
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Preuve de Concept
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2024
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Preuve de Concept
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2025
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Prédictions des risques et outils terrain
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2025
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Preuves de Concept
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2025
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Méthodologie mesure des performances essentielles de produits lors des déposes
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2026
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Diagnostic de mise en œuvre et observatoire durée de vie en service
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2027
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Prédiction fiabiliste de la durabilité et retour terrain opérationnel
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Méthodes d’analyse de criticité et sur les méthodes de prédiction de la durabilité

Protocole de vieillissement accéléré, potentiel d’application à l’évaluation de la durabilité et méthodes de diagnostic terrain pour évaluer la criticité liée à la présence d’eau

Composants de second œuvre (enveloppe, sols, fenêtres…)

Conception d’une méthode robuste permettant d’estimer la durabilité d’un type de produit à partir d’essais en laboratoire et méthodologie de prédiction du risque de développement fongique

Indicateurs qualitatifs de durée de vie en service potentielle et de robustesse à la mise en œuvre 

Première version d’un outil de simulation de transfert couplé thermo-hygro-aéro permettant d’évaluer les risques liés à l’humidité de manière déterministe

Méthodologie de monitoring pour détecter signaux faibles précurseurs de pathologie, méthodologie de détection non intrusive de la teneur en eau

Première version

  • Indicateurs qualitatifs de durée de vie en service potentielle et de robustesse à la mise en œuvre : versions finales
  • Synthèse des protocoles de contrôle / autocontrôle existants pour garantir les performances à réception
  • Première version d’un observatoire de la durée de vie en service

  • Méthode de prédiction fiabiliste de la durabilité mature
    • Version finale d’un outil de simulation de transfert couplé thermo-hygro-aéro permettant d’évaluer les risques liés à l’humidité de manière fiabiliste
  • Méthodologie de mesure des performances essentielles de produits lors des déposes mature
  • Observatoire de la durée de vie en service mature : premier rapport annuel à destination de la filière
  • 2022
  • 2022
  • 2023
  • 2023
  • 2024
  • 2024
  • 2025
  • 2025
  • 2025
  • 2026
  • 2027
2022
2027

Les bénéfices de ce projet de recherche sont multiples. Connaitre, maîtriser et, in fine, rallonger la durée de vie en service des composants du bâtiment permet, en premier lieu, d’éviter des impacts environnementaux dus à leur fabrication et à leur transport.


L’objectif est également de fournir aux concepteurs de composants des outils fiables permettant de prédire la durabilité et, potentiellement, d’estimer le risque probabilisé pour éclairer la prise de décision. 

Cela donne également la possibilité à un gestionnaire de parc de prédire au plus juste les opérations de remplacement des composants et, aux autres acteurs (fabricants, artisans, MOE…), de connaitre les leviers de dépose pour optimiser leurs conceptions, réalisation, contrôles. Ce projet doit aussi permettre d’évaluer les performances résiduelles et de nourrir les méthodes de prédiction de la durabilité en données terrain.


Enfin, l’amélioration de la fiabilité des analyses de cycle de vie (ACV), en proposant des taux de remplacement plus réalistes par familles de composants et en fournissant des dispositions pour déroger aux valeurs types utilisées, est également visée.


Pour les gestionnaires de parc et les exploitants, il s’agit de fiabiliser les interventions de maintenance et d’entretien ainsi que de connaitre la durabilité résiduelle (i.e. le niveau d’obsolescence) de leurs composants. 

Les MOA, AMO et MOE verront leur choix de solutions effectivement durables dans le temps pour limiter les coûts de maintenance facilité. Les  fabricants et concepteurs d’innovations pourront quant à eux comprendre les déterminants de la durabilité de leurs produits et les optimiser en conséquence, concevoir des composants optimisés en termes de durée de vie en service versus durabilité (i.e. ne pas mettre un effort démesuré sur la durabilité d’un composant qui sera déposé rapidement pour des raisons esthétiques…) et développer des outils pour l’éco-conception en anticipant, par exemple, le démontage du « maillon faible » d’un assemblage.

Les assureurs et contrôleurs techniques pourront mieux objectiver la prise de risque avec des données probabilisées des dégradations sur différents horizons temporels, pour éclairer la prise de décision quant à l’assurabilité de procédés innovants.

Enfin, cela donnera aux acteurs du réemploi de connaitre la durée de vie en service des composants, d’affiner la prédiction des flux de dépose et de connaitre la durabilité résiduelle pour convaincre les assureurs de la faisabilité d’un réemploi.

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