Maçonnerie lumineuse : l’alliance entre l’esthétique et l’isolation

Les briques de verre sont appréciées depuis longtemps dans l’architecture pour apporter plus de lumière dans les bâtiments. Mais jusqu’à présent, elles ne convenaient pas aux murs porteurs et n’isolaient pas bien. Une équipe de l’Empa a maintenant développé une brique de verre translucide et bien isolante grâce à l’aérogel, qui permet même de réaliser des éléments porteurs. Il est ainsi possible de construire des murs esthétiques et translucides qui réduisent le besoin d’éclairage artificiel à l’intérieur du bâtiment.

Les éléments de construction vitrés sont une méthode très appréciée en architecture pour faire entrer la lumière dans un bâtiment. Cela permet de mieux utiliser la lumière du jour, respectueuse de l’environnement, et de réduire la quantité d’éclairage artificiel nécessaire. Toutefois, pour maximiser cet avantage, les éléments en verre doivent, dans la mesure du possible, être utilisés pour construire des murs entiers pour l’enveloppe du bâtiment, ce qui suppose que les éléments disposent d’une isolation thermique efficace et qu’ils puissent supporter une certaine charge – une combinaison qui n’était pas disponible sur le marché jusqu’à présent.

Les aérogels de silice sont des isolants thermiques haute performance qui sont de plus en plus répandus dans le secteur de la construction. Les plus courants sont les nattes et les enduits isolants opaques. Le chercheur de l’Empa Jannis Wernery et ses collègues du département « Building Energy Materials and Components » ont eu l’idée dès 2017 d’intégrer l’isolant directement dans un élément de construction et ont présenté une brique d’un nouveau genre remplie d’aérogel, appelée « Aerobrick ». Grâce à son excellente isolation thermique, cette brique permet d’économiser des frais de chauffage – sans couche d’isolation supplémentaire appliquée sur la maçonnerie.

Mais l’aérogel peut aussi être presque transparent, ce qui permet d’obtenir un système de construction translucide et isolant. Pour en tirer parti et améliorer encore les performances d’isolation de « l’ Aaérobrick », Wernery, Michal Ganobjak et Cie ont mis au point un nouvel élément de construction modulaire à base de verre flotté et de granulés d’aérogel de silice, qui combine les deux propriétés – il est translucide et isolant : le bloc de verre en aérogel.

Les briques de verre remplies de granulés d’aérogel translucides permettent de construire des éléments de façade esthétiques et même porteurs, qui laissent entrer la lumière du jour sur une grande surface. Les chercheurs de l’Empa ont obtenu cette combinaison de résistance, d’isolation et de transmission de la lumière grâce à des entretoises décalées entre les feuilles de verre à l’intérieur de la brique de verre, qui garantissent la stabilité statique avec un transfert de chaleur minimal.

La brique de verre a une conductivité thermique mesurée de 53 mW/(m∙K) et une résistance à la compression de près de 45 MPa. Il s’agit de la plus grande capacité d’isolation d’une brique que l’on puisse trouver dans la littérature spécialisée, et a fortiori sur le marché. S’y ajoute en même temps la propriété de transmission de la lumière.

De multiples applications en vue

La brique de verre aerogel convient aux applications qui exigent à la fois un apport élevé de lumière naturelle, une protection contre l’éblouissement et une protection de la vie privée, par exemple dans les bureaux, les bibliothèques et les musées. Un aspect important est qu’une enveloppe de bâtiment constituée de telles briques de verre relie l’intérieur du bâtiment à l’extérieur en ce qui concerne la lumière du jour. Cela peut avoir un effet positif sur le rythme circadien des utilisateurs du bâtiment. Les applications possibles sont par exemple

• les pièces qui ne doivent pas avoir de contact visuel avec l’extérieur, par exemple pour des raisons d’intimité, de sécurité ou pour éviter les perturbations, mais qui doivent néanmoins laisser pénétrer la lumière naturelle diffuse à l’intérieur, comme les bibliothèques, les galeries, les musées, les foyers, les bureaux, les noyaux de cages d’escalier, les gymnases, les salles polyvalentes, les maisons d’habitation ou les ateliers d’art

• les espaces où la lumière du jour est nécessaire à un rythme circadien sain, comme les foyers, les hôpitaux et les sanatoriums, mais aussi les zoos, les écuries et les élevages d’animaux, et voire les serres

• les lieux où il faut apporter un maximum de lumière naturelle et économiser de l’espace, par exemple dans les quartiers urbains densément construits avec des immeubles et de nombreux appartements en ville.

• Éléments architecturaux tels que les murs Trombe dans l’architecture solaire, dans les cours intérieures ou les atriums, qui génèrent de la chaleur à partir du rayonnement infrarouge de la lumière du soleil.

Une analyse des coûts des matériaux montre que la brique de verre isolante peut être tout à fait compétitive dans de telles applications. La brique de verre offre donc à l’architecture de nouvelles possibilités de conception pour augmenter la lumière du jour dans les bâtiments – et ce aussi bien pour les nouvelles constructions que pour les rénovations. Les chercheurs ont entre-temps déposé une demande de brevet pour la brique de verre en aérogel et sont à la recherche de partenaires industriels potentiels.

Le projet est soutenu par la Fondation Velux, projet n° 1440 sur le développement d’une brique de verre translucide hautement isolante pour l’apport diffus de lumière naturelle. L’idée du projet a été élaborée avec le soutien du programme Horizon 2020 Research and Innovation de l’Union européenne dans le cadre des Actions Marie Skłodowska-Curie, contrat n° 746992.

Auteur : REMIGIUS NIDERÖST

Littérature
M Ganobjak, WJ Malfait, J Just, M Käppeli, F Mancebo, S Brunner, J Wernery; Get the light & keep the warmth – A highly insulating, translucent aerogel glass brick for building envelopes; Journal of Building Engineering (2023): https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.105600

Crédit image / EMPA / Légende : Un mur entier en briques de verre aerogel apporte la lumière du jour de l’extérieur à l’intérieur – ainsi que ses effets positifs sur les habitants – tout en étant hautement isolant. Image: Empa

En savoir plus : ici