Laine de verre

La laine de verre est un matériau isolant de consistance laineuse obtenu par fusion à partir de roche, de verre ou de laitier (norme PR EN ISO 9229). Elle a été inventé, en 1938, par Russell Games Slayter, d'Owens-Corning, depuis elle est utilisée abondamment pour l’isolation thermique, acoustique et pour la protection incendie de tous types de bâtis. Sa production maîtrisée, des matières premières aux produits finis, fait appel à des technologies en constante évolution. Elle participe au confort, à la sécurité des personnes et à la protection de leur environnement. En France, elle répond aux objectifs du Grenelle et du label Bâtiment de basse consommation.

C’est à partir de certaines éruptions volcaniques des îles du Pacifique Sud, donnant lieu à des dépôts de flocons de roche sur le sol et les arbres, que les habitants de ces îles eurent l’idée de s’en servir pour protéger leurs maisons. Dès la plus haute antiquité, Phéniciens et Égyptiens savaient obtenir des fils de verre en plongeant une baguette métallique dans un creuset contenant du verre en fusion et en la retirant rapidement. La première communication officielle sur la fibre de verre date du XVIIIème siècle. L’auteur en est le physicien et naturaliste français Antoine de Réaumur (1713). Plus tard, aux environs de 1880, apparurent les premières fibres industrielles réalisées à partir d’une matière minérale, des scories de haut fourneau.

Jusqu’au début du XXème siècle, la fibre de verre demeura cependant une curiosité. Puis, en quelques années, les précurseurs de l’industrie de l’isolation, parvinrent à simuler industriellement l’éruption volcanique et à liquéfier la roche pour lui conférer les propriétés isolantes de la laine. D’autres, à partir de l’écoulement d’un filet de verre fondu sur un jet de vapeur réussirent à obtenir un « coton de verre », origine probable de son utilisation comme isolant thermique.

Le développement accéléré des pays industrialisés a ensuite entraîné des besoins accrus de produits isolants.

Aujourd’hui, la laine minérale de verre et de roche apportent aux consommateurs des réponses performantes à leurs attentes d’économies d’énergie, de confort, de calme, de sécurité incendie et de protection de l’environnement.

La laine de verre est un matériau élaboré à partir des principales matières premières suivantes :

- naturelles :

• sable,
• fondants (calcaire, dolomie ...) qui permettent l'abaissement de la température de fusion du verre.

- issues du recyclage :

• verre recyclé ou calcin,
• rebuts de production.

L’élaboration de la composition exige des soins tout particuliers : contrôle physico-chimique, et mélange parfaitement homogène. Cette composition est introduite dans un four verrier fonctionnant soit au gaz, soit à électricité.

En sortie du four, le verre en fusion s’écoule à une température d’environ 1 050 °C pour alimenter les têtes de fibrage. Les fibres résultent du passage du verre au travers des trous d’une couronne métallique, «assiette», animée d’un mouvement de rotation extrêmement rapide, un peu comme pour la fabrication de la «barbe-à-Papa». Après ce premier étirage horizontal par centrifugation, les fibres sont étirées verticalement sous l’action thermique et mécanique d’une couronne de brûleurs. Les fibres sont rapidement refroidies avec de l’air. Après pulvérisation d’un liant (encollage), elles sont collectées par aspiration sur un tapis pour former un matelas de laine. Ce matelas traverse une étuve où un courant d’air chaud assure la polymérisation du liant et le rend stable. Pour certains produits, des revêtements sont collés ou cousus sur la laine de verre. Les caractéristiques dimensionnelles et pondérales des produits finis sont ajustées au travers de réglages et découpes effectués sur la ligne. Les produits sont enfin conditionnés avant expédition.

Les bases des fibres de verre pour le textile sont la silice, SiO₂. Dans sa forme pure, elle existe en tant que polymère, (SiO₂)_n. Il n'a pas de véritable point de fusion mais s'amollit au-delà de 2 000 °C, température à laquelle il commence à se dégrader. À 1 713 °C, la plupart des molécules peuvent se mouvoir librement. Si le verre est alors refroidi rapidement, elles seront incapables de former une structure ordonnée (Gupta, 544). Dans le polymère se forment des groupes SiO₄ qui s'arrangent en tétrahèdre avec l'atome de silice au centre, et les quatre atomes d'oxygène aux coins. Ces atomes forment alors un réseau cohérent aux coins, par le partage des atomes d'oxygène.

Les états vitreux et cristallin de la silice (verre et quartz) ont des niveaux d'énergie similaire sur une base moléculaire, ce qui implique que la forme verreuse est aussi extrêmement stable. Dans le but d'induire la cristallisation, il doit être chauffé à des températures supérieures à 1 200 °C pendant de longues durées (Loewenstein, 6).

Bien que la silice pure soit un verre parfaitement viable, il faut le travailler à de très hautes températures, ce qui est un inconvénient à moins que des propriétés spécifiques ne soient nécessaires. Il est habituel d'introduire des impuretés (d'autres matériaux) dans le verre afin d'abaisser sa température de travail.

Physiques

Les fibres de verres sont utiles en raison de leur fort rapport surface/poids. Cependant, l'ampleur de la surface les rend beaucoup plus vulnérables à des attaques chimiques.

Les résistances du verre sont habituellement testées et considérées comme des fibres « vierges » qui ont juste été fabriquées. Les fibres les plus fraîches et les plus fines sont les plus résistantes et l'on pense que c'est dû au fait qu'il est plus facile aux fibres les plus fines d'être flexibles.

Contrairement aux fibres de carbone, le verre peut supporter plus d'élongation avant de rompre (Gupta, 546).

L’élaboration de la laine de verre s’effectue à partir de sable et de verre recyclé ou calcin, par fusion et fibrage.

La viscosité du verre fondu est très importante. Durant le filage, la viscosité est relativement faible. Si elle est trop élevée, la fibre casse durant son filage. Si elle est trop faible, le verre formera des grumeaux et ne filera pas correctement.

En tant qu'isolant

La laine de verre a de multiples propriétés:

- un isolant thermique: Les processus de fabrication de la laine de verre offrent un large choix de résistances thermiques (conductivité thermique jusqu’à 0,030 W/mK et différentes gammes d’épaisseurs) et permettent de répondre aux exigences réglementaires les plus sévères. La laine de verre est imputrescible par nature et non hydrophile dans les usages en bâtiment. Elle ne retient pas l’eau et en cas de mouillage accidentel, elle retrouve ses propriétés initiales après séchage. Elle peut être munie d’un pare vapeur, pour éviter tout risque de condensation dans les parois.

La souplesse naturelle des produits permet des mises en œuvre aisées et des découpes ajustées qui garantissent la performance thermique de la paroi réalisée.

- un isolant acoustique : La laine de verre est le seul isolant thermique (avec la laine de roche) qui par sa structure intrinsèque absorbe naturellement les bruits aériens et bruits d’impact. Elle est particulièrement adaptée pour le traitement de correction acoustique des ambiances et peut aussi absorber le son dans des épaisseurs faibles.

- une protecteur contre les incendies  : Par la nature des constituants, la laine de verre fait partie des produits assurant une forte contribution à la protection passive contre l’incendie des parois : elle ne contribue pas à l’incendie, ne propage pas les flammes et dégage très peu de fumées. Les laines minérales de verre et de roche sans revêtement sont généralement classées A1. Associées au parement ou au support adapté, les laines minérales permettent d’atteindre les plus hautes performances de résistance au feu des éléments de construction dans les bâtiments (jusqu’à six heures).

- un matériau sain : Les fibres constituant les laines de verre sont exonérées du classement cancérogène d'après la directive européenne 97/69/CE transposée dans le droit français par l'arrêté du 28 août 1998. Elles ont en effet passé avec succès les tests prévus par cette directive. Cette exonération est certifiée par l'European Certification Board (EUCEB). En 2001, le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC), qui dépend de l'OMS (Organisation Mondiale de la Santé), a classé les fibres constituant les laines minérales de verre, de roche et de laitier dans le groupe 3 "ne peut être classé quant à sa cancérogénicité pour l'homme".

- le respect de l’environnement : La laine de verre, utilisée pour le bâtiment, réduit les besoins d’énergie. Elle permet d’économiser plus d’énergie qu'elle n'en nécessite pour sa fabrication, transport et élimination. Ceci a pour conséquence une réduction sensible des émissions de CO2 gaz à effet de serre. Les industriels font évoluer en permanence leurs procédés de fabrication pour diminuer la consommation d’énergie, les rejets liquides, solides et gazeux sur leurs sites de production.

- une facilité de pose : Présentée en rouleaux, panneaux semi-rigides et rigides ou vrac, la laine de verre est légère, facile à transporter, à stocker et à poser. La mise en place se fait par collage, derrière des ossatures ou par soufflage (vrac). Elle s’adapte facilement à toutes les configurations des chantiers. (maisons individuelles, logements collectifs, bâtiments industriels et tertiaires) et pour toutes les applications (toitures-terrasses, bardages, combles perdus et aménagés, murs par l’intérieur et par l'extérieur, sols et planchers, cloisons et gaines techniques, cheminées).

L'utilisation finale des fibres de verre normales sont les matériaux d'isolation, de renforcement, de résistance à la chaleur, et résistance à la corrosion.

Pour l'isolation de combles perdus, on déroule la laine de verre ou la laine de roche directement entre les solives, pare-vapeur vers le bas. Cette opération ne demande pas de préparation du substrat. Il est recommandé de disposer une seconde couche croisée (épaisseur à prévoir en fonction de la performance thermique visée). L'épaisseur de la première couche d'isolant sera identique à la hauteur des solives.

Dans le cas d'une pose de deux couches il est recommandé de retirer le pare vapeur de la couche supérieure car cela permet une meilleure ventilation de la laine de verre afin de ne pas retenir l'humidité qui l'abime. A défaut il faudra mettre le pare vapeur de la couche supérieure vers le haut et la lacérer afin d'améliorer l'évacuation de l'humidité provenant de la condensation de la chaleur montant de l'habitation.

Une méthode tierce, consiste - via un soufflage pneumatique à l'aide d'une cardeuse - à pulvériser de la laine de verre dans les combles afin d'obtenir un résultat uniformément réparti dans les diverses aspérités des combles (fermettes et autres boiseries); on parle de laine de verre "soufflée". Les avantages par rapport à la laine de verre déroulée résident principalement au niveau du temps de pose; fortement écourté par ce procédé.

Pour l'isolation de combles aménageables, on dispose les panneaux ou rouleaux de laine de verre (avec ou sans pare-vapeur) sous la couverture, entre les chevrons ou fermettes (suivant la nature de la charpente). On prend soin de laisser une lame d'air entre les liteaux (supports de couverture) et l'isolant [minimum à respecter suivant la nature de la couverture - suivre les règles de l'art édictées par les DTU (Documents Techniques Unifiés)]. On pourra dérouler une seconde couche croisée d'isolant, que l'on fixera sur un contre chevronnage ou sur une ossature métallique. Le tout est protégé derrière des panneaux de finition (plâtre, lambris).

Toute la difficulté réside dans l'étanchéité à la vapeur d'eau. En effet, contrairement à des murs conçus pour évacuer la vapeur d'eau vers l'extérieur du bâtiment, les techniques de mise en œuvre de la laine de verre oblige une étanchéité parfaite à la vapeur d'eau. C'est pour cette raison que le pare vapeur doit être d'une étanchéité irréprochable, sous peine que la laine de verre ne capte la vapeur d'eau intérieure et ne s'affaisse, perdant ses propriétés isolantes. La conception d'un mur "respirant" permettrait l'évacuation des vapeurs d'eau à l'extérieur, sans pour autant dégrader les propriétés isolants des matériaux.