Projet Paracork - Lauréat de l'appel à projet "Cycles de la matière" /// Ary d'Oria, Théo Aguil[...]

ParaCork Dossier de réponse - Cycle de la matière Théo Aguilar . Ary d’Oria . Clément Mallet Digital Matters - ENSAPM - 2019/20

Sommaire Notre démarche Note d’intention

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L’équipe

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Impact environemental

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Démarche de collecte

5

Le projet Conglomération du liège

7

Bilan acoustique

8

Nos objectifs

9

Intention morphologique

11

Structure

12

Perspectives

14

Détails et principe constructif

15

Budget

16

Planning

17

Nos partenaires

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Annexes

22

Note d’intention

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Pourquoi le réemploi de liège ?

Avec l’initiative ParaCork, nous proposons de venir en soutien à la filière de recyclage du liège en créant un béton de liège. Constitué à partir de granulats de bouchons de liège recyclés, ce nouveau matériau participe à l’effort de séquestration du CO2, une des mesures envisagées pour atteindre les engagements climatiques et énergétiques de la communauté internationale, en plus d’être un excellent isolant acoustique et d’être très malléable.

La méthode mise au point par notre équipe pour agglomérer le liège offre une grande liberté de forme, ce qui nous permettra à terme d’obtenir la morphologie paramétrique souhaitée pour réaliser notre pavillon.

L’équipe

Théo Aguilar Etudiant en Master 1 âgé de 24 ans et titulaire d’un BTS en maintenance industrielle.

Considère que les notions d’impact écologique et de cycle de vie des matériaux sont à placer au centre du processus de conception et de fabrication d’un bâtiment. Oriente sa formation en architecture vers la conception éco-responsable depuis sa dernière année de licence. Dispose des connaissances nécéssaires à la fabrication d’un pavillon à l’échelle humaine.

Ary d’Oria Etudiant en Master 1 et âgé de 22 ans, a travaillé pendant un an en agence chez WAO Architecture. S’est spécialisé au cours de ses études et de ses experiences professionnelles dans les technologies numériques liées à l’architecture paramétrique et aux problématiques du réemploi de materiau dans le bâtiment.

Clément Mallet Etudiant en master 2 et âgé de 22 ans, ce travail représente son projet de fin d’études.

Très attaché aux question d’écologie, la problématique du «surcyclage» et du réemploi en architecture l’intéresse particulièrement et a guidé son parcours universitaire au sein de l’ENSAPM.

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Impact environnemental Dans le cadre de cet appel à projet, nous nous sommes intéressés au bouchon de liège, lequel -une fois consommé- va avoir plusieurs perspectives de fin de vie.

Il pourra être incinéré (et ainsi relâcher immédiatement du CO2), mis en décharge

(ce qui étendra la période avant laquelle il émettra ce CO2) ou encore recyclé

(filière très peu développée), ce qui a pour effet de retarder l’émission.

Source : Amorim France

L’objectif de ParaCork est de développer la filière du recyclage des bouchons de liège, sans empiéter sur la filière existante. De ce fait, nous cherchons à recycler des bouchons de liège voués à l’incinération, retardant de fait l’émission de CO2 qui résulterait de leur combustion potentielle.

Répartition des bouchons de liège brut selon leur mode de fin de vie Mise en décharge

Recyclage

Incinération

ParaCork

50%

20%

30%

Notre démarche de collecte

Nous utilisons les bouchons comme source principale d’approvisionnement. Utilisés en grande partie par l’industrie du vin, les bouchons ne bénéficient pas, à l’inverse du papier ou du plastique, d’une filière de tri propre. Cela rend la récupération complexe car il est considéré comme un déchet ne pouvant être recyclé. Malgré diverses initiatives, telles que des cavistes incitant le retour en magasin de certains bouchons usagés, le tri reste marginal.

Etant en relation avec différents acteurs du vin (vignobles, restaurateurs, revendeurs), nous avons mis en place des conteneurs de collecte dans différents commerces de Paris et de sa proche banlieue. Selon nos estimations, la contribution de ces acteurs devrait à elle seule couvrir nos besoins en bouchons de liège.

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Afin de placer le recyclage au centre de ce projet, nous avons créé un collecteur en carton recyclé. Ce bac de tri s’inscrit lui-même dans une logique de recyclage: il est fabriqué à partir de carton recyclé, issu de chutes de carton non-utilisées par les étudiants de l’ENSAPM. Ce collecteur, installé directement chez de petits commerçants ou en salle chez des restaurateurs, permet une sensibilisation du grand public vis-à-vis du recyclage du liège et de sa revalorisation.

Equipé de QR codes, le dispositif permet à nos partenaires de nous prévenir lorsque le conteneur est plein et prêt à être collecté, nous garantissant pour le moment une collecte d’entre 500 et 1000 bouchons par semaine.

Le projet

Broyeuse utilisée pour transformer le liège en granulats

Conglomération du liège Pour pouvoir « mouler » notre liège à volonté, nous le broyons sous forme de granulats, puis nous le conglomérons à l’aide d’une colle de caséine, dont la recette servait déjà à assembler des pièces pour des appareils aéronautiques durant la seconde guerre mondiale.

Ce procédé nous a permis, au fil des expérimentations, d’obtenir un matériau moulable, maléable et assemblable à partir de liège de récupération et de lait impropre à la consommation.

L’expérimentation autour de ce matériau démontre qu’il est possible de concevoir un matériau éco-responsable à base de matériaux recyclés, performant et modulable selon les besoins architecturaux d’un projet.

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Béton de liège résultant de notre procédé de conglomération

Bilan acoustique du béton de liège Nous avons fait appel à l’expertise d’un acousticien en la personne de Yann Rocher, professeur à l’ENSAPM, afin d’étudier virtuellement l’isolation acoustique de notre pavillon.

Nous savons grâce à son expérience que ce pavillon, s’il est réalisé, saura rendre compte d’une transition sonore entre le milieu extérieur et intérieur de la structure.

Si la forme de notre pavillon ne nous permettra probablement pas d’acquérir des données suffisamment fiables pour en faire un démonstrateur scientifique, il n’en demeure pas moins une excellente introduction à une application du béton de liège dans le monde de l’isolation acoustique.

Nos objectifs

Avec notre pavillon, nous envisageons de démontrer qu’il est possible de créer un matériau utile en construction à partir de matières recyclées, complétant ainsi l’effort de recyclage existant, tout en proposant une expérience d’atténuation acoustique intéressante.

Cependant, la morphologie proposée actuellement pour ce projet n’est qu’une intention formelle illustrant le potentiel de notre béton de liège. Les aspects structurels et constructifs seront plus largement abordés lors de la seconde partie du processus de conception, notamment grâce à l’appui d’un bureau d’étude structure.

Ainsi, la forme ainsi que l’échelle du pavillon pourront être modifiées afin d’entrer d’avantage en adéquation avec nos moyens financiers et techniques.

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Peau externe structurelle en béton de liège

Peau interne / panneaux acoustiques en béton de liège

Structure bois OSB

Intention morphologique

Nous avons pensé notre pavillon comme une expérience sonore à double entrée, reprenant la morphologie du pavillon de l’oreille humaine.

Notre souhait est d’amener les visiteurs à se rencontrer dans un espace central isolé de l’extérieur, autant visuellement qu’acoustiquement.

Vue en plan du pavillion

Vue en plan de la structure du pavillion

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Structure

Structure OSB

Surfaces déroulées de la peau du pavillon en béton de liège

La structure du pavillon ParaCork se présente comme un assemblage d’éléments verticaux. Elle soutient à la fois une « peau » externe de béton de liège en plaques courbées, ainsi qu’un système intérieur de lattes reprenant le principe du volet en persienne et destiné à briser les ondes sonores. Ce faisant, le liège occupe à la fois un rôle acoustique, mais aussi structurel puisqu’il alourdit et contrevente la structure en bois.

Perspective

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Détails et principe constructif

Exterieur

Intérieur

Plaque de béton de liège

Structure OSB alvéolée Lamelle en béton de liège

Détail d’assemblage

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Budget prévisionnel

Grâce à notre démarche de collecte locale et à nos partenariats, une grande partie des dépenses liées à

ENSAPM 9%

Ministère de la Culture 9%

l’approvisionnement en matériaux, à leur transport et à leur usinage est évitée.

Le montant que nous sollicitons de la part du ministère de la culture s’élève à 2 401,00€.

Coûts amortis 82%

Planning semestriel Postes

Jour affectés

Collecte Collecte des bouchons de liège

Conception

98 j

29 j

Réalisation precise en 3D du pavilion

21 j

Déssin des pièces structurelles

07 j

Déssin des pièces isolantes

07 j

Réalisation

98 j

Achat + Acheminement des matériaux structuraux (OSB)

03 j

Découpe des pièces structurelles

07 j

Fabrication du béton de liège

70 j

Broyage du liège

21 j

Fabrication de la colle

21 j

Assemblage + moulage

21 j

Séchage du béton

28 j

Découpe des pièces isolantes

07 j

Transport sur site du pavilion

07 j

Montage du pavilion

14 j

Exposition Exposition du pavilion

Fin de vie

14 j 14 j 21 j

Démontage du pavillion + Tri des matériaux

07 j

Recyclage du béton de liège (Broyage)

14 j

Février 04/02

11/02

Mars 18/02

25/02

04/03

Avril 11/03

18/03

25/03

01/04

08/04

15/04

18

Mai 22/04

29/04

Juin 06/05

13/05

20/05

27/05

03/06

Juillet 10/06

17/06

Durée tampon

24/06

01/07

08/07

15/07

22/07

29/06

Nos partenaires

Lettre de partenariat de Lemon Tri

Dans le cadre de ce projet, notre équipe a été amenée à rencontrer et solliciter des acteurs divers. Ainsi, des restaurateurs, distributeurs de vin, salons, petits commerces ou encore bars subviennent à notre grand besoin de matière première (bouchons de liège), tandis que certains organismes, tels que Precious Plastic, mettent à disposition des ressources en open-source nous permettant de trouver des solutions techniques à bas coût.

Nous nous sommes également rapprochés de Lemon tri, une plateforme de tri et recyclage basée à Pantin. Ces derniers nous ont laissé libre accès à une broyeuse, nécessaire à la transformation de notre produit en granulats (à la vitesse de 60 bouchons par minute) ainsi qu’un espace de travail dans leurs locaux.

En somme, l’intervention auprès de ces différents acteurs nous a permis de prendre la mesure de la quantité de matière disponible localement. Cela aura également eu comme effet une sensibilisation des gens, à notre échelle, à l’intêret de développer la filiale de recyclage du liège pour des raisons économiques et environnementales.

Prêt du véhicule de transport et essence

Aide à la récolte de bouchons

Aide à la récolte de bouchons

Aide à la récolte de bouchons

Aide à la récolte de bouchons

Annexes

Conglomération du liège Pour pouvoir « mouler » notre liège à volonté, nous le broyons sous forme de granulats, puis nous le conglomérons à l’aide d’une colle de caséine (protéine du lait), dont la recette servait déjà à assembler des pièces pour des appareils aéronautiques durant la seconde guerre mondiale.

Ce procédé nous a permis, au fil des expérimentations, d’obtenir un matériau moulable et assemblable à partir de liège de récupération et de lait caillé impropre à la consommation.

Plaque de liège de 20 X 20 X 1cm obtenue à partir de granulats de lièges conglomérés à l’aide de colle de caséine

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Etape n°1 - Broyage des bouchons La première étape de la réalisation du béton de liège est le broyage de la matière première.

Pour ce faire, nous avons utilisé un broyeur à plastique de type industriel. Ce broyeur nous est prêté par notre partenaire Lemon Tri, centre de tri à Pantin. Il est issu du projet Precious Plastic qui vise à réemployer les déchets plastiques. Precious plastic met également en place des plans de machine industrielle en Open source, tels que le broyeur, permettant de soutenir le même genre d’initiative que celle qui guide notre projet.

Granulat de liège

Etape n°2 - Réalisation de la colle de caséine La caséine contenue dans notre colle est obtenue par extraction depuis le lait. En chauffant le lait jusqu’à atteindre une température de 40°, puis en abaissant son Ph à 4.6 à l’aide d’un élément acide (vinaigre blanc), la caséine (protéine du lait), s’isole. Il suffit ensuite d’y ajouter une faible quantité de bicarbonate de soude pour neutraliser l’acidité du vinaigre, et d’utiliser la substance obtenue comme liant.

Chauffage du lait

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Acidification du lait

27

Coagulation du lait

34

Filtration du lait caillé

29

Ajout du stabilisant (bicarbonate de soude)

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Colle de caséine prête à l’emploi

Etape n°3 - Mélange et moulage du béton de liège Pour cette étape, nous mélangeons les granulats et la colle de caséine. Une fois le mélange effectué, nous le plaçons dans un moule. Ce moule est alors recouvert et compressé, de façon à obtenir une texture lisse et former le « béton de liège ». Nous pouvons souligner la possiblité d’ajouter un motif acoustique au béton lors de sa phase de moulage.

Coulage du mélange dans le moule

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Pressage du mélange

Test d’agglomération

Mk 01 Mk 01

Date : 10 Octobre 2019 Caractéristiques : - Epaisseur initiale 20mm - Calibre de grain multiple - Moulage sous pression (80kg) - Séchage 1 semaines Observations : Le résultat est extrêmement fragile et informe. Le matériau ne se tient pas et est très cassant. Ce dernier ne se déforme que très peu et s’effrite lorsqu’une force lui est appliquée.

40

Mk 02

Date : 21 Novembre 2019 Caractéristiques : - 15mm d’épaisseur - Calibre de grain 1mm de diamètre - Moulage sous pression (60kg) - Séchage 2 semaines Observations : Le matériau se tient mais la finesse et l’homogénéité du granulat le fragilisent.

De plus, la finesse de la plaque le soumet à la déformation.

Mk 03

Date : 13 Décembre 2019 Caractéristiques : - 30mm d’épaisseur - Calibres de grain variés (de 1 à 3mm de diamètre) - Mélange de l’enduit avec des fibres naturelles de chanvre - Moulage sans pression - Séchage 2 semaines Observations : Le matériau ne semble pas avoir besoin de pression au moulage pour être résistant. La fibre et l’épaisseur de 30mm augmentent la résistance en flexion.

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Mk 04

Date : 2 Janvier 2020 Caractéristiques : - 30mm d’épaisseur - Calibres de grain variés disposés en strates - Mélange de l’enduit avec des fibres naturelles de chanvre - Moulage sans pression - Séchage 2 semaines Observations : L’épaisseur de 30mm sur une plus grande surface empêche l’enduit de sécher à coeur. Le bon compromis entre la solidité du 30mm et la légèreté du 15mm semble donc se trouver entre 20 et 25mm.

Schéma du tube de Kundt

Tests d’atténuation acoustique Le système expérimental utilisé s’appelle «tube de Kundt». Il s’agit d’un tube en PVC dont la partie centrale est interchangeable. On peut donc y placer des «tampons» de différentes matières afin de tester leurs réactions aux ondes sonores. On placera donc une source sonore émettant des sons de diverses fréquences à une extrémité du tube, et un récepteur (sonomètre) à l’autre extrémité. Les résultats ainsi obtenus démontrent la capacité d’un matériau à absorber les vibrations du son.

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f = 500 Hz

f = 1000 Hz

f = 2000 Hz

103,1 dB

100,0 dB

107,0 dB

85 dB

73,5 dB

74,2 dB

85,8 dB

75,0 dB

70,6 dB

83,6 dB

79,7 dB

71,7 dB

68,1 dB

50,2 dB

58,9 dB

A vide

MDF

OSB

Liège industriel

Béton de liège

Résultats des tests sur différents matériaux. On observe que, pour une même épaisseur de 3cm et à des fréquences variables, le béton de liège atténue plus efficacement les nuisances sonores que les autres matières.

Impact environnemental Selon une analyse méthodologique des études disponibles et une réflexion pour une valorisation des bénéfices environnementaux de la filière, Cairn environnement présente une évaluation pour Vivexpo 2018, une biennale du liège et de la forêt méditerranéenne.

«Le liège est un produit organique, de plus récolté dans des systèmes forestiers pérennes qui participent à la séquestration du carbone.» La séquestration du carbone est le stockage du dioxyde de carbone hors de l’atmosphère; c’est l’une des mesures envisagées pour atteindre les engagements climatiques et énergétiques de la communauté internationale.

Les 5 études réalisées par le Cairn se penchent sur le cycle de vie du liège et explorent différentes hypothèses de fin de vie.

L’industrie du liège est une industrie dite «en cascade». Cela signifie que, lorsque le liège sort de son site d’extraction, on va de nouveau le transformer ailleurs afin de lui attribuer un rôle particulier (isolation, revêtement, etc). Ce n’est pas le cas avec le bouchon de liège brut, qui subit très peu de transformations sur son site d’extraction et qui est «prêt à l’emploi». Il ne lui reste plus qu’à être acheminé vers un site d’embouchonnage, puis vers le consommateur. C’est aussi pour cela que nous souhaitons n’utiliser que des bouchons de liège naturel peu transformés.

Différents types de bouchons de liège sont sur le marché :

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Une fois consommé, le bouchon de liège va avoir plusieurs perspectives de fin de vie.

Il pourra être incinéré (et ainsi relâcher immédiatement du CO2), mis en décharge (ce qui étendra la période avant laquelle il émettra ce CO2) ou encore recyclé (filière très peu développée), ce qui retarde l’émission de CO2 liée à sa fin de vie.

CO2

CO2

Suberaie

Industrie du liège CO2

CO2

Bouchons

Autres produits

Coiffes

Embouteillages

CO2

Consommation

Fin de vie

Balance carbone fixé dans le liège

CO2

CO2

CO2

ParaCork

30%

20%

50%

Cycle de vie des bouchons de liège CO2 fossile/GES

CO2 organique

L’objectif de ParaCork est de développer la filière du recyclage des bouchons de liège, sans empiéter sur la filière existante. Pour ce faire, nous recyclons des bouchons de liège voués à l’incinération. Ainsi, nous retardons l’émission de CO2 inhérente à leur fin de vie.

Sur la base des statistiques européennes de 2005, 30% des bouchons sont voués à l’incinération, 20% au stockage incontrôlé, 30% au stockage contrôlé sans valorisation de méthane et 20% au stockage avec valorisation du méthane.

L’étude encadrée concerne les statistiques européennes appliquées au bouchon de liège naturel. Nous retiendrons donc ce résultat.

Grâce à notre projet, ce sont donc 3.7g d’équivalent CO2 par bouchon dont l’émission est retardée, soit un total de 555 kg pour notre utilisation d’environ 150 000 bouchons.

48 Impact (en kg CO2 équivalent) de la fin de vie par incinération et du procédé ParaCork par rapport au cycle de vie du liège

Impact relatif au cycle de vie de l’enduit ParaCork par rapport à sa durée de vie dans l’hypothèse de réemplois multiples (cycles broyage/agglomération)

Analyse et courbes réalisées avec l’appui de Kateryna Kuzmenko, spécialiste en analyse de cycle de vie.

ParaCork Théo Aguilar . Ary d’Oria . Clément Mallet

Digital Matters - ENSAPM - 2019/20