18 Jan 2023

Amélioration de la résistance à la grêle des revêtements en bois grâce à un renforcement avec de la cellulose nanofibrillée

Projet WHFF 2016.01 

Direction du projet : Tina Künniger, ingénieure diplômée  

  

 L’essentiel en bref  

  • Différents revêtements pour le bois en extérieur, renforcés avec 0%, 2,5%, 3,5% et 5% de cellulose nanofibrillée (NFC) ont été étudiés.
  • L’exposition à la grêle, même avec une énergie cinétique très faible, a entraîné des dommages dans le revêtement sous forme de bosses, de fissures capillaires, de fissures plus importantes et d’éclatements sur tous les échantillons.
  • Alors que sur les surfaces à l’état neuf, seules des profondeurs d’indentation relativement faibles ont été mesurées aux points d’impact des billes de glace, ces bosses étaient beaucoup plus profondes sur les échantillons prépatinés.
  • La NFC a pu contribuer à la réduction de la profondeur maximale des empreintes et à la diminution de l’intensité des fissures sur les échantillons prépatinés.
  • Après 9 mois d’exposition aux intempéries, 99% des impacts de grêle étaient clairement visibles en raison des fissures et de la croissance de micro-organismes qui s’y sont développés.
  • Aucune des variantes testées ne répondait aux exigences de la classe de résistance à la grêle 2.   

  

Description du projet  

 Depuis de nombreux siècles, le bois est un matériau de construction apprécié pour diverses parties de l’enveloppe des bâtiments. Pour garantir la fonctionnalité et la durabilité à long terme, ainsi que pour des raisons esthétiques, les fenêtres et les portes, mais aussi les éléments de construction tels que les façades, sont généralement recouverts de revêtements.   

En raison de leur position dans l’enveloppe du bâtiment, ces éléments sont plus ou moins exposés aux influences mécaniques telles que la grêle. La construction sans avant-toit de protection, très appréciée de nos jours, a pour conséquence que les façades, mais aussi les cadres de fenêtres et les battants sont directement exposés aux intempéries et, en cas d’orage de grêle, fortement sollicités et éventuellement endommagés.   

Il existe une dépendance directe entre le type de matériau et la résistance à la grêle. Le rapport de synthèse de la Fondation de prévention des établissements cantonaux d’assurance de 2007 mentionne explicitement que l’utilisation accrue du bois n’a pas entraîné une vulnérabilité accrue de l’enveloppe des bâtiments.   

Toutefois, l’attribution actuelle du bois dans le registre grêle actuel montre la problématique existante. Le bois raboté à l’état naturel ainsi que le bois recouvert d’un hydrofuge ou d’une lasure en couche mince (épaisseur de couche < 30 μm) sont classés dans la classe de résistance à la grêle HW 3 (HW 1 = très faible résistance à la grêle ; HW 5 = très forte résistance à la grêle). Cependant, les bois revêtus d’une lasure à couche épaisse ou d’un vernis (épaisseur de couche > 30 μm) ne sont jusqu’à présent PAS classés en raison de leurs mauvaises performances !   

Dans ce cas, contrairement aux bois non traités ou recouverts d’une lasure en couche mince, il faut non seulement évaluer l’aspect après la pose de la couche de grêle, mais aussi tester l’étanchéité à l’eau.   

Quatre revêtements pigmentés blancs diluables à l’eau pour le bois en extérieur, à base de différents liants, ont été sélectionnés pour les analyses. Les propriétés importantes des systèmes de revêtement, renforcés avec 0%, 2,5%, 3,5% et 5% de cellulose nanofibrillée (NFC), ont été caractérisées à l’état liquide et sous forme de films libres. Ensuite, les revêtements appliqués sur des lamelles d’épicéa rabotées ont été bombardés de billes de glace (Ø 20 mm) à l’état neuf et à l’état prépatiné afin de simuler la grêle. Deux intensités de grêle ont été choisies, la plus élevée répondant aux exigences de la classe de résistance à la grêle 2. Les zones d’impact ont été examinées, documentées et évaluées directement après le bombardement par la grêle, après 28 jours et après 9 mois d’exposition aux intempéries en ce qui concerne les dommages tels que les bosses, les fissures, etc.  

  

Conclusions  

L’exposition à la grêle, même avec une énergie cinétique très faible, a entraîné des dommages dans le revêtement sous forme de bosses, de fissures capillaires, de fissures plus importantes et d’écaillages sur tous les échantillons. Des différences significatives ont été constatées entre les surfaces neuves et les surfaces prépatinées. Alors que sur les surfaces à l’état neuf, seules des profondeurs d’empreinte relativement faibles ont été mesurées aux points d’impact des billes de glace, ces bosses étaient beaucoup plus profondes sur les échantillons prépatinés.   

A des vitesses de tir très faibles, les profondeurs d’empreinte mesurées étaient en corrélation avec l’intensité des fissures apparues. A des vitesses de tir plus élevées, les fissures étaient généralement plus importantes, indépendamment de la profondeur d’empreinte mesurée.   

La NFC a contribué à la réduction de la profondeur maximale de l’empreinte et à la diminution de l’intensité des fissures sur les échantillons prépatinés.   

Après 9 mois de vieillissement à l’air libre, 99% des impacts de grêle étaient clairement visibles en raison des fissures et de la croissance de micro-organismes qui s’y sont développés. Aucune des variantes testées ne répondait aux exigences de la classe de résistance à la grêle 2.   

 

Le projet a été soutenu par l’Encouragement de la recherche sur la forêt et le bois en Suisse WHFF-CH de l’Office fédéral de l’environnement OFEV et par la Conférence des cantons sur la forêt, la faune et le paysage KWL.

Cliquez ici pour lire le rapport sur le projet sur ARAMIS

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