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Les matériaux de construction de façade que sont les enduits et les mortiers présentent des formules complexes. Les principaux composants des formules minérales sont généralement du sable et des liants tels que le ciment, le plâtre ou la chaux. Selon l'état de la technique, les enduits pâteux sont souvent enrichis de biocides afin de réduire la croissance des champignons et des algues sur les façades. Ce n'est pas un problème tant que le soleil brille. Mais lorsqu'il pleut et que le vent pousse l'eau de pluie contre le mur de la maison, cela peut devenir un problème. En effet, les composants des formules des enduits de façade sont lessivés par la pluie et se retrouvent avec l'eau de pluie qui s'écoule dans les canalisations, dans le sol et, dans le pire des cas, dans la nappe phréatique. Les chercheurs du Fraunhofer IBP ont développé un modèle mathématique qui permet de prévoir avec précision quelles substances des enduits de façade seront lessivées par la pluie.
Le Dr Pablo Alberto Vega Garcia, expert en chimie écologique et en microbiologie au sein du département Environnement, hygiène et capteurs du Fraunhofer IBP, explique : "Les risques environnementaux liés au ruissellement des eaux de pluie sur les enduits et les mortiers ont suscité un intérêt accru ces dernières années. Les enduits minéraux contiennent des métaux lourds inorganiques comme le chrome, le vanadium et le plomb, les enduits pâteux contiennent des biocides. Notre modèle thermodynamique fournit des informations sur la concentration de substances dans l'eau de pluie qui s'écoule. Comme les données météorologiques de la région et la formulation de chaque matériau de construction sont prises en compte dans le calcul, le modèle est très détaillé et pertinent". Les maîtres d'ouvrage ou les bureaux d'architectes ont ainsi pour la première fois la possibilité d'évaluer l'impact environnemental des matériaux de construction de façade entrant en ligne de compte dès la planification. Les fabricants d'enduits et de mortiers peuvent utiliser le modèle pour développer des produits particulièrement respectueux de l'environnement.
Le Fraunhofer IBP a collaboré à ce projet avec différents partenaires, dont l'Université technique de Munich, l'Université technique d'Aix-la-Chapelle (RWTH), l'Association pour les systèmes d'isolation, les enduits et les mortiers (VDPM) ainsi que des partenaires industriels et des fabricants de matériaux de façade.
Pendant plus de dix ans, les experts du Fraunhofer IBP à Holzkirchen ont étudié les processus chimiques, physiques et cinétiques lors de la lixiviation de polluants en plein air. Pour ce faire, ils ont exposé des échantillons de différentes formules d'enduit et de mortier aux intempéries pendant 18 mois chacun. Après chaque événement pluvieux, l'eau d'écoulement a été analysée en laboratoire afin de déterminer les substances pertinentes et leur concentration. A cela s'ajoutaient les données météorologiques telles que la quantité et la durée de la pluie, la force et la direction du vent ainsi que la température. Le rayonnement solaire a également été pris en compte. En outre, des essais de lixiviation en laboratoire ont été réalisés dans des conditions définies. Il en a résulté une vaste base de données contenant des ensembles de données sur la concentration des substances lixiviées, les conditions météorologiques ainsi que les composants des échantillons testés. Les données sur les ingrédients ont été fournies par les fabricants.
"Avec ces données, nous avons développé un modèle thermodynamique à trois niveaux", explique Vega Garcia. "Au premier niveau, nous mesurons la quantité d'eau de pluie qui s'écoule de la façade. Étant donné qu'en cas de fortes pluies, seule une partie de l'eau s'écoule de la façade sous forme de film, qu'une autre partie de l'eau rebondit sur le mur et qu'une autre est absorbée par la façade, cette distinction est importante pour obtenir des résultats précis. Les données météorologiques et les propriétés des matériaux sont également prises en compte à ce stade. Au cours de l'étape 2, les concentrations de métaux lourds dans l'eau écoulée sont mesurées et quantifiées pour chaque échantillon. En raison de leurs concentrations élevées, le vanadium, le chrome et le plomb se sont avérés être des substances pertinentes. S'ensuit enfin, au niveau 3, une prévision des eaux d'infiltration pour estimer la concentration à un endroit défini de l'évaluation". Pour chaque enduit de façade d'un fabricant, il est ainsi possible d'établir une modélisation dès la planification et d'évaluer ainsi les propriétés environnementales du produit en question. Pour évaluer la conformité environnementale, le modèle des chercheurs de Fraunhofer s'appuie sur les valeurs limites fixées par le groupe de travail fédéral/local sur l'eau (LAWA). Tant que la concentration de polluants déterminée est inférieure au seuil dit d'insignifiance, la concentration de substances présentes dans l'eau d'infiltration ne présente aucun risque.
A l'aide du modèle en trois étapes de l'IBP Fraunhofer, les fabricants de matériaux de façade peuvent, lors du développement de nouveaux produits, adapter la formule de manière à ce que la libération de substances attendue par l'eau de pluie d'écoulement reste inférieure au seuil d'insignifiance pour une région donnée et ses conditions météorologiques typiques. "Cela revêt une grande importance, par exemple pour les façades dans les zones urbaines ou dans les régions où les pluies torrentielles sont fréquentes", explique Vega Garcia. Les autorités pourraient également utiliser le modèle, par exemple pour définir certains domaines d'application pour les matériaux de construction de façades.
Les chercheurs du Fraunhofer souhaitent ensuite affiner le modèle pour le calcul des produits de transformation issus des biocides sous l'influence de l'environnement et l'appliquer également à d'autres matériaux de construction. On sait par exemple depuis longtemps que les radiocides utilisés pour protéger l'étanchéité des toits contre la pénétration des racines sont lessivés et peuvent être rejetés dans l'environnement avec les eaux de ruissellement.
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