Experimental and numerical characterization of mycelium-based bio-composites as building insulation materials

Résumé

Cette thèse introduit et caractérise des composites à base de mycélium (MBC) au moyen d’analyses expérimentales et numériques multi-échelles. Ces composites associent des agrégats végétaux à une matrice fongique, créant un matériau isolant naturel au potentiel de neutralité carbone. Pour une application dans les enveloppes de bâtiments, une compréhension détaillée de leurs propriétés hygrothermiques est essentielle, car les comportements thermiques et hydriques sont fortement interdépendants. Une analyse intégrée des transferts de chaleur et d’humidité, incluant la mesure des propriétés, l’analyse de corrélation et la simulation, a donc été réalisée. Des lacunes de recherche subsistent dans la connaissance de l’ensemble du spectre du comportement hygrique, de leur pertinence vis-à-vis des propriétés thermiques et microstructurales, ainsi que dans le développement de modèles numériques intégrant les phénomènes d’adsorption–désorption, l’hystérésis et le couplage des transferts de chaleur et de masse. Pour répondre à ces enjeux, une méthodologie en trois étapes a été appliquée. Premièrement, des essais de fabrication ont exploré divers substrats, champignons, additifs et procédés afin d’optimiser l’homogénéité et la croissance fongique, en tenant compte de la compatibilité des constituants tels que la composition cellulose-lignine du substrat, leur interaction avec le mycélium et les types de mycélium et d’additifs incorporés. Deuxièmement, des campagnes expérimentales ont évalué la performance isolante, la capacité de régulation hygrique, la conductivité thermique et certaines propriétés microstructurales. Troisièmement, un modèle couplé de transfert de chaleur et de masse a été implémenté dans COMSOL, avec des modèles de sorption calibrés à partir des résultats expérimentaux et validés par rapport à la valeur mesurée du tampon hygrique (MBV), un indice qui quantifie la capacité d’un matériau à modérer les fluctuations d’humidité intérieure. Des simulations isothermes et non isothermes, incluant les effets d’hystérésis, ont été réalisées. Les résultats confirment l’aptitude des MBC à remplacer de manière durable les matériaux isolants à forte intensité carbone tels que le polystyrène expansé. Les pratiques de fabrication développées, la gamme de résultats expérimentaux obtenus et le modèle numérique précis et fiable constituent également une base solide pour de futures recherches sur des formulations alternatives et des prédictions de performance dans divers climats et configurations d’enveloppe du bâtiment.

Date	13 févr. 2026
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Daniel Rousse (Directeur(-trice)) & Geoffrey Promis (Codirecteur(-trice))