1.  Le Polystyrène en général

Il faut savoir que le polystyrène est à la base un plastiques transparent, Il est le plus commun de la famille des plastiques styréniques. C'est un polymère obtenu par polymérisation d'un monomère de styrène :

Mais les propriétés de ce plastique, aussi appelé polystyrène cristal (PS), limitent son utilisation car c'est une matière dure et très cassante. On l'utilise par exemple pour tout ce qui concerne les couverts en plastique mais encore pour les boitiers de Cd, etc... Heureusement c'est un matériau très facile à transformer et c'est donc à partir de ce polymère que l'on a pu obtenir des mousses opaques dites de polystyrène. Les mousses de polystyrène comme les mousses en générale sont donc utilisées la plupart du temps pour tout ce qui concerne l'isolation d'un bâtiment quel-qu'il soit.

Isolation en panneaux de polystyrène

Bien que leurs fonctions soient semblables, il existe plusieurs procédés de fabrications ce qui signifie que toutes les mousses n'ont pas les mêmes propriétés. Pour le polystyrène, il y a deux type de procédés de fabrication:

  • L'expansion dans un moule qui permet d'obtenir du polystyrène expansé (moulé), le PSE.
  • L'extrusion à travers une filière qui permet d'obtenir du polystyrène extrudé, le XPS.

2.  Le Polystyrène EXPANSÉ (PSE)

Tout d'abord, en ce qui concerne le polystyrène expansé, c'est la forme la plus connue de mousse dérivant du polystyrène. C'est une mousse blanche compact appelé aussi « frigolite ».

Polystyrène expansé et non-moulé

2.1  Procédé de fabrication du polystyrène expansé

Lors de la réaction de polymérisation du polystyrène, on y ajoute un agent d'expansion. Avant les préoccupations pour la couche d'ozone, on utilisait le fréon, un gaz CFC (chlorofluorocarboné), remplacé depuis les années 90 par le butane ou le pentane. Le polystyrène qui se présente sont forme de petites billes est expansé à la vapeur d’eau (qu'on vaporise sur les petites billes) pour former un isolant à structure cellulaire fermée et remplie de gaz (butane ou pentane) résultant de l’expansion de chaque bille. Cette réaction d'« expansion » est une réaction exothermique très complexe. En effet, une mousse de polystyrène est un milieu complexe constitué d'un matériau solide (Polystyrène cristal sous forment de billes) intimement mêlé à du gaz (butane ou pentane). En réalisant cette expansion dans un moule, on peut alors obtenir n'importe quelle forme (panneaux, blocs, etc...). Les billes expansés seront collées ensemble sous l'effet de la pression.

2.2  Avantages du polystyrène expansé

Le polystyrène expansé est un produit de très grande diffusion, offrant un vaste champ d'application, outre son utilité dans le secteur de l'emballage, il utilisé depuis plusieurs décennies dans le milieu du bâtiment comme coffrage mais aussi et surtout pour les panneaux d'isolation. En effet le polystyrène expansé offre de nombreux avantages en ce qui concerne l'isolation. Leurs avantages sont:

  • une bonne réflexion thermique grâce à leur couleur blanche naturelle,
  • une faible conductivité thermique,
  • ils tolèrent une large gamme de températures,
  • une bonne résistance à la compression (par rapport aux laines minérales),
  • ils absorbent assez bien les vibrations,
  • un faible coefficient de dilatation,
  • une bonne résistance au vieillissement, en effet ils ne pourrissent pas et ne subissent pas de prolifération bactérienne,
  • un faible coût d'installation (4€ à 10€ le m²), les panneaux sont plus compacts que les laines et donc plus faciles à installer,
  • un poids plume,
  • ils sont recyclable car le polystyrène est un matériaux facilement transformable.


2.3  Inconvénients du polystyrène expansé

Même si ce matériaux est recyclable, il ne peut quand même pas être considérer comme un matériau vert car le polystyrène étant à la base un plastiques, il dérive du pétrole et émets du CO2 lors de sa fabrication. De plus:

  • les panneaux de PSE sont parfois insuffisants et doivent donc être accompagné d'autres matériaux d'isolation,
  • les billes expansées qui les composent on tendance à se décoller quand il y a présence d'eau en trop grande quantité,
  • et ils ne permettent pas une bonne isolation phonique.

3.  Le Polystyrène EXTRUDÉ (XPS)

Le polystyrène extrudé à permis de corriger certains défauts du polystyrène expansé. En effet grâce à son procédé de fabrication, on a été capable de le rendre encore plus isolant et plus imperméable. Mais comment le fabrique-t-on ?

Panneaux de polystyrène extrudé

3.1  Procédé de fabrication du polystyrène extrudé

La fabrication de polystyrène extrudé consiste à fondre sous pression dans une « extrudeuse » des granulés de polystyrène cristal, puis à mélanger au polymère fondu un (ou des) agent(s) d'expansion liquide(s) ou gazeux. Le mélange est maintenu sous pression et poussé à travers une filière. À la sortie de celle-ci, l'agent d'expansion crée des cellules qui s'expansent. La plaque ou la feuille expansée obtenue est ensuite refroidie et atteint ces dimensions finales. Les agents d'expansion les plus couramment utilisés sont aujourd'hui les hydrochlorofluoro carbures (HCFC), le pentane et le CO2. On choisira bien entendu les agents d'expansion en fonction des propriétés du polystyrène voulues.

3.2  Comparaison entre le polystyrène expansé et extrudé

Le polystyrène extrudé (XPS) se différencie tout d'abord du polystyrène expansé (PSE) par le fait que les cellules expansées du XPS sont plus petites que les cellules expansées du PSE et ensuite par le fait qu'il n'y a plus de soudures entre ces cellules dans le cas du XPS. On remarquera donc que le XPS est beaucoup plus homogène et que sa masse volumique est généralement plus élevée que le PSE. Enfin le passage dans la filière lors de la fabrication du XPS crée une petite "peau de surface" qui à l'avantage de le rendre plus imperméable que le PSE. Quelles autres avantages apportent toutes ces modifications ?

  • Meilleure performance en terme d'isolation thermique que le polystyrène expansé car moins perméable à l'air et au perte de chaleur,
  • les panneaux de XPS sont plus résistants à la compression,
  • les panneaux sont plus résistant à l'humidité grâce à la "peau de surface" et à la plus grande homogénéité du XPS,
  • plus facile à travailler car matériau plus homogène par rapport au PSE qui s'effrite par exemple quand on le coupe.

Bien que le polystyrène extrudé (XPS) offre de nouveaux avantages, il présente aussi des désavantages :

  • Il est plus cher que le PSE car procédé de fabrication plus compliqué,
  • procédé de fabrication plus polluant que pour le polystyrène expansé (PSE),
  • plus de gaz toxiques dégagés en cas d'incendie.

En ce qui concerne les désavantages du XPS, tout comme le PSE, il ne permet pas un bonne isolation phonique.

4.  Tableau comparatif et récapitulatif des avantages et des inconvénients du PSE et du XPS

5.  Conclusion

En conclusion bien que les mousses de polystyrène extrudé soient plus performantes en termes d'isolation, elles présentent aussi des désavantages. C'est pourquoi a l'heure actuelle ces 2 types de mousses sont toujours utilisées en parallèles. En effet on privilégiera par exemple le polystyrène extrudé pour toutes les isolations susceptibles d'être exposées à de l'humidité et à des contraintes ou encore pour réaliser des isolations plus importantes où on ne peut se permettre de perdre trop de chaleur (exemple pièce réfrigéré). Alors que l'on utilisera le polystyrène expansé pour des isolations un peu moins poussé même si ce type de mousse reste efficace. Il revient à l'ingénieur de faire les bons choix dans les matériaux à utiliser.

6.  Bibliographie

Documentations :

Images :

7.  Commentaires