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5. BATI

5.1. Les éléments de l’isolation

5.2. Les bilans sur le bâti

5.3. Les interventions sur le bâti

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5.1 LES ELEMENTS DE L’ISOLATION

Les structures traditionnelles Chaque paroi est normalement caractérisée par un coefficient (surfacique) de

transmission K, exprimé en watts par mètre carré et par degré1. Les parois traditionnelles avaient souvent des coefficients K dépassant 2, alors que les parois modernes – mieux isolées – ont normalement des coefficients K inférieurs à 1, sinon à 0,5. Ceci s’obtient en incorporant aux parois des éléments isolants.

L’isolation des toitures Si l’isolation est réalisée sur le plancher d’un comble non accessible, elle est

généralement prévue en laine minérale de verre ou de roche, en épaisseur d’au moins 7 cm, avec deux couches (croisées) éventuellement. La seconde couche posée ne doit pas comporter de pare-vapeur. Il est déconseillé d’utiliser les matériaux pulvérulents (déplacés par les courants d’air) sauf protection spéciale.

Pour l’isolation en sous-face de toiture, il faut impérativement ménager, en vue d’une

bonne conservation des charpentes, une lame d’air en sous-face de la couverture, de 3 cm pour une couverture de type discontinu, de 6 cm pour une couverture de type continu. Cette lame d’air doit être ventilée sur l’extérieur. Il ne sera possible de réaliser une épaisseur d’isolation suffisante qu’en posant un sur-chevronnage ou un contre-chevronnage. S’il existe dans l’isolant un pare-vapeur (exemple : papier bitumé), il faut le placer côté intérieur. Les feuilles étanches (polyéthylène, etc.) sont à proscrire entre l’isolant et la couverture ventilée.

L’isolation des murs par l’intérieur On utilise, pour ce faire, des panneaux rigides, avec parement en plâtre par exemple. Il

est recommandé de préférer les isolants qui ne nécessitent pas de pare-vapeur. Ce seront généralement des plastiques expansés, en particulier le polyuréthanne.

Ce procédé entraîne une perte de surface habitable et des travaux annexes souvent

importants, difficiles à réaliser dans des locaux occupés. Il est donc surtout réservé à des rénovation, en particulier lorsque la mauvaise qualité de l’existant rend nécessaire une réfection des parements intérieurs.

Le remplissage des lames d’air Certaines parois traditionnelles comportent une amélioration d’isolation réalisée par

présence d’une lame d’air interne à la paroi. On peut améliorer la résistance thermique des lames d’air par remplissage ou injection d’isolant.

Le remplissage, généralement pneumatique, utilise des copeaux ou billes d’isolant en

vrac, vermiculite par exemple. La difficulté réside dans la fréquente impossibilité que toute la lame d’air est bien remplie. Cette incertitude sera évidemment aggravée si la lame d’air est de faible épaisseur, ou est irrégulière, ce que le diagnostiqueur aura souvent beaucoup de peine à vérifier.

(1) Le lecteur est supposé connaître le calcul du coefficient K (voir éventuellement paragraphe 5.2)

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Un procédé, longtemps le plus utilisé, consiste à injecter des produits liquides formant mousse durcissante à l’intérieur de la lame. Ces mousses sont à base d’urée-formol. Beaucoup de précautions doivent être prises pour assurer la durabilité du produit. Sinon sa destruction, ou sa mauvaise formation, entraîne non seulement une destruction du pouvoir isolant, mais surtout un dégagement de formol toxique dans les locaux.

L’isolation des murs par l’extérieur Ce procédé, qui est du ressort d’entreprises spécialisées, possède l’avantage d’être

réalisable sur bâtiments occupés, de ne pas modifier la surface habitable et de permettre une rénovation des façades. La contre-partie en est un coût plus élevé, augmentant avec la complexité du travail, et en particulier le nombre des points irréguliers (fenêtres, portes, etc…).

Il existe quatre grandes catégories de procédés :

- les "enduits épais" sur isolant, - les "enduits minces" sur isolant, - les bardages, - les vêtures.

Les procédés de première génération mettent en oeuvre des enduits classiques (à base

de liants hydrauliques) appliqués en une couche sur un matériau isolant avec interposition d’un treillis généralement métallique. Les procédés de seconde génération utilisent des enduits minces organiques appliqués en plusieurs couches sur l’isolation avec incorporation d’une armature sous forme de treillis de verre.

Pour les deux catégories, la préparation du mur support (décapage) est une phase essentielle. Pour les façades exposées aux chocs (soubassements non protégés, circulation, rez-de-chaussée à proximité d’un lieu de passage ou de jeux…), un renforcement de l’armature est à prévoir systématiquement.

Quand aux bardages, ils comportent une ossature légère, généralement en bois ou en

métal, sur laquelle est posée une paroi de protection (après mise en place de l’isolant). Plusieurs types de bardages relèvent des techniques de construction traditionnelle.

Les vêtures sont des éléments préfabriqués comportant à la fois l’isolant et le parement.

Leur intérêt principal repose sur la rapidité et la facilité de mise en œuvre car elles sont posées en une seule opération, contrairement aux procédés précédents qui nécessitent plusieurs phases.

Les isolants projetés Les isolants projetés sont particulièrement utiles en sous-face de plancher bas, qu’il

s’agisse de plancher sur passage ouvert, ou de plancher sur local non chauffé. Mis en œuvre sous forme de flocage selon l’épaisseur recherchée, ils permettent de

réaliser une isolation efficace sur des supports pouvant être très irréguliers. Dans tous les cas, c’est l’épaisseur (et la nature) de l’isolant qui fixe l’amélioration

thermique à prendre en compte.

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Les survitrages La possibilité d’améliorer l’isolation des parois vitrées peut reposer, dans certains cas,

sur le remplacement d’anciennes fenêtres, la pose de doubles vitrages, la pose de fermetures étanches (volets ou stores sans ouvertures). Il s’agit là d’opérations assez lourdes, ne convenant qu’à des situations particulières de réfection.

La pose de survitrage sur les vitrages existants, conduisant à doubler ceux-ci, est au contraire une technique très généralement utilisable. Ceux-ci doivent impérativement permettre le nettoyage des vitres de part et d’autre de la lame d’air afin d’éliminer les condensations qui peuvent s’y introduire. Un examen préalable des fenêtres est nécessaire, en raison du poids du survitrage (10 kg/m

2) et en raison des possibilités d’entrées d’air parasites qui devront être

traitées parallèlement.

Figure 5.1. 1- Les principaux types d’isolation par l’extérieur

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Figure 5.1. 2- Les principaux types d’isolation par l’extérieur

Les précautions fondamentales L’amélioration de l’isolation ne va pas, quelquefois, sans certains risques

technologiques. Le diagnostiqueur doit donc être correctement informé de ces risques, et des précautions à prendre.

Il est pour cela conseillé de consulter l’ouvrage de Louis Logeais cité en fin de chapitre.

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5.2 LES BILANS SUR LE BATI

Les caractéristiques thermiques Tout diagnostic fait obligatoirement usage d’une évaluation des caractéristiques

thermiques du bâti. Pour ce faire, il conviendra d’utiliser les documents suivants, publiés par le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment : - Règles Th. K-77 (dernière édition, avec erratum de juin 1978, révision de mai 1980, mise à jour de décembre 1982, mise à jour d’octobre 1985) ; - Coefficient K des parois des bâtiments anciens (fascicule informatif – n° 1682).

Les parois courantes Pour les parois courantes, les Règles Th.K (ou le document sur les parois "anciennes")

permettent de déterminer le coefficient surfacique de transmission [W/m2.K].

Type de paroi

Paroi en contact avec : - l'extérieur

- un passage ouvert

- un local ouvert

Paroi en contact avec : - un autre local fermé

- un comble

- un vide sanitaire

- verticale

(ou d'inclinaison supérieure à 60°)

0,17

0,22

- autres :

• flux ascendant

• flux descendant

0,14

0,22

0,18

0,34

Figure 5.2. 1- Valeur de la somme des résistances superficielle

+

eih

1

h

1

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Epaisseur de la lame d'air (mm)

Situation de la lame

5 à 7

7,1 à 9

9,1 à 11

11,1 à 13

14 à 24

25 à 50

55 à 300

- verticale (ou d'inclinaison supérieure à 60°)

0,11

0,13

0,14

0,15

0,16

0,16

0,16

- autre

• flux ascendant

• flux descendant

0,11

0,12

0,12

0,13

0,13

0,14

0,14

0,15

0,14

0,16

0,14

0,18

0,14

0,20

Figure 5.2. 2 - Résistance des lames d'air normales non ventilées

(lames d'air à revêtements peu émissifs et lames d'air ventilées : voir Règles Th. K).

Deux procédures sont possibles :

- soit la lecture directe du coefficient K dans les tableaux des documents précités quand la paroi étudiée y figure, - soit le calcul par la méthode classique :

(5.2) 1 ( )1

KR=∑

Σ(R) : somme des résistances thermiques des différentes couches constituant la paroi. Ces résistances correspondent :

- soit aux échanges superficiels (figure 5.2.1), - soit aux lames d'air (figure 5.2.2), - soit à des couches matérielles. Dans ce dernier cas, il existe deux procédures de détermination de la résistance : soit par lecture directe dans les tableaux des Règles Th. K quand la couche étudiée y figure, - soit par le calcul au moyen de la formule :

(5.2) 2 Re

=λ

R : résistance thermique de la couche, E : épaisseur [m],

λ : conductivité thermique du matériau [W/m.K].

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La conductivité thermique des matériaux Face à des matériaux dont la nature exacte n'est pas toujours aisée à déterminer, le

diagnostiqueur doit supputer souvent les caractéristiques. Afin d'aider ce dernier, on trouvera ici quelques conseils, qui pourront être complétés en cas de connaissance plus approfondie, par les valeurs données par les règles Th. K.

• Pierres non calcaires : Granite : 3,0 [W/m.K] schistes, ardoises : 2,2 ; basaltes : 1,6 ; grès : 2,3 meulières : 1,8 (meulières légères = 0,9).

• Pierres calcaires : Il faudra souvent essayer de mesurer la masse volumique à partir d'un éclat par exemple, et prendre ensuite les valeurs suivantes :

durs (2.400 à 2.800 kg/m3) : 2,4 [W/m.K]

fermes (1.800 à 2.400) : 1,4 ; tendres (1.500 à 1.800) : 1,0 ; très tendres (1.100 à 1.500) : 0,9.

A noter que le marbre a une conductivité égale à 2,9 en moyenne.

• Blocs de terre comprimée : 1,15 [W/m.K]

• Terre cuite : 1,15 [W/m.K]

• Bétons : - béton plein : 1,75 (granulats courants) ; - bétons caverneux : 1,40 (granulats courants).

Si l'on a tout lieu de supposer que les granulats sont spéciaux (laitier, pouzzolane, argile expansé, etc.), voir Règles Th. K. Pour les bétons cellulaires, voir également les Règles TH. K (mesurer la masse volumique si possible).

Les conditions du diagnostic rendant utile l'allègement des relevés, il est possible

d'utiliser une autre méthode que celle correspondant à la figure 5.2.3. Cette méthode allégée est exposée au paragraphe suivant.

Méthode de calcul allégée

Lors du relevé in situ, il est souvent commode de relever les cotes de la manière suivante (figure 5.2.3.) : a) les cotes horizontales à l'extérieur, b) les cotes verticales à l'intérieur.

La méthode allégée utilise directement ces relevés. Dans l'exemple de la figure 5.2.3., la surface verticale qui sera prise en compte est caractérisée : - par son étendue horizontale hors-tout (L) - par son étendue verticale totale entre planchers (H1 + H2).

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Les pertes par cette paroi fictive seront égales à : (5.2) 3 UPAR = KPAR x SPAR

avec ( )21 HHxLSPAR +=

Quant au coefficient surfacique KPAR [W/m².K], il est donné par une règle simple, cette formulation 5.2.3. permettant d'éviter le calcul direct des ponts thermiques.

La formule de calcul de KPAR est la suivante : (5.2) 4 KPAR = KDTU + CORK KPAR : coefficient surfacique apparent de la surface calculée comme indiqué figure 5.2.3. KDTU : coefficient surfacique K de la paroi selon le DTU Règles Th. K (sans incorporation des

effets de pont) ; CORK : correctif dont nous allons donner les valeurs.

Pour les façades, il faut faire intervenir le fait que les planchers sont ou non traversants (figure 5.2.4) :

• si les planchers sont traversants : (5.2) 5 CORK = 0,33 x EPLAN EPLAN : épaisseur du plancher béton en [m].

• Si les planchers ne sont pas traversants : (5.2) 6 CORK = 0 On notera que si l'on réalise une isolation par l'extérieur, le plancher, après intervention, n'est plus considéré comme traversant, même s'il l'était auparavant.

Pour les toits, les terrasses, et les planchers sur vide (sanitaire, cave, etc.), la surface

étant la surface extérieure au niveau des murs (exemple : L de la figure 5.2.3. pour la longueur) : (5.2) 7 CORK = 0

Pour les planchers en contact avec le sol, on appliquera, au contraire, le DTU, Règles

Th.K. ce qui implique l'usage du coefficient linéique KLIN (du DTU) : (5.2) 8 UPAR = KLIN x LLIN LLIN : périmètre sur terre-plein en [m]

Figure 5.2. 3 – Principe des relevés dimensionnels de la méthode allégée

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Figure 5.2. 4 - Les deux catégories de planchers

Pour les baies, il est pratiquement préférable de ne pas utiliser la formule 5.2.4. mais celle des Règles Th. K.

(5.2) 9 UPAR x KDTU x SPAR + KLIN x PERIM KDTU : coefficient K(DTU) de la baie (jour-nuit), SPAR : surface de la baie [m

2],

PERIM : périmètre de la baie [m], KLIM : coefficient linéique donné par les Règles Th.

Les espaces et locaux non chauffés Pour le calcul des pertes par les volumes non chauffés, les tableaux du DTU "Règles

Th-G", permettent de faire intervenir un coefficient "tau" (τ) forfaitaire. Cette méthode pouvant conduire à des erreurs importantes dans certains cas de diagnostic, il est conseillé de faire un calcul plus précis.

Nous indiquerons plus en détail, au paragraphe 5.3, la méthode servant à introduire un

coefficient KPAR qui, tout en introduisant un calcul précis, permet de conserver la formulation 5.2.3.

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5.3 LES INTERVENTIONS SUR LE BATI

Le principe des calculs Il importe de préciser maintenant l'articulation des calculs lorsque s'engage une étude

de rentabilité. Premier cas : il s'agit d'une intervention unique sur le bâti. Le calcul s'opère de la

manière suivante : a) on détermine le coefficient UO avant intervention ; b) on ajuste la consommation primaire (voir chapitre 8) de façon qu'elle soit la consommation probable, ceci correspondant à la chaîne de calcul indiquée au paragraphe 1.3; c) on détermine le coefficient U1 après intervention, et l'on recommence le calcul de la chaîne avec les mêmes paramètres, sauf ceux affectés par U1 (voir figure 5.3.1) ; d) on confronte les consommations primaires issues de b et de c.

Deuxième cas : il s'agit d'un groupement d'interventions diverses. Alors, la totalité de la chaîne doit être reprise. Mais le schéma de la figure 5.3.1 reste valable, sauf que ce qui est marqué "peut être modifié", l'est sûrement en général.

Dans tous les cas, la totalité de la chaîne étant concernée, ce n'est évidemment qu'aux chapitres ultérieurs que nous pouvons donner les moyens d'effectuer le calcul complet.

(en cas de regroupement d'interventions) AVANT INTERVENTION APRES INTERVENTION

Figure 5.3. 1 - Influence d’une intervention sur le bâti, sans ou avec regroupement

U1 U0

x x

HK1 HK0

= =

BB1 BB0

- -

AUT1 AUT0

= =

TERCHA1 TERCHA0

+ +

PERCHA1 PERCHA0

= =

BEDCHA1 BEDCHA0

x x COPCHA1 COPCHA0

= =

COPRIM1 COPRIM0

(peut être modifié)

(peut être modifié)

(peut être modifié)

(peut être modifié)

MODIFICATION

A comparer

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Les locaux non chauffés

Il faut souvent examiner plus en détail ces locaux. Ce qui est d'autant plus facile que le

calcul de U n'est pas détaillé pièce par pièce, mais reste global pour le volume étudié, supposé à une température uniforme.

Trois cas particuliers vont être examinés : celui d'un garage incorporé, celui d'une cave ventilée, celui d'un puits de lumière. Ces exemples montreront comment travailler avec la méthode proposée. GARAGE INCORPORE (figure 5.3.2.)

Ce garage est un parallépipède A B C D E F G H. Il a 3 faces en contact avec les locaux chauffés, et 3 faces en contact avec l'extérieur (dont 1 avec le sol). Les faces sont numérotées sur la figure.

Supposons que pour les faces 1, 2 et 3, en contact avec les locaux chauffés, nous ayons calculé : U1 = K1 . S1 + K2 . S2 + K3 . S3 (la référence des indices est évidente).

Supposons que pour les faces 4, 5, 6 en contact avec l'extérieur, ou le sol, nous ayons

calculé : UE = K4 . S4 + K5 . S5 + k6 . I6

Supposons que nous ayons calculé, selon les formules examinées au chapitre 4 le

coefficient de pertes par ventilation du garage UV. Il est possible de montrer que la participation du garage aux pertes des locaux chauffés

est égale à :

(5.3) 1 ( )( )UVUEUI

UVUEUIUPAR

++

+=

Cette formule permet de savoir :

- quelle est l'influence d'une isolation de paroi entre locaux chauffés et garage (action sur UI), - quelle est l'influence d'une isolation des parois extérieures du garage (action sur UE), - quelle est l'influence d'une réduction de ventilation du garage (action sur UV).

On pourrait être tenté d'isoler les parois internes (action sur UI). Mais cela entrainera le refroidissement du garage. Si celui-ci contient des canalisations d'eau, il y a risque de gel. Il sera souvent préférable et fréquemment plus rentable d'isoler les parois externes. CAVES

La même procédure peut être appliquée à un plancher sur des caves très ventilées. Dans ce cas, on agira généralement sur UV (ventilation des caves). Cela aura le mérite, si des canalisations s'y trouvent, de réduire leurs pertes.

Dans ce cas, comme dans le précédent, la température de l'espace non chauffé étant une donnée intéressante, voici la formule qui donne cette température :

(5.3) 2 ( )( )UVUEUI

TE.UVUETI.1UT

++

++=

TI et TE : respectivement la température intérieure et la température extérieure.

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Pour calculer le coefficient UV, on peut utiliser la méthode suivante :

(5.3) 3 UV = 0,34 x CODEB le coefficient CODEB correspond aux ouvertures et la cave, et est calculé selon les formules données au paragraphe 4.2. Si CODEB est inférieur à 0,6 par mètre carré de cave, on pourra négliger UV.

Figure 5.3. 2 - Exemple d’un garage incorporé

PUITS DE LUMIERE

Voici un exemple très caractéristique, celui de la figure 5.3.3., pour lequel il faut

appliquer les méthodes précédentes. L'isolation sur skydome y est relativement très rentable alors que l'isolation des parois verticales ne l'est pas.

Figure 5.3. 3 - Exemple d’un puits de lumière

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Les combles non chauffés et les vides sanitaires On peut utiliser valablement des principes analogues pour les combles (non chauffés) et

les vides sanitaires. La formule correspondante pour les combles non chauffés est la suivante, reposant sur

le calcul du coefficient KDTU du plafond (ne pas oublier que 2,0h/1h/1 ei =+ ) comme pour un

plancher intérieur. Le coefficient de déperdition du plafond est donné par les formules suivantes :

• plafond en béton :

(5.3) 4 KDTUx1,01

SPLAFxKDTUU

+=

• plafond en bois :

(5.3) 5 KDTUx1,01

SPLAFxKDTUx94,0U

+=

SPLAF : surface extérieure (au nu des murs extérieurs) du comble.

La même formulation peut être utilisée pour les vides sanitaires. Toutes ces formules

supposent qu'il n'y a pas de ventilation excessive du comble ou du vide sanitaire. Sinon il faut utiliser la méthode correspondant à la formule 5.3.1.

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BIBLIOGRAPHIE

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- UNHLM, Economies d’énergie, énergies nouvelles dans l’habitat, UNHLM, 1979, 115 p. - ANAH, L’isolation thermique des logements anciens, Ed. du Moniteur, 1980. - L. VOILLOT, Pratique de l’économie d’énergie, Ed. Parisiennes, 1981. - CATED-MUL, Economies d’énergie : le service complet, Ed. du Moniteur, 1982, 185 p. - CEGIBAT, Les économies d’énergie dans l’habitat existant par l’isolation, Cegibat, 1982. - C.S.T.B., L’isolation thermique des façades par l’extérieur, CSTB, 1982. - MULT, Guide pour l’amélioration des logements existants, Ed du Moniteur, 1982. - F. SUBRA, J. HRABOVSKY, Contribution à l’élaboration d’un guide de diagnostic thermique dans l’habitat existant, Cated, éd. 1983, 46 p.

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