Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars 20081. Qualité...

Samuel Courgey, Chargé de missions ‘Approches environnementales’ AJENA, Nancy - Mars 2008 1

. Qualité environnementale des bâtiments

. Performances thermiques

. Isolation thermique

. Isolants végétaux...

MANCY, mars 2008

Confort thermique, Isolation, Isolants


Pourquoi isole t-on ?

- Pour atteindre, le plus aisément possible, un confort thermique en toute saison.

...Ceci signifie donc entre autre que l’on isole pour l’hiver mais aussi pour les autres saisons !


Quatre critères interviennent dans le confort thermique :

- la température de l’air ;

- la température des parois ;

- le mouvement de l’air ;

- l’humidité de l’air.

Données : Ce qui coûte le plus cher à produire (au porte monnaie comme à l’environnement) c’est élever la température de l’air (7 à 15% * de plus par degré supplémentaire selon type de logement).

* Source ADEME et ENERTECH

Le confort thermique


Quatre critères interviennent dans le confort thermique :

- la température de l’air ;

- la température des parois ;

- le mouvement de l’air ;

- l’humidité de l’air.

Données : Ce qui coûte le plus cher à produire (au porte monnaie comme à l’environnement) c’est élever la température de l’air (7 à 15% * de plus par degré supplémentaire selon type de logement).

* Source ADEME et ENERTECH


Notre priorité étant

d’économiser l’énergie, nous

interviendrons donc d’abord sur

les points 2, 3 et 4 !


Température ressentie par les occupants = 19 °C

19°C

19°C

19°C

T° ressentie = 17 °C … soit une sensation d’inconfort

15°C

Sans mouvements d’air particuliers, et avec une humidité relative moyenne (30 à 60%):

T° ressentie = ½ (T°Air + T° Parois)



Température ressentie par les occupants = 19 °C

19°C

19°C

24°C

T° théorique ressentie = 19 °C mais avec sensations d’inconfort*

15°C

Sans mouvements d’air particuliers, et avec une humidité relative moyenne (30 à 60%):

T° ressentie = ½ (T°Air + T° Parois)

* Si le différentiel T°Air / T° Parois dépasse 4°C, une sensation d’inconfort intervient… On a alors tendance à élever de nouveau la t° de l’air pour retrouver le confort souhaité.



Les facteurs qui déterminent la température des parois :

- isolation de la paroi ;- intensité et type de chauffage (+ pour l’été,

éventuelle système de rafraîchissement) ;- effusivité du parement.

Le confort thermique, Température des parois



Isoler la paroi / température de la paroi


Appelée également chaleur subjective, L’effusivité thermique d’un matériau décrit la rapidité avec laquelle le matériau absorbe les calories.

On distingue 3 classes de matériaux :

- les matériaux subjectivement chauds. Leur T° s’adapte rapidement à celle de leur environnement (bois, liège, linoléum, papier…) ; - les matériaux laissant une impression fraîche ou neutre (brique, pierres poreuses…) ; - les matériaux perçus comme froids (béton, carrelage, faïence, pierre, métaux…).



Le confort thermique, Isolation des parois

Isoler pour :

- empêcher les calories de sortir en période de chauffe, de rentrer en période chaude ; - éviter les parois froides et les condensations ; - composer avec un déphasage qui permette un confort aisé en été, une performance accrue en hiver ; - avoir des parements intérieurs ‘chauds’ en hiver… et si possible pas trop chaud en été.


Confort hivernal :

Faut-il d’abord augmenter l’épaisseur des isolants ?


La réponse ne va pas de soit… surtout lorsque l’on sait que dans les bâtiments récents, les déperditions thermiques sont dues pour :

- 14 à 19% aux inétanchéités à l’air du bâtiment ; - 25 à 40% aux ponts thermiques ;- 30 à 60% à la ventilation…

* Sources ADEME / FFB / Terre vivante


Confort hivernal :

Faut-il d’abord augmenter l’épaisseur des isolants ?


La réponse ne va pas de soit… surtout lorsque l’on sait que dans les bâtiments récents, les déperditions thermiques sont dues pour :

- 14 à 19% aux inétanchéités à l’air du bâtiment ; - 25 à 40% aux ponts thermiques ;- 30 à 60% à la ventilation…

* Sources ADEME / FFB / Terre vivante

Pour avoir une paroi

thermiquement performante il

faut :

- choisir judicieusement les

matériaux, les systèmes

constructifs et les équipements ;

- avoir des conceptions adaptées

et des mises en œuvre soignées.


A. Déperditions thermiques B. Rayonnements froids C. Risques de condensation D. Risque fort de pollution de l’air intérieur

* Risques limités par un débit de renouvellement d’air amplifié… mais qui génère à son tour de nouvelles déperditions th.

A B C D

Surfaces froides (vitrages, sol minéral, parois peu isolées…) X X

X*

Ponts thermiques

X X X* X*

Inétanchéités de l’enveloppes X X X* X*


Confort hivernal : Incidences des ‘points faibles’ de l’enveloppe ?


. Epais. Hiver (ml) Epais. Eté (ml)

Panneau Isolant de fibres de bois 0,173 0,185

Liège expansé (vrac) 0,195 0,271

Ouate de cellulose dense 0,195 0,271

Mousse rigide de polyuréthane 0,13 0,405

Laine de mouton 0,173 0,535

Polystyrène 0,173 0,593

Coton 0,173 0,690

Laines Minérales 0,173 0,815

D'après 'La valeur K n'est pas tout' de Dr Reinhard Geisler (Okologische Bautechnik GmbH)

Exemple d’épaisseur nécessaire selon matériau pour un confort d’hiver et un confort d’été moyen donné :

Isoler pour l’hiver, mais aussi pour l’été




Confort d’été: Où placer l’isolant ?


Exemple 1 : Essai de quantification des pertes thermiques dues à un pare-vapeur non continu sur laine minérale.

Performances théoriques = performances en œuvre ?


Avec une fente de 1mm pour 1m² d’isolant, la valeur U chute de 0.30 à 1.44 W/m²K soit un pouvoir isolant divisé par 4.8.

Source: Institut de physique du bâtiment- Stuttgart. Essai réalisé avec une différence de pression ext/int de 20 Pa .


Exemple 2 : Essai comparatif CSTB*

Repérage des différences entre les performances issues des calculs thermiques simplifiés et les performances relevées sur maquettes pour 4 systèmes de doublage de murs extérieurs :

- Placostyréne (10+80) collé : 1% de différence entre calculs et réalité- Doublage laine minérale (45mm+ 30mm) sur rail M48 : 18%- Doublage laine minérale (75mm) sur rail M70 : 41%

Et ici, la pose a été soignée, le pare vapeur correctement posé.

- Que donnerait cet essai avec la qualité de pose habituelle ?- Que donnerait cet essai après un vieillissement de 20 à 30 ans ?

* Cahiers techniques du bâtiment sept 2001




Exemple 3: Essai comparatif CSTB n° HO 99-0.20 du 16.09.99

Mur A: Ossature bois avec 20 cm laine de roche + pare vapeur + frisette.

Mur B: SAPISOL (27 mm de bois+ 96 de polystyrène + 27 de bois)

. Le calcul thermique nous donne le mur A 60% plus performant que le mur B

. Les mesures sur murs nous donnent le mur B 19% meilleur que le mur A !!!




Rappel : Une étude thermique n’est qu’une photographie théorique d’un bâtiment neuf. Ceci sous-entend entre autre que :

- elle ne fait qu’approcher les performances réelles ;- elle ne s’engage pas sur les performances réelles, encore moins sur leur durabilité.


… et ce n’est qu’après que l’on comparera, pour les solutions potentielles, leur coût environnemental, leur éventuelle toxicité…

Si la volonté est d’avoir des bâtiments réellement performants au niveau thermique, il faut choisir des matériaux et systèmes constructifs ayant des performances :- en œuvre (et pas seulement ‘en théorie’) ;- adaptées à l’hiver mais aussi également à l’été ;- durables.



Note : Une étude thermique est une photographie théorique d’un bâtiment neuf. Ceci sous-entend entre autre que :

- elle ne fait qu’approcher les performances réelles ;- elle ne s’engage nullement sur les performances réelles, encore moins sur leur durabilité.


C’est seulement après que l’on comparera, pour les isolants retenus, leur coût environnemental, leur éventuelle toxicité…

Si la volonté est d’avoir des bâtiments réellement performants au niveau thermique, il faut choisir des matériaux et concepts constructifs ayant des performances :

- en œuvre (et pas seulement ‘en théorie’) ;- adaptées à l’hiver mais aussi également à l’été ;- durables.


Lorsque l‘on a une approche

exigeante vis à vis des matériaux

isolants, on remarque que la

place pour de nouvelles

générations de produits existe !


+ les définitions.


Les définitions.

. Conductivité thermique, . Coef. de transmission calorique surfacique

La conductivité thermique est la propriété qu’ont les matériaux de transmettre la chaleur par conduction. Symbolisée par le coefficient lambda, elle s’exprime en watts par mètre Kelvin (W/m.K)

Plus la conductivité thermique d’un matériau est faible, plus ce matériau sera isolant.

La conductivité thermique, propre à chaque matériau permet de quantifier le pouvoir isolant des parois, c’est-à-dire leur aptitude à s’opposer au passage des calories contenues dans l’air*. Cette aptitude, symbolisée ‘U’ (coefficient de transmission calorique surfacique).

Avec U = + + … (en W/m²K)

* Jusqu’à peu, cette performance était plus représentée par la résistance thermique ‘R’ (R=1/U).

lambda matériau 1 épaisseur mat. 1

lambda matériau 2 épaisseur mat. 2


Les définitions.

. Capacité thermique, . Chaleur massique .

La chaleur massique d’un matériau (symbolisée ‘C’) représente la quantité de chaleur à apporter à une masse de matériau pour l’élever de 1 degré Celsius (ou 1 Kelvin).

La capacité thermique d’un matériau désigne son aptitude à stocker de la chaleur. Symbolisée ρC, elle s’exprime en Wattheure par mètre cube Kelvin (Wh/m3K).

ρC = densité matériau x Chaleur massique (C)

Plus la capacité thermique d’un matériau est grande, plus la quantité de chaleur à lui apporter pour élever sa température est importante. Egalement, plus grande est sa capacité de stockage et sa capacité de contenir les calories avant que sa température ne s’élève.


Les définitions.

. Diffusivité thermique

La diffusivité thermique d’un matériau exprime son aptitude à transmettre rapidement une variation de température. Elle croît avec la conductivité et décroît avec la capacité thermique. Symbolisée ‘a’, elle s’exprime en mètre carré par heure (m²/h ).

a = Lambda/ roC

Plus la diffusivité d’un matériau est faible, plus le front de chaleur mettra du temps à traverser l’épaisseur. Le temps entre le moment où la chaleur arrive sur une face de la paroi et le moment où elle atteint l’autre face (déphasage) s’en trouve augmentée.


Les définitions.

. Effusivité thermique

L’effusivité thermique d’un matériau, décrit la rapidité avec laquelle le matériau absorbe les calories. Symbolisée ‘b’, elle s’exprime en racine carré de Wattheure par mètre carré Kelvin (Wh1/2/m²K)*

b = Racine carrée du produit roC (Capacité thermique) et Lamda (Conductivité thermique)

Egalement appelée ‘chaleur subjective’, on distingue 3 classes de matériaux :

. Les Matériaux subjectivement chauds (b < 0.67). Leur température s’adapte rapidement à celle de leur environnement (bois, liège, linoléum, papier…) . Les Matériaux laissant une impression fraîche ou neutre (0.67< b < 1.25) type brique, pierres poreuses… . Les Matériaux perçus comme froids ( b > 1.25) : béton, carrelage, faïence, pierre, métaux….

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