Formation Bâtiment Durable : A2M. Matériaux d isolation : comment choisir? Bruxelles Environnement. Comment choisir l isolation des murs?

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1 Formation Bâtiment Durable : Matériaux d isolation : comment choisir? Bruxelles Environnement Comment choisir l isolation des murs? A2M Aline BRANDERS Architecte partner, A2M

2 Objectifs de la présentation Comprendre, sur base des aspects techniques, les répercussions d un choix d isolant sur la pérennité du bâti Comprendre l influence du choix d un type d isolant sur le transfert et le stockage de la chaleur et de l humidité à travers et au sein des murs 2

3 Plan de l exposé Introduction 01 Flux de chaleur 02 Flux d air 03 Flux d humidité > vapeur > eau liquide > stratégies de conception > outils de conception Conclusion 3

4 Introduction A2M 4

5 Introduction Confort de l occupant - Thermique : 19,7 à 24, 7 C rayonnement des parois température opérative - Air : vitesse < à 2m/s - Humidité : 40 à 60 % HR -. Efficience de l enveloppe Maintenir le confort avec un minimum d énergie «active» Qualité de la construction Contrôler la qualité d exécution de l enveloppe A2M 5

6 Introduction A2M Les faiblesses de conception de l enveloppe sont corrigées par des moyens mécaniques et technologiques 6

7 Introduction A2M Les bâtiments à haute performance intègrent ces capacités directement dans l enveloppe physique du bâtiment, diminuant le besoin d énergie pour maintenir le confort de celui-ci. 7

8 Introduction A2M 1. Flux de chaleur 2. Flux d air 3. Flux d humidité 8

9 1.Flux de chaleur 9

10 Flux de chaleur C C Une différence de température (ΔT), par exemple entre l'intérieur et l'extérieur, entraîne naturellement des flux de chaleur visant l'équilibre thermique. A2M 10

11 Flux de chaleur C 0-15 C Une différence de température (ΔT), par exemple entre l'intérieur et l'extérieur, entraîne naturellement des flux de chaleur visant l'équilibre thermique. A2M 11

12 Flux de chaleur C 0-15 C L'isolation des parois permet de résister à ces transferts, donc de conserver la chaleur (ou la fraîcheur) dans un volume défini. A2M 12

13 Flux de chaleur U Transmission thermique au travers d une paroi 13

14 Flux de chaleur U Transmission thermique au travers d une paroi - Dépend des matériaux (épaisseur et valeur λ) - Unité : W/m²K U = 1/ (R1+R2+..) Avec Ri = di/λi di = épaisseur λi = conductivité thermique A2M 14

15 Flux de chaleur Architecture passive ATG (agrément technique belge) ETA (agrément technique européen) certificat de conformité européen valeur λ déterminée conformément à la norme EN ISO Valeur U moyennes paroi dans un bâtiment passif U = +/- 0,10 W/m²K 15

16 Flux de chaleur Nombreux paramètres à prendre en compte : Conductivité thermique Résistance à la diffusion de vapeur d eau Capacité thermique Résistance à la compression Résistance au feu Impact écologique Type de matériau suivant application (souple, rigide, en vrac, ) 16

17 Flux de chaleur A2M Extérieure Architecture passive 17

18 Flux de chaleur A2M 18

19 Flux de chaleur Isolation par l extérieur 19 A2M

20 Flux de chaleur A2M Intégrée Architecture passive 20

21 Flux de chaleur 21 A2M

22 Flux de chaleur A2M Intérieure Architecture passive 22

23 Flux de chaleur Isolation par l intérieur 23 A2M

24 Flux de chaleur Système à panneaux isolants collés Système à structure Système d isolation projetée Système avec contre-cloison maçonnée 24 Architecture et Climat

25 2.Flux d air 25

26 Flux d air 0 Pa 0 Pa De la même manière qu'une différence de température entre l'intérieur et l'extérieur (ΔT) entraîne un flux de chaleur, une différence de pression d'air (Δp) entraîne des flux d'air à travers la paroi. A2M 26

27 Flux d air 0 Pa + 4 Pa* 4 Pa* * Différence de pression relative A2M Ces flux d air peuvent être soit contrôlés (via la ventilation), soit non contrôlés. L impact de flux non contrôlés est important point de vue - Énergétique - Sanitaire 27

28 Flux d air 2 Etanchéité à l air 28

29 Flux d air 14 cm 3 cm 1m 1m Fente de 1 mm U = 0.3 W/m²K > U = 1.44 W/m²K! Calculé avec vent force 2-3 (20Pa), T i= 20 C, T e=-10 C Soit 4.8 x plus mauvais A2M 29

30 CONSTRUCTION LOURDE Plafonnage CONSTRUCTION LEGERE Freine-vapeur Peinture étanche à l air Etanchéité à l air par l extérieur : EPDM sur voile béton A2M A2M 30

31 3.Flux d humidité 31

32 Flux d humidité Le flux d humidité peut prendre plusieurs formes : - Liquide - Gazeux (vapeur) A2M 32

33 Flux d humidité Flux de vapeur 33

34 Flux d humidité : vapeur 20 C 4 C Vp : 120 Pa A2M Vp : 70 Pa 34

35 Flux d humidité : vapeur 35

36 Flux d humidité : vapeur Diagramme de l air humide (MOLLIER) Architecture et Climat 36

37 Flux d humidité : vapeur μd = μ * épaisseur matériaux Unité m Avec μ : coefficient de résistance à la diffusion de vapeur d eau (par rapport à une couche d air immobile) 37 A2M

38 Flux d humidité : vapeur Par exemple Intello : µd variable de 0,25 à 25 m Vario : µd variable de 0,2 à 4 m Pare vapeur > 10m 38

39 Flux d humidité : vapeur Membrane freine-vapeur à Sd variable Forte Faible Architecture et Climat 39

40 Flux d humidité : vapeur Condensations Superficielles Internes Par convection Par diffusion 40 A2M

41 Condensation superficielle Exemple : Cuisine Mur extérieur froid et fenêtre Si la température à la surface est sous le point de rosée de l ambiance, il y aura de la condensation superficielle. Pression de vapeur faible Déplacement de la vapeur Pression de vapeur élevée (à la source) Source de vapeur : Bouilloire et cuisson = haute température et grande quantité d eau disponible. 41

42 Condensation superficielle Exemple : Cuisine Pour éviter la condensation : Ouverture de la fenêtre : - crée un passage direct de la vapeur vers l extérieur - diminue la pression de vapeur intérieure Radiateur sur la surface froide pour maintenir la température audessus du point de rosée. Hotte de cuisine : - élimine la vapeur à la source - diminue la pression de vapeur intérieure 42

43 Condensation superficielle Que se passe-t-il au niveau des surfaces froides dans une pièce chauffée? Architecture et Climat 43

44 Condensation superficielle Que se passe-t-il dans une pièce où le degré d humidité augmente sans système d extraction adéquat? Architecture et Climat 44

45 Condensation interne par diffusion 20 C 4 C Vp : 120 Pa A2M Vp : 70 Pa 45

46 Condensation interne par diffusion 19 C 28 C Vp : 120 Pa A2M Vp : 180 Pa 46

47 Condensation interne par diffusion 20 C 4 C Vp : 120 Pa A2M Vp : 70 Pa 47

48 Condensation interne par convection!! Etanchéité à l air! Architecture et Climat 48

49 Synthèse flux Flux de chaleur Δ T Flux d air Δ p Flux d humidité vapeur Δ pv eau liquide?? 49 A2M

50 Flux d eau liquide 50

51 Flux d humidité : eau liquide Sources d humidité diverses - Eau de constitution - Pluie - Humidité ascensionnelle - Condensation - Dégât des eaux 51 A2M

52 Flux d humidité : eau liquide Teneur en eau Etat sec Zone hygroscopique Zone capillaire Sursaturation Teneur en eau des matériaux = W [kg/m 3 ] Influence l ensemble des paramètres hygrothermiques des matériaux : - Masse volumique - Capacité thermique - Conductivité thermique Courbe de rétention d humidité 52 Architecture et Climat

53 Flux d humidité : eau liquide Transfert de vapeur Etat sec Zone hygroscopique Zone capillaire Sursaturation Phénomène provoqué par une différence de pression partielle de vapeur d eau entre les deux faces d un matériau ou d une paroi. Diffusion de vapeur (proportion massique + tortuosité des pores) Pression partielle de vapeur Pression partielle de vapeur 53 Architecture et Climat

54 Flux d humidité : eau liquide Transfert de vapeur dans un matériau saturé d eau Etat sec Zone hygroscopique Zone capillaire Sursaturation 54 Architecture et Climat

55 Flux d humidité : eau liquide Transfert d eau liquide Etat sec Zone hygroscopique Zone capillaire Sursaturation Diffusion de surface Eau adsorbée sur la surface des pores du matériau = couche de sorption Transferts provoqués par une différence d humidité relative au sein du matériau HR HR Conduction capillaire Pores remplis d eau Transferts provoqués par une différence de pression capillaire au sein du matériau 55 Architecture et Climat

56 Flux d humidité : eau liquide Transfert d eau liquide Etat sec Zone hygroscopique Zone capillaire Sursaturation Dans le même sens, quel que soit le type : des zones à fortes humidité relative aux zones à faible humidité relative 56 Architecture et Climat

57 Flux d humidité : eau liquide méthode simplifiée : A Deux coefficients : - Absorption d eau qui entrerait en contact avec le matériau. - Redistribution de l humidité présente dans les pores du matériau = coefficient d absorption Unité : kg / m 2 s 1/2 57 A2M

58 Flux d humidité : eau liquide Méthode de Karsten On regarde la quantité d eau absorbée entre et la 5è et la 15è minute. /1000 (ml kg) x 2000(5 cm² 1 m²) / 600s Coefficient d absorption : A (kg / m 2 s 1/2 ) EN ISO

59 Flux d humidité : eau liquide 59 A2M

60 Flux d humidité : eau liquide Porosité et absorption Masse volumique : ρ = masse / volume [kg/m³] 60

61 Flux d humidité : eau liquide Porosité et absorption 61

62 Flux d humidité : eau liquide Hydrofuges Contrairement aux revêtements filmogènes à base d acryle, de polyuréthane ou de résine époxy par ex., les hydrofuges à base de composés organosiliciés n obturent pas les pores de la surface des supports minéraux, mais forment un film ultramince sur les parois des pores. = Imprégnation hydrophobe à base de silane/siloxane (sans solvant) Conforme EN Les «hydrofuges» doivent répondre à un certain nombre d exigences : - Réduction radicale de l absorption d eau - Maintien de la perméabilité à la vapeur d eau - Bon pouvoir de pénétration - Stabilité suffisante aux alcalis - Résistance aux UV - Ni jaunissement ni brillance ni adhésivité - Innocuité - Compatibilité avec l environnement hydrofugation (a) remplissage des pores (b) obturation filmogène (c) de la surface d un support minéral. Produits: -Tecnichem -Wacker -Sika -Rainguard - 62

63 Flux d humidité : eau liquide Méthode de Karsten Hydrofuge Résultat étonnant après plus de cinquante ans: Le test à la pipe de Karsten révèle que l enduit non traité absorbe 5 ml d eau en 10 minutes alors que la surface «hydrofugée» n absorbe pratiquement rien. 63

64 Synthèse transferts de vapeur transferts d eau liquide 64

65 Flux d humidité : synthèse Transfert de vapeur d eau Pression de vapeur élevée Pression de vapeur faible Transfert d eau liquide Humidité relative élevée Humidité relative faible 65

66 Flux d humidité : synthèse Extérieur Intérieur Int. Ext. 66 Architecture et Climat

67 Flux d humidité : synthèse Extérieur Intérieur Sec Humide Saturé Vapeur Vapeur et eau liquide Eau liquide 67

68 Migration d humidité Stratégies de conception 68

69 Flux d humidité : stratégies 1. SUPPRIMER L HUMIDITE A LA SOURCE Humidité extérieure : pare-pluie, pare-vent, hydrofuge, injections, cuvelages, détails d étanchéité,... Humidité intérieure : ventilation (Essentiel! Surtout en construction passive!!) 69 A2M

70 Flux d humidité : stratégies 2. EVITER LES CONDENSATIONS Limiter les ponts thermiques >< condensation superficielles Limiter les défauts d étanchéité à l air Architecture et Climat >< condensations internes par convection Limiter les transferts par diffusion >< condensations internes par diffusion 70

71 Flux d humidité : stratégies 3. GARANTIR LE POTENTIEL DE SECHAGE DES PAROIS Architecture passive 71

72 Flux d humidité : stratégies 1. SUPPRIMER L HUMIDITE A LA SOURCE 2. EVITER LES CONDENSATIONS 3. GARANTIR LE POTENTIEL DE SECHAGE DES PAROIS 72

73 Migration d humidité Outils de conception 73

74 Flux d humidité : outils Méthode statique Méthode Glaser Rapide Régime hygrothermique statique Trop sécuritaire La feuille Excel téléchargeable sur le site « > Calculs > La façade > La condensation interne d une paroi» permet de faire cette analyse pour des parois de 1 à 5 couches. 74

75 Flux d humidité : outils Méthode dynamique WUFI Pro WUFI 2D WUFI Bio Delphin MOIST MATCH Wufi: Calcul dynamique comportement Hygrométrique de la paroi 75

76 Flux d humidité : outils Sans hydrofuge Avec hydrofuge A2M 76

77 Flux d humidité : outils WUFI Pro WUFI 2D WUFI Bio Delphin MOIST MATCH Méthode dynamique Détail MDW 77

78 Flux d humidité : outils ISOLIN - GUIDE ISOLIN Aline Branders / Arnaud Evrard / André De Herde - OUTIL ISOLIN Arnaud Evrard / Cédric Hermand / André De Herde Publication et DVD sur commande : 78

79 Flux d humidité : outils ISOLIN 79

80 Flux d humidité : outils ISOLIN 80

81 Conclusion : flux et stratégies Flux de chaleur Δ T Flux d air Δ p Flux d humidité vapeur Δ pv eau liquide Δ HR 81 A2M

82 Conclusion : flux et stratégies 82 A2M

83 Conclusion : points d attention Les principaux paramètres hygrothermiques des matériaux doivent être connus Il existe des logiciels capables de modéliser les transferts et stockage dynamiques de chaleur et d humidité dans les murs isolés L isolation par l intérieur des murs existants est souvent la seule possible, mais c est la plus complexe Quand c est possible, préférer une isolation de la coulisse ou par l extérieur et envisager la combinaison de ces trois solutions 83

84 Conclusion : isolation par l intérieur Eléments de conception à considérer: L exposition aux intempéries est critique Si le mur est exposé, l application d un hydrofuge performant est efficace Un revêtement trop étanche à la vapeur à l extérieur peut provoquer une accumulation d humidité dans le mur L application d une membrane intérieure adaptée est recommandée, particulièrement dans une ambiance intérieure humide Les membranes à mu-variable conservent le potentiel de séchage des murs 84

85 Conclusion : isolation par l intérieur Si l on choisit d isoler par l intérieur La méthode de Glaser est sévère Les logiciels WUFI sont puissants mais complexes L outil ISOLIN permet de valider certains choix Certains éléments de conception doivent être considérés 85

86 Pour aller plus loin 86

87 Contact Aline Branders Architecte Master en architecture et développement durable Architecte partner chez A2M Responsable du pôle Recherche & Développement branders@a2m.be Site: 87