ETUDE SUR L'ISOLATION PAR L'EXTÉRIEUR DES BÂTIMENTS

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1 ETUDE SUR L'ISOLATION PAR L'EXTÉRIEUR DES BÂTIMENTS DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE SEPTEMBRE 2009

2 INTRODUCTION Le traitement du bâti existant est un levier majeur de réduction des gaz à effet de serre. L'efficacité énergétique du bâtiment en est l'élément le plus économique, en terme d'euros investis à la Tonne équivalent Carbone économisée. L'isolation par l'extérieur permet d'assurer une efficacité énergétique mais se heurte à la modénature de certaines façades, et au positionnement du bâti en vitrine de l'espace public. A partir de ce constat admis par tous, il nous paraît essentiel de requestionner les réelles valeurs physiques et architecturales de cette technique d'isolatin par l'extérieure, frappée d'un phénomène de mode, qui l'associe immédiatement à des notions de développement durable, d'écologie, d'économie d'énergie, de démarche environnementale...et sourtout, de politiquement correct... L'isolation par l'extérieur, simple élément technique participant à la constitution d'un édifice, seraitil à lui seul le gage d'une valeur architecturale? La charge est bien trop lourde, et la valeur architecturale, dans son sens le plus large, ne peut se résoudre à dépendre d'une solution unique. Il nous faut ainsi réinterroger la thermique des bâtiments et repositionner l'isolation par l'extérieur dans celleci, sans perdre de vue qu'elle vient conditionner la façade et qu'il est nécessaire d'en appréhender les opportunités et les limites. Les problématiques d'isolation par l'extérieur, soulevées par la volonté d'intervenir sur les bâtiments existants, doivent être considérées avec mesure et dans une vue d'ensemble de la question constructive et architecturale. Trois étudiants de l'ecole Nationale Supérieure d'architecture de Lyon, développant différents Masters spécialisés dans les questions d'urbanisme et de dévelopement durable, se sont penchés sur ces problématiques avec passion et intérêt, dans le cadre de l'étude proposée par la Direction Régionale de l'equipement d'iledefrance. Mais le temps imparti à cette étude aura été relativement court, face à l'enjeu et aux voies que l'on peut envisager d'ouvrir. Un temps de maturation et de réflexion, ponctué d'expérimentations et d'analyses semble nécessaire affin d'appréhender le sens à donner à ces pratiques d'interventions sur l'existant. Les compétences de l'architecte sont généralistes et son domaine de prédilection est celui de la concpetion et de la production du bâti. Il possède en cela une vision globale, ce qui lui permet de donner un sens ainsi qu'une cohérence aux réalisations qui lui sont commandées. Son approche associe des connaissances techniques, esthétiques, économiques et sociales. On ne peut envisager les questions de l'isolation par l'extérieure sans penser aux conséquences globales de cette intervention. Si l'on devait restreindre le questionnement à des réponses purement thermiques, on ferait appel à un thermicien, qui saurait apporter une réponse parfaite. Or, en architecture, chaque bâtiment est un prototype. Il lui faut ainsi impérativement une réponse adaptée à son milieu, à sa nature, à ses particularités... L'isolation par l'extérieur est envisagé pour apporter une solution d'émélioration thermique mais son implication va bien au delà d'une réponse technique puisqu'elle modifie aussi l'esthétique et le parti architectural tout en s'inscrivant dans un contexte environnemental et politique. Nous nous attacherons, dans un premier temps, à mieux appréhender l'isolation des bâtiments, à travers la compréhension de la fonction de l'isolation, le choix des matériaux, et la typologie des bâtiments existants isolés par l'extérieur. Puis nous tenterons d'atteindre un niveau de réflexion global qui puisse donner lieu à des choix opérationnels d'interventions. Nous verrons pour cela l'ensemble des exigences techniques liées aux bâtiments, les différentes prescriptions obligatoires qu'ils subissent, mais aussi les valorisations possibles et les leviers d'actions. Enfin, à travers trois fiches synthétiques, nous chercherons à apporter des éléments d'aides opérationnels. DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 2

3 INTRODUCTION II PARVENIR A UN NIVEAU DE REFLEXION GLOBAL 1 APPREHENSION DE L ENSEMBLE DES EXIGENCES TECHNIQUES a LE BATIMENT ET SON ENVIRONNEMENT Eléments Climatologiques Le bâtiment : enveloppe technique PRÉAMBULE : les Enjeux I COMPRENDRE L ISOLATION DES BATIMENTS 1 FONCTION DE L'ISOLATION b LA VARIABILITE ET L INTERDEPENDANCE DES DONNEES Exigence de l approche énergétique Optimisation appliquée à la performance énergétique 2 ENTRE PRESCRIPTIONS OBLIGATOIRES ET VALORISATION a LES QUALITES THERMIQUES A ATTENDRE A ATTEINDRE Confort thermique Capacités thermique d un isolant a LA REGLEMENTATION ET LES AIDES RT 2005 et DPE Incitations Economiques b CE CONTRE QUOI LUTTER Déperditions thermiques Condensation b LES APPELLATIONS : OUTILS DE COMMUNICATION Les Labels La HQE 2 CRITERE DE SELECTION D'UN ISOLANT 3 APPROCHES TERRITORIALES ET RÉGLEMENTAIRES a LES CARACTÉRISTIQUES À PRENDRE EN CONSIDÉRATION Propriétés des produits existants Matériaux d Isolation Synthèse a LES CONTRAINTES Textes en vigueur Intervention sur l existant b LES LEVIERS D ACTION Opportunités de requalification Marges de Manœuvre b LA LOCALISATION DE L ISOLANT AU SEIN DE LA PAROI Ensemble des Solutions Envisageables Avantages et Limites d une Isolation par l extérieur (statique) Synthèse III FICHES OPERATIONNELLES 3 TYPOLOGIE DES BATIMENTS EXISTANTS ISOLES PAR L EXTERIEUR a LES TECHNIQUES ET MISE EN ŒUVRE D ISOLATION PAR L EXTÉRIEUR Solutions Techniques applicables Synthèse b ETUDE D UN PROBLÈME MAJEUR : LES PONTS THERMIQUES Impacts Traitements 1 FICHE SYNTHESE TECHNIQUE : MATERIAUX COMMENT CHOISIR UN MATÉRIAU POUR UNE ISOLATION 2 FICHE SYNTHESE TECHNIQUE : MISE QUELS EN OEUVRE PROCÉDÉS METTRE EN OEUVRE POUR UNE ITE 3 FICHES SYNTHESES D'INTERVENTION : TYPOLOGIE IMPLANTATION IMPOSSIBILITÉS ET VALORISATION CONTAINTES ET CHAMPS D'ACTIONS TABLEAU RÉCAPITULATIF CONCLUSION DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 3

4 ENJEUX pensée, plus il connaît de déperditions thermiques, plus il consomme d énergie. De plus, ces bâtiments non isolés utilisent des énergies dites fossiles, donc responsable des gaz à effet de serre. Généralités à savoir sur le parc immobilier : Le Grenelle de l'environnement 30 millions de logements en France 25 millions de résidences principales logements construits par an A la lecture de ces chiffres, il est important d'avoir conscience que le renouvellement chaque année est de 1% du stock immobilier. L'intervention sur le patrimoine immobilier existant reste donc une part essentielle de l'amélioration de la qualité du bâti français. Si les mesures du Grenelle de l Environnement concernent environ logements neufs par an, les 30 millions de logements individuels et collectifs existants devraient faire l objet de travaux de rénovation thermique... Le Contexte environnemental : Effet de serre A l'origine, l'effet de serre de notre atmosphère est un phénomène naturel bénéfique, sans lequel la surface terrestre aurait une température moyenne de 18 C et non de +15 C. C'est l'amplification du phénomène liée aux activités des hommes qui représente un danger pour l'équilibre de la planète. Effectivement, les activités humaines et en particulier les consommations d'énergie rejetant des gaz à effet de serre en quantité importante dans l'atmosphère, sont aujourd hui sources de dérèglements climatiques. Suite au Grenelle de l'environnement qui s'est déroulé en octobre 2007, de nouvelles mesures devraient apparaître concernant le bâtiment : Les logements privés neufs devraient être soumis à la réglementation THPE, avec un objectif d'un tiers des constructions en basse consommation ou à énergie passive ou positive. Les bâtiments et équipements publics dont le secteur tertiaire devraient être construit en basse consommation (50 kwhm².an) ou à énergie passive ou positive. Les énergies renouvelables les plus performantes seraient systématiquement intégrées : La basse consommation sera généralisée à tous les logements neufs. Objectif 2020 : la généralisation des logements neufs à énergie passive et la construction des bâtiments à énergie positive, donc qui ne consomment pas plus qu'ils ne produisent, voire qui produisent plus qu'ils ne consomment. L intérêt est de faire passer la construction du statut de consommateur à celui de producteur net d'énergie, capable de réinjecter sur le réseau électrique, et répondre ainsi positivement aux enjeux du protocole de Kyoto. Les accords de Kyoto Le protocole de Kyoto, signé en 1997, a pour objectif de réduire de 5,5% les émissions de gaz à effet de serre sur la période par rapport au niveau atteint en 1990, ce qui implique pour la France de réduire ses besoins énergétiques d'un facteur 4. Il faudra donc prendre cet engagement en compte lors de toutes constructions neuves, mais aussi évidemment rénover toutes les constructions existantes, car moins l isolation du bâtiment a été DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 4

5 Enjeux multiples et réalités... L'enjeu commun qui met en cause à la fois l'acoustique, la thermique et la ventilation, a le mérite de donner la priorité à l efficacité énergétique. Mais le risque est de déséquilibrer tout le système constructif, comme chaque fois que l accent est mis sur une exigence sans se préoccuper des autres enjeux. Les situations de contradictions entre les différentes exigences ne sont pas rares, confirmant, là encore, la nécessité de réfléchir à des solutions globales. La maîtrise des coûts énergétiques est donc une priorité. Ainsi une réflexion existe afin de trouver des solutions incitatives : en assouplissant par exemple les contraintes d urbanisme afin de rendre plus facilement possible le choix de l isolation par l extérieur des parois opaques, de permettre qu une assemblée générale de copropriétaires puisse acter la réalisation de travaux d intérêt commun portant sur les parties privatives, ou encore, en matière locative, que les propriétaires bailleurs trouvent un intérêt financier à investir dans des travaux d amélioration énergétique. Les enjeux dans la construction La réhabilitation thermique du parc immobilier existant apparaît comme un point de passage obligé vers le facteur 4, c'est à dire la diminution par 4 de nos émissions de gaz à effet de serre d'ici Il faut ajouter à cela le lourd déficit de logements et d'équipement dans le parc immobilier français, et l'on comprend l'enjeu qui est donné dans la problématique des constructions futures. La démarche laisse place à toutes les réflexions sur des solutions innovantes dans la mesure où il n'existe pas de réponses toutes faites et universelles. C'est ce qui fait à la fois toute la difficulté et tout l'intérêt du questionnement nécessaire dans le domaine de la construction actuelle. Aujourd'hui, la mise en place d'une isolation thermique efficace et le traitement des ponts thermiques vont devenir indispensable pour atteindre les objectifs politiques annoncés en matière de réduction de la consommation d'énergie dans le bâtiment. Il est évident que les solutions traditionnelles existantes ne répondent plus aux critères recherchés et que nous sommes sur la voie du changement de nos habitudes constructives. Les solutions plus ou moins innovantes qui peuvent être proposées actuellement, doivent néanmoins veiller à ne pas dégrader la stabilité du bâtiment ni toucher à la sécurité de ses occupants. Enfin, il faut avoir conscience des risques potentiels pouvant être liés à l'utilisation de solutions de traitement non traditionnelles qui ne bénéficient pas d'une évaluation technique expertisée dans le temps. L'amélioration du patrimoine immobilier existant est un volet important de la politique d'économie d'énergie, et, dans cette amélioration, l'isolation thermique constitue l'intervention la plus durable. Dans le secteur du bâtiment, deux exigences se manifestent nettement depuis quelques années : d'une part plus de sécurité, de garanties pour la santé, de confort, d'espace, et d'autre part des économies d'énergie, d'eau, de ressources naturelles, et la réduction correspondante des rejets dans l'environnement. DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 5

6 I ISOLATION DES BATIMENTS Avant la crise pétrolière de 1973, le concept même d isolation n existe quasiment pas. C est lorsque le budget alloué au chauffage atteint un tarif prohibitif que la question de comment économiser semble surgir. Une politique gouvernementale incite alors à économiser l énergie par deux moyens : l amélioration des rendements des appareils de chauffage et par l isolation. La première réglementation thermique date de 1974 et vise à réduire les déperditions de chaleur. Les logements anciens commencent alors à être isolés par l installation d un survitrage et par l isolation généralement par l intérieur des parois les plus exposées, des toitures et combles. L isolant varie à cette époque entre la laine de verre ou le polystyrène et se présente sous forme de panneaux ou de rouleaux. On remarque toutefois une sensibilité différente selon les pays. Ceux de l Europe du Nord, connaissant donc un climat plus froid qu un pays comme la France, ont engagé des recherches plus poussées concernant l isolation extérieure. Les débuts d une isolation pas l extérieur datent des années , mais le véritable démarrage en France se situerait plutôt dans les années Des désordres rencontrés (les décollements généralisés et les chutes des panneaux isolants) semblent aussi expliquer le manque de succès de cette technique. Les causes seraient pourtant le non respect des avis techniques, mais aussi une concurrence forcenée entraînant souvent un abaissement de la qualité des prestations (associé à des tarifs dégressifs). Il est également à noter que l origine et la nature des matériaux ont attiré l intérêt de pays connaissant un climat froid qui utilisèrent très tôt des isolants d origine végétale. Le sujet actuel reste toutefois d appréhender l isolation dans son ensemble afin de développer par la suite les avantages ou limites d une isolation positionnée vers l extérieur. DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 6

7 CAPACITÉS 1 FONCTION DE L'ISOLATION a LES QUALITES A ATTENDRE A ATTEINDRE CONFORT THERMIQUE Le but de l isolant n est aujourd hui plus uniquement de créer une barrière contre l extérieur durant les périodes de froid ; il est de créer une barrière entre intérieur et extérieur afin d empêcher la chaleur de partir vers l extérieur en période hivernale, mais également d empêcher celle provenant de l extérieur d envahir l intérieur du bâtiment en été. C est cette notion que l on nomme le confort thermique, intégrant par là même le confort d été. De plus, la notion de confort a atteint un certain niveau d exigence. Aujourd hui, le souhait est souvent que la température intérieure soit plus élevée et stable non dépendante des variations climatiques, mais aussi mieux réparties, ou encore que les courants d air importuns soient supprimés. THERMIQUE D UN ISOLANT L efficacité thermique d une paroi, son pouvoir isolant, dépend essentiellement de : la conductivité du matériau représentant sa faculté à isoler thermiquement1. Donc plus sa conductivité est faible, plus le matériau est isolant, et plus il a la capacité de stocker de la chaleur. sa résistance thermique, soit le flux de chaleur traversant la paroi. sa transmission calorifique, c estàdire la résistance de la paroi au passage de la chaleur. Avec la conception bioclimatique, l inertie thermique a également fait son entrée. L Isolation et l inertie d une paroi sont toutefois deux principes différents. Inertie : chauffage en hiver et aération en été. capacité de stockage et de restitution aussi bien de chaleur que de fraîcheur. un des outils principaux de l architecture bioclimatique. permet de régulariser les apports solaires et ceux du chauffage. L inertie est donc la stratégie pour résister aux variations thermiques imposées par l extérieur. Par contre, une trop forte inertie pose problème dans les bâtiments occupés de manière irrégulière, car les parois deviennent alors longues à se réchauffer et offriront un bienêtre thermique qu après un temps pouvant paraître bien long. En plus de l usage, il faudra aussi prendre en considération la région climatique du bâti. Résistance thermique : R=épaisseur e conductivité λ, donc augmentée par l épaisseur DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 1 7

8 S ajoute donc à la qualité thermique d un isolant sa capacité d inertie : sa conductivité thermique. sa chaleur spécifique, soit de sa capacité à emmagasiner la chaleur et ceci par rapport à son poids. sa densité. Plus elle est élevée, plus le matériau mettra du temps à s ajuster à la température extérieure et à la transmettre. Deux notions sont également à prendre en considération afin de parfaire notre connaissance concernant le pouvoir isolant des parois : la diffusivité, soit l aptitude à transmettre rapidement une variation de température. Ainsi, plus elle est faible, plus la chaleur mettra du temps à traverser le mur. Cela sert à gérer le temps de restitution de la chaleur. Par exemple, il est possible de penser un mur en fonction de la chaleur que nous souhaitons avoir dans une pièce en fin de journée. L épaisseur de ce mur sera alors à choisir afin d obtenir le déphasage voulu. De plus, certains isolants, malgré une très faible conductivité thermique, peuvent avoir grâce à leur capacité thermique la possibilité de ralentir suffisamment le flux de calories pour permettre un déphasage jour nuit et participer ainsi grandement au confort intérieur. l effusivité, soit l aptitude à absorber et non plus à transmettre de l énergie. Ainsi plus l effusivité est élevée, plus le matériau absorbe sans pour autant se réchauffer. Exemple : le bois est un matériau à faible effusivité, ce qui explique son emploi comme revêtement intérieur dans les pays froid, tandis qu un produit comme la faïence ayant une forte effusivité, donc mettant un temps plus long à absorber la chaleur, sera préconisé pour les pays au climat chaud. (Trouver un matériau dont Ef est compris entre 0,33 et 0,67 et qui s harmonisent rapidement à leur environnement) Ces termes ont leur importance pour la bonne connaissance des matériaux et donc le bon choix de son isolant. DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 8

9 b CE CONTRE QUOI LUTTER DÉPERDITIONS CONDENSATION THERMIQUES Le véritable problème rencontré est les déperditions thermiques se retrouvant sous trois formes : les déperditions dites surfaciques, soit passant à travers les parois : murs, toiture, et le plus difficile à isoler : les vitres (pouvant être responsables de 60% des déperditions) les déperditions par ponts thermiques, dépendant de la technique constructive utilisée et du système d isolation choisi (pouvant varier de 5 à 25%). Ce point majeur sera développé dans la suite de l'étude. les déperditions par renouvellement d air, donc par les ventilations pourtant indispensables contre l insalubrité de l air intérieur à traiter, mais aussi par toutes percées faites dans les parois comme pour les liaisons entre le mur et les menuiseries laissant des failles par lesquelles l air peut cheminer, les conduits de fumée, ou encore les percées pour passage de gaines électriques L air contient de la vapeur d eau en quantité variable selon la température. La vapeur d eau a pour source les pièces humides (salles d eau et cuisine), mais également la respiration des habitants. Audelà d un seuil ne permettant plus l air de contenir cette eau sous forme de vapeur, et ceci en fonction d une température cette foisci dépassée, l excès de vapeur se condensera alors. Des gouttelettes se formeront sur les parois les plus froides. Mais le véritable problème survient lors des grands écarts entre les températures intérieures et extérieures. L air chargé en vapeur d eau cherche un équilibre avec l air extérieur. C est ainsi qu il pourra traverser les matériaux les plus poreux, dont les isolants. Lorsque l air lors de cette traversée verra sa température baisser jusqu à atteindre son taux de saturation, il passera de l état de vapeur à celui de liquide. Cette humidité s accumule alors dans les parois et provoque des dégradations conséquentes visibles comme dans le cas de moisissures se formant sur les parois, et perceptibles comme l abaissement de l efficacité de l isolant. La pose d un parevapeur, film imperméable, est donc «conseillée» du côté chaud afin d éviter ces traversées. La difficulté rencontrée alors se situe au niveau des raccords de lais ou avec les huisseries, mais aussi au niveau des futurs percements. Ces points concentrent alors une condensation qui sera amplifiée justement par le fait d être non répartie de manière homogène dans une paroi. Déperditions possibles Ces passages d air favorisent les infiltrations possibles, et l eau étant une meilleure conductrice de froid que ne peut l être l air, les capacités de l isolant sont alors anéanties et ceci de manière irrémédiable. DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 9

10 Mise en garde Il faut éviter que les raccords se situent aux mêmes emplacements que les ponts thermiques afin de ne pas amplifier les problèmes (donc par exemple prolonger le parevapeur sur le mur de refend et non l arrêter à la jonction). Il faut également posséder une ventilation performante, car le mur correctement étanche ne peut plus ni absorber, ni restituer les excès de vapeurs d eau et ainsi gérer l air trop humide ou trop sec. L idée n est finalement par de rendre le mur étanche, mais que le degré hygrométrique ne soit pas trop élevé (Le degré hygrométrique de confort se situe entre 30 et 70% d humidité pour une température intérieure de 20. Il ne doit évidemment pas atteindre les 100%, seuil de température où l air est saturé de vapeur d eau). C est alors que le principe de «paroi respirante» peut devenir intéressant. Selon la région climatique, par exemple en Europe du Nord, l utilisation de matériaux poreux, donc avec une capacité hygroscopique élevée, est très développée. Comme matériaux poreux, nous retrouvons du bois, de la terre crue ou cuite, de la pierre, de la chaux, du plâtre Sans ponts thermiques zones qui auraient inévitablement concentré l humidité, l air intérieur pénètre la paroi et s échappe par l extérieur grâce aux enduits poreux utilisés en façade, ou, par capillarité, retourne vers l intérieur mais aux endroits les plus secs pour enfin s évaporer. L intérêt est que l eau sorte plus rapidement du mur qu elle n y entre afin de ne pas avoir le temps de détériorer la paroi. Mise en garde Les parois ne sont évidemment pas traitées de manière étanche, sinon l air ayant pu pénétrer le mur par des failles ne pouvant plus faire le cheminement opposé comme précédemment expliqué, ne peut plus s évaporer et se retrouvent alors captif. Une attention particulière est donc à prêter à l utilisation des paresvapeur. Pour améliorer ce système, donc une fois la paroi constituée d un matériau d une bonne capacité hygroscopique, il est important de le compléter au moyen d une ventilation soit naturelle, soit mécanique. Ensuite, les enduits et parements des deux parois doivent montrer une résistance à la diffusion de la vapeur d eau. Ceux destinés aux parois intérieures doivent être soigneusement choisis selon ce critère, tandis que ceux extérieurs offrent toujours cette caractéristique. Les normes françaises définissent la perméabilité des isolants à la vapeur d eau par leur résistance au passage de cette vapeur d eau. Un calcul permet ainsi de savoir si un parevapeur est nécessaire. Concernant la résistance des matériaux à la diffusion de la vapeur d eau, il est parfois plus judicieux pour les réhabilitations d opter pour un freinevapeur, car il est souvent délicat de calculer la résistance des matériaux sur de l existant. DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 10

11 2 CRITERE DE SELECTION D'UN ISOLANT a LES CARACTÉRISTIQUES À PRENDRE EN CONSIDÉRATION PROPRIÉTÉS DES PRODUITS EXISTANTS Les caractéristiques thermiques des matériaux : La masse volumique La conductivité thermique La chaleur spécifique La capacité thermique (volumique) La diffusivité thermique L effusivité thermique En plus des qualités de l isolant choisi en fonction de ces caractéristiques et d une zone géographique ayant un climat spécifique, il faut bien évidemment faire attention aux performances de chaque matériau composant une paroi et non seulement à celle de l isolant, mais également de leurs épaisseurs. Plus un isolant est épais, plus les déperditions sont réduites, mais plus le coût augmente également. Il est plus censé de déterminer une épaisseur optimale en évaluant le prix de revient annuel de l ensemble, à savoir si le gain provoqué par les moindres besoins en énergie de chauffage amortit réellement le coût de l isolant, car proportionnellement surtout les premiers centimètres d isolant sont utiles, mais non suffisant. Mais aussi : Le comportement au feu La perméabilité à la vapeur d eau Le comportement aux prédateurs La stabilité (dilatation ou gonflement) Les réactions aux agents biochimiques (imputrescible ) L impact sur l environnement (recyclage, principale pollution, énergie grise, ressource renouvelable ou non) L impact sur la santé L idée est de rechercher un matériau ayant une capacité de conduction la plus faible possible. Pour exemple, le vide est un mauvais conducteur, donc placé entre deux parois, l une chaude et la deuxième froide, il localise dans son espace un échange de calories opposées. Mais l air conservera sa capacité isolante seulement s il est immobile. La solution trouvée a alors été de créer un isolant composé de nombreuses alvéoles de taille minimale afin d emprisonner un maximum d air et d ainsi le figer. Ceci explique aussi l épaisseur importante nécessaire des isolants devant enfermer un maximum d air. Il faut donc choisir un isolant, mais aussi un matériau possédant une forte inertie, tout en prenant évidemment en compte la rapidité avec laquelle la température superficielle d un matériau se réchauffe (principe de l effusivité thermique). DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 11

12 MATÉRIAUX D ISOLATION Divers isolants existent actuellement et non plus seulement la laine de verre ou le polystyrène. Nous trouverons donc quatre grandes typologies d isolants : les minéraux les synthétiques les végétaux et ceux d origine animale L impasse sera faite sur les isolants réflecteurs (à base d aluminium et de mousses synthétiques à cellules fermées) dont le seul avantage est d être minces. Leurs performances thermiques restent aujourd'hui très controversées. Plusieurs critères définissent le choix judicieux. Outre le coût, l efficacité d un produit selon les points principaux vus précédemment, la facilité de mise en œuvre et le degré de technicité, la compatibilité et la complémentarité entre les différentes couches de matériaux, existe aujourd hui une exigence au niveau de l impact sur l environnement et sur la santé. Il est toutefois facile de remarquer que les notions de coûts mènent encore la vie dure à celles d écologie et que les critiques se contredisent selon le parti pris de chacun. Rappelons qu un matériau peut être appelé naturel, donc d origine végétale ou animale, mais ne pas être considéré comme étant écologique. Un matériau écologique signifie : que peu d énergie est nécessaire à sa fabrication, mais également à son transport que les matières premières sont facilement renouvelables qu il peut être recyclé ou réutilisé DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 12

13 Les isolants minéraux comprennent : Les isolants synthétiques comprennent : l argile expansée les laines minérales : laine de roche, laine de verre la perlite et la vermiculite le verre cellulaire Les points négatifs : Les laines minérales sont classées comme étant potentiellement cancérogènes. La laine de verre développe des champs électrostatiques. Le verre cellulaire est quant à lui lié à des produits susceptibles d être cancérogènes. La perlite et la vermiculite sont conseillées pour leur incombustibilité. Le désavantage de ces roches est le coût et leur réaction à l humidité (augmentation du volume). Commentaires : Le verre cellulaire est reconnu pour l isolation des toitures terrasses, mais son coût en limite l utilisation à cette localisation. Les laines minérales, malgré les controverses concernant leurs effets sur la santé, sont encore les isolants les plus utilisés en raison de leur coût. les les les les mousses uréeformol, phénoliques et de polychlorure de vinyle polyesters polystyrènes expansés et extrudés polyuréthanes Les points négatifs : Les mousses uréeformol, phénoliques et de polychlorure de vinyle, considérées comme très nocives, ont aujourd hui disparu du marché. Le polystyrène expansé est instable dans le temps et à la chaleur, donc connaît une perte de volume. Commentaires : Le polyuréthane est considéré comme le meilleur isolant thermique. Le polystyrène extrudé et le polyuréthane sont couramment utilisés pour l isolation extérieure en raison de leur insensibilité à l eau, de leur bonne tenue à la compression et de leur faible coût. Ensuite, selon les sources, le polystyrène est déconseillé car décrit comme non recyclable et ayant un impact sur la santé, tandis que le polystyrène extrudé est suspecté d être destructeur de la couche d ozone 2. Etant de plus une ressource non renouvelable, il est également dépeint comme le plus mauvais choix en construction écologique. Une seconde source3 parle du polystyrène comme étant le matériau le plus efficace, ce qui ne contredit nullement JeanPierre Oliva, mais elle ajoute qu il est entièrement recyclable et ne dégage aucune substance nocive en cas d incendie. L Isolation Ecologique, JeanPierre Oliva, Terre Vivante, 2001, Polystyrène expansé et Développement Durable?, Bruno Berger, Claude Dumas, Valérie Michel, Eyrolles, DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE

14 L idée n est donc pas de trancher entre deux discours, mais il est logique qu une personne concernée par les questions écologiques puisse orienter son choix vers d autres matériaux. Il faudrait aussi se demander si le coût entre produits synthétiques et végétaux (ou animal) était similaire, qu elle serait alors le choix des maîtres d ouvrage et les conseils des maîtres d oeuvre. Les isolants végétaux comprennent : les produits issus du bois : les granulats de bois minéralisés, le bois feutré, les fibragglos, la fibre de bois, la laine de bois, le liège expansé, la ouate de cellulose le chanvre la laine de coco la laine de coton le lin les roseaux Les points négatifs : La ouate de cellulose et la laine de coton sont des produits recyclés issus du papier journal et d anciens vêtements. La première est décrite comme la moins écologique, mais semble être considérée comme celle présentant le meilleur rapport qualitéprix. Le bois dit feutré, ou encore le liège expansé, sont déconseillés en raison de leur coût élevé dû essentiellement à leur présentation sous forme de panneaux. Il est alors conseillé de les utiliser pour des destinations particulières auxquels les autres isolants ne peuvent répondre, car ses qualités sont toutefois reconnues. La laine de coco est déconseillée si la situation géographique exclue ce composant des matières premières du pays. Le transport sur des longues distances rend cette solution absurde pour un pays européen. Les roseaux sont quant à eux des ressources limitées et sont essentiellement intéressants pour les restaurations de toiture appartenant au patrimoine. Le chanvre est une ressource renouvelable, mais encore limitée. DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 14

15 Commentaires : Les produits utilisés pour l isolation extérieure sont essentiellement ceux issus du lin et du chanvre. De plus, ils sont considérés comme les plus écologiques. Ils sont préconisés pour les isolations extérieures soit en vrac, soit sous forme de panneaux semirigides à placer entre des éléments d ossatures existants. De plus le lin possède une grande capacité à absorber et restituer l humidité et est adapté aux constructions bois, ossatures bois ou aux constructions en dures. Le chanvre est quant à lui perméable à la vapeur, donc peut se dispenser de parevapeur. Il est également thermorégulateur. Le chanvre et le lin sont considérés par les écologiques comme le meilleur compromis technique, économique et écologique. Les isolants d origine animale comprennent: la laine de mouton la plume de canard Les points négatifs et commentaires : La laine de mouton peut se présenter en vrac, en écheveau, en rouleau ou en panneaux semirigides. Mais seuls les présentations en vrac ou en panneaux peuvent être utiles à l isolation extérieure. Sa capacité d absorbation dispense de l ajout d un parevapeur. Son coût est encore élevé. Le classement au feu moyen de la plume de canard, mais aussi sa composition à 20% de fibres synthétiques ne lui permettant pas d être recyclée. DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 15

16 SYNTHÈSE Il ne faut pas oublier non plus que certains produits sont déconseillés pour certaines localisations. En effet, la localisation de ces divers isolants varie selon deux points : selon le type d isolant, certains ne correspondant pas à une utilisation en isolation extérieure. la forme finale (vrac, panneaux rigides, ou semirigide, ou encore en rouleau). Par exemple, un matériau présenté en vrac sera souvent utilisé aussi bien pour les toitures que pour les murs extérieurs, tandis que présenté sous forme de panneaux, sa destination sera plus prisée pour les murs. Cette généralité concerne essentiellement les isolants d origine végétale. Exemples de localisations selon leur conditionnement Le liège Liège expansé en granule pour toit en panneaux pour murs et toitures Le chanvre Le lin en vrac pour murs et toitures en panneaux pour les murs en vrac pour murs et toitures en panneaux semirigides pour les murs Le roseau en panneaux pour toiture et murs Laine de mouton en vrac pour toitures et murs en panneaux semirigides pour murs De nombreux matériaux ayant fait leurs preuves durant les siècles passés, ne sont pas normalisés aujourd hui, mais continuent d être utilisés dans les cas d autoconstructions. L avantage est indéniablement son faible coût. L inconvénient reste l impossibilité d être assuré. Les copeaux et la sciure de bois, la paille mélangé à de la terre (cf murs en torchis ayant fait leurs preuves ), ou encore le luffa cylindrica, cucurbitacée tropicale ayant les mêmes avantages que le polystyrène mais revêtant un aspect écologique en plus en sont l exemple. Les produits synthétiques ou ceux issus du bois sont critiqués pour leur mode de production ou pour les liants nécessaires à la confection. Les isolants végétaux considérés comme écologiques ou ceux d origine animale subissent toutefois également des traitements complexes afin de les nettoyer, de les rendre ininflammable, d éloigner les insectes ou autre, puis de les associer avec d autres fibres non végétales, qui peuvent faire relativiser les argumentations des écologistes endurcis. Tout isolant homologué, aussi sain estil décrit dans les fiches de déclarations environnementales et sanitaires des fabricants a connu des traitements et comporte des additifs. Il est vraisemblable que les isolants végétaux ne présentent pas les risques pour la santé que révèle la majorité des isolants minéraux ou des isolants synthétiques. L exemple de l amiante ayant sûrement aidé à se tourner vers des isolants pensés comme plus sains. Un problème se situe toutefois avec tout produit «nouveau». Un produit d origine végétale incite à la confiance, et est pensé comme plus sain qu un autre. Mais il est décrit comme étant sans effet négatif connu sur la santé car le recul pour une analyse sur le long terme n existe tout simplement pas. Il est d un côté, indispensable de poursuivre les recherches concernant de nouveaux matériaux, de nouvelles techniques, et d être en corrélation avec les préoccupations de son temps. Mais estil DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 16

17 réellement nécessaire de créer des idées reçues en critiquant systématiquement les produits ayant fait leurs preuves? Par exemple en insistant sur le fait que le polystyrène expansé est issu de la pétrochimie, donc d une ressource non renouvelable, sans jamais préciser que sur une extraction annuelle de pétrole brut, moins de 0,1% est utilisé pour ce matériau considéré comme le plus performant et dont le but est finalement aussi d économiser cette fameuse énergie non renouvelable. De plus, sa matière première est le naphta, soit un dérivé de raffinage du pétrole brut qui ne peut être utilisé comme combustible, donc qui devrait sans ceci être considéré comme un déchet, soit une pollution nouvelle à régler. Néanmoins, si chaque élément issu de la pétrochimie faisait usage d un tel discours, il serait délicat d aider les mentalités à s ouvrir vers des expérimentations autres. L'étape semble pourtant indispensable pour les générations à venir, face à cette ressource non renouvelable. Le véritable défi des chercheurs, fabricants, distributeurs devrait finalement être le cycle de vie des produits. Mais il est facile de remarquer que ceci n est pas toujours évident. Un artisan interrogé, explique qu il lui a été demandé et ceci à une seule reprise un devis pour une isolation en laine de chanvre, pour finalement choisir une laine de verre au prix plus abordable. Malgré les enjeux, d un côté les professionnels travaillent avec des matériaux qu ils connaissent et sont peu enclins à la curiosité, d un autre les tarifs n aident pas les maîtres d ouvrage à être gagné par le courage d éviter les matériaux à la réputation pourtant peu engageante. Les fiches techniques des fabricants manquant d informations, la certification française nommée l ACERMI4 sera toutefois la plus complète pour les matériaux isolants (catégorie ISOLE). Elle donne en plus de la résistance thermique, quelques caractéristiques supplémentaires concernant les matériaux : leur résistance à la compression leur comportement à la déformation leur capacité à absorber l eau leurs propriétés en cohésion et flexion leur faculté de s opposer au passage de la vapeur d eau Mais il manque encore5 : leur capacité thermique détaillée des renseignements sur la perte de résistance en présence d eau et sur la durabilité de ces performances des informations lisibles et comparables entre les différents produits sur l énergie grise dépensée (quantité d énergie nécessaire à la production d un matériau, soit depuis sa récolte, jusqu au transport). Seules des déclarations environnementales et sanitaires FDE&S conforment à la NFP sont reconnues par les référentiels de certification de bâtiments. Elles reposent sur l ensemble du cycle de vie et présument d un travail transparent non biaisé. Association pour la CERtification des Matériaux Isolants La conception bioclimatique, Samuel Courgey, JeanPierre Oliva, Terre Vivante, 2001, DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE

18 En plus de la connaissance des différents types de produits, d autres facteurs peuvent entrer en jeu pour faire un choix : l épaisseur disponible sur le marché pour les produits considérés comme intéressants l encombrement disponible la mise en œuvre le retour sur investissement, soit le remboursement le plus rapide du coût des travaux d'isolation par les économies de chauffage cumulées au cours des années. En terme de rentabilité il faut préciser que le temps de retour sur investissement est fonction du cœfficient K initial de la paroi à isoler. Moins isolante sera la paroi au départ, plus rapidement l'investissement sera remboursé. Par contre, l'isolation d'une paroi déjà performante sera évidemment plus difficilement rentabilisée. b LA LOCALISATION DE L ISOLANT AU SEIN DE LA PAROI A l'inverse des bâtiments anciens, les façades modernes sont rarement monolithes. Elles possèdent généralement plusieurs couches assurant chacune une ou plusieurs fonction. Ce complexe présente en principe : la peau extérieure : l'étanchéité à l'eau, à l'air, la résistance mécanique superficielle et l'aspect la peau intérieure : la finition rigide et la correction acoustique du local le corps intermédiaire : la couche structurelle globale, la protection hygrothermique et phonique Quant au positionnement le l isolant dans ce complexe, plusieurs solutions sont possibles. ENSEMBLE DES SOLUTIONS ENVISAGEABLES Quatre solutions sont possibles selon si le bâtiment est neuf ou existant : l isolation répartie (avec les monomurs) l isolation entre deux parois (murs doubles à isolation médiane) l isolation par l intérieur l isolation par l extérieur (dont l isolation pariétodynamique) DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 18

19 Isolation répartie ou entre deux parois L isolation extérieure pariétodynamique Les deux premières solutions sont adaptées pour les constructions neuves, bien que les quatre soient envisageables. L'isolation répartie est réalisée par des éléments de maçonnerie à la fois isolants et porteurs comme par exemple le béton cellulaire, auxquels il ne manque que les couches d enduits intérieurs et extérieurs. Il faut cependant lui inclure des renforts (chaînages, appuis...) qui sont plus conducteurs et doivent être isolés spécifiquement. Avec l isolation entre deux parois, la plupart des problèmes liés aux types d'isolation par l'extérieur et par l'intérieur sont résolus, mais le principe même de cette paroi est plus complexe. Le concept est de créer un vitrage simple, puis un double vitrage avec un espace ventilé au centre. L effet de serre entre ces deux plaques est ventilé et évacué. La façade est en fait transformée en échangeur de chaleur. Un espace créé dans la paroi laisse circuler l air. Celuici fait un échange de chaleur avec les éléments solides de cette paroi. Le but est de préchauffer l air neuf. L'isolation pariétodynamique consiste en doubles parois reliées à un système de circulation d'air qui peut être dirigé sur l'intérieur ou sur l'extérieur, selon la saison, et, éventuellement connecté à une pompe à chaleur. L air se déplace de l extérieur vers l intérieur, avec un Elles ont toutes deux l avantage de pratiquement supprimer les ponts thermiques, mais aussi de permettre un bon transfert de la vapeur d eau, et donc d éviter les problèmes de condensation à l intérieur de la paroi. Elles permettent de conserver également une seule technique pour la construction de l ensemble des parois d une même construction. Afin de faire un choix entre les deux, il est judicieux de se renseigner sur le savoirfaire des artisans locaux, mais aussi de prendre en compte l environnement climatique. Le choix dépendra aussi des finances, de l appétence et de la possible volonté écologique du maître d ouvrage et du maître d oeuvre. Isolation par l intérieur ou par l extérieur Pour les rénovations, les deux dernières solutions sont prescrites. Le choix dépend avant tout des paramètres hygrothermiques (températures, tension de vapeur et volant thermique) des parois existantes et des objectifs thermiques que l on souhaite atteindre. Le système d'isolation réalisé par l'intérieur du bâtiment est le plus répandu en France. Il présente l'avantage d'une mise en oeuvre aisée, mais l'interruption de l'isolation aux jonctions entre parois génère comme nous l avons vu auparavant d'importants ponts thermiques. mouvement ascendant, grâce à une légère dépression générée par la ventilation mécanique contrôlée. DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 19

20 Par exemple, les parois massives en matériau à forte capacité thermique (brique, terre, béton) et non isolées par l'intérieur, contribuent à amortir les variations de températures dans les locaux. Pour bénéficier quand même de l'effet d'une isolation en hiver, et de l'inertie en été, il faut créer un vide pariétodynamique entre l'isolant et le mur à grande capacité, de façon à récupérer l'air tempéré derrière l'isolant en été. Sa performance n est pas prise en compte dans les RT, mais seulement dans les études thermique dynamique. Cette technique est à prévoir en phase conception et non après. LES AVANTAGES ET LIMITES D UNE ISOLATION L EXTÉRIEUR (STATIQUE) PAR Avantages de l isolation extérieure par rapport à l isolation intérieure: Confort et efficacité: Apporte un bon niveau d isolation et réduit fortement le nombre de ponts thermiques Forte inertie (inconvénient si utilisation intermittente) apportant un confort d hiver et augmentant le confort d été en évitant les surchauffes et en emmagasinant la chaleur durant la journée dans l épaisseur des murs pour la rediffuser la nuit venue Réduit les infiltrations d air Permet de solutionner le manque d'étanchéité à l'eau de certaines maçonneries Préserve le mur des chocs thermiques (sauf contreindication) et lui assure ainsi une durée de vie plus importante qu une isolation intérieure Bilan environnemental de moyen à très bon selon les matériaux utilisés et l efficacité effective de l isolation Cette technique s'adapte à la réalisation de maisons basse consommation ou de maisons passives. DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 20

21 Esthétique : Pas de risques de condensation6, donc pas de moisissures ou de tâches, car l isolation élève la température du mur (esthétique et confort); Permet en cas de fissurations ou de décollement d enduits sur maçonnerie de résoudre par un procédé d isolation par l extérieur dont l enduit ou le parement possède une bonne tenu dans le temps ; Possibilité d améliorer l esthétique d un bâtiment en retravaillant la façade et d ainsi redonner une image à une façade, voire même harmoniser une rue ; En cas de rénovation, des avantages supplémentaires sont à noter : la possibilité d isoler, et ceci avec une facilité de mise en œuvre, les soubassements jusqu aux fondations ce qui est impossible en rénovation avec une isolation intérieure ; la possibilité d être exécutée tandis que le bâtiment est habité ; la possibilité de profiter d un ravalement de façade pour intervention et ainsi associer les opérations d isolation, d étanchéité et de ravalement ; la possibilité de répartir les travaux par phases en intervenant mur par mur et ainsi de répartir les coûts ; Aucune perte de surface habitable, ce qui avantage propriétaire ou locataire. Limites de l isolation extérieure : La gamme d isolant est bien plus réduite que pour l isolation intérieure Travaux demandant un vrai savoirfaire Travaux à éviter durant les saisons froides Obstacles techniques et architecturaux Une trop forte inertie est à surveiller selon les cas Une attention particulière est à porter au niveau des baies pour éviter les ponts thermiques La nécessité de déplacer les systèmes occultants extérieurs Le manque de connaissance et donc de garanties à donner dans certain cas concernant l incidence de l isolation sur le comportement hygrométrique. L obligation de conserver, pour raisons architecturales et esthétique, l aspect extérieur des bâtiments que ce soit pour des pierres apparentes ou un alignement à respecter Les difficultés d adapter des techniques à des supports non plans ou fragiles, par exemple sur des murs en pisé, ou sur un mortier possédant de faibles caractéristiques mécaniques. Un bâtiment assez ancien avec structure extérieure maçonnée et structure intérieure en bois, et non pas forcément en béton, si isolé par l extérieur, cela peut provoquer un choc thermique. L isolant rompt sa pérennité et peut créer une fragilisation des structures. L isolation intérieure peut quant à elle entraîner des problèmes de condensation si les systèmes mis en œuvre ne suivent pas précisément les DTU et les Avis Technique. 6 DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 21

22 Les recommandations : éviter les contrastes importants concernant les teintes souvent variées apportées aux façades soigner particulièrement le traitement des façades orientées au Sud et à l Ouest de procéder à un relevé systématique et soigné afin d ajuster les profilés d encadrement ou bavettes de stabiliser sa technique de pose par le moyen d un échafaudage de prendre en compte les effets du vent, et donc le climat de la région concernée et l implantation du bâtiment de garantir la qualité de l isolation par une préparation du support dans les règles de l art Les conseils principaux au niveau de l entretien semblent : d éviter les dégradations en maintenant une distance entre jeux ou stationnements et le bâti de maintenir un système de ventilation (même si la condensation sur les parois froides n existe plus comme avec l isolation intérieure) à entretenir régulièrement le contrôle de l aspect pouvant renseigner sur le problème : à savoir s il n est qu esthétique ou touche à la bonne efficacité de l isolant. Les zones principales à contrôler sont, en plus de l aspect général, les soubassements, les parties hautes et leurs protections, les angles du bâtiment, les baies, joints, et les déformations que ces parties ont pu SYNTHÈSE Plutôt utilisée jusqu à présent dans l Europe du Nord, l isolation par l extérieur représente aujourd'hui 7% du marché de l'isolation en France et se pratique principalement sur des marchés de logements collectifs et de réhabilitation. Cette technique modifiant complètement l aspect extérieur du bâtiment n est pas toujours applicable. Il faut donc consulter les règles d urbanisme de la commune pour prendre connaissance des contraintes esthétiques s appliquant aux façades. Sa mise en oeuvre fait appel à des entreprises spécialisées. L isolation par l extérieur est plus étanche à l air que le doublage par l intérieur, donc permet ainsi de déplorer moins de déperditions sur l enveloppe du bâtiment. subir. La solution est alors de faire appel à un professionnel. DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 22

23 Cette solution vient d ailleurs des recherches sur la conception bioclimatique tandis que l isolation par l intérieur présentant de trop rares avantages dans ce type de réflexion est absente des exemples. Elle est particulièrement efficace pour les immeubles à plusieurs niveaux, car elle permet de réduire les ponts thermiques entre les liaisons dalles et façades. Elle est à privilégier pour les murs exposés au nord, voire à l est et à l ouest pour les murs ne possédant pas d huisseries, auquel cas le risque de ponts thermiques accroîtrait. Isoler les murs pignons exposés au vent et aux intempéries est d ailleurs toujours intéressant thermiquement. Mise en garde L isolation extérieure ne sert pas à cacher des défauts, mais à améliorer le quotidien. Ainsi, suite à la découverte de problèmes d humidité, toute pose d isolant est à proscrire avant l identification de la cause : remontée capillaire provenant du sol, infiltration d eau de pluie, fuites de descentes d eau ou de gouttières. Par la suite, si aucune solution n est envisageable (impossibilité de drainer ou d injecter une barrière capillaire ), il est alors indispensable de placer une lame d air ventilée entre l isolant et le mur. Ainsi malgré les nombreux avantages, il est important d évaluer la pertinence de ce choix. En effet, une façade présentant trop de reliefs ou d ouvertures car il ne faut pas oublier que les excroissances : balcons ou bowwindows, sont autant de ponts thermiques à solutionner, révèlent des difficultés dans la mise en œuvre de cette technique. Une attention particulière est également à porter sur les menuiseries : si elles ne sont pas dans la continuité de l isolant, cette solution crée de nouveaux ponts thermiques dans une zone à haute déperdition. Il est également à noter que les angles saillants rendent la paroi moins performante. DE L'EQUIPEMENT ILEDEFRANCE 23