Transfert d humidité, migration de la vapeur d eau

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1 Transfert d humidité, migration de la vapeur d eau 1)L air avec le diagramme de Mollier. 2)Le point de rosée. 3)La valeur Sd. 4)Etude d une paroi verticale avec le diagramme de Glaser Juillet 2013

2 Le diagramme de MOLLIER, quelques notions sur l air. /m³ d air Humidité saturante-ws L air est un mélange de gaz qui contient, en particulier, de la vapeur d eau en suspension Pa 30.3g 30 g A une température donnée, 1m³ d air sec ne peut contenir qu une quantité limitée de vapeur d eau. 25 g Généralement, l air ambiant n est pas saturé en vapeur d eau, l humidité absolue (W) est inférieure à la limite de saturation (Ws). Le rapport W/Ws définit l humidité relative ou degré hygrométrique de l air Pa 3169 Pa 17.3g 23.0g 20 g Cette masse d eau reste constante lorsque la température varie (seul le taux évolue), sous réserve qu elle n atteigne pas le point de rosée. Sinon, elle condense. Humidité relative-hr 260Pa 401Pa 2.1g 611Pa 3.2g 872 Pa 4.8g 1228 Pa Température en C g 1706 Pa 9.4g 12.8g 15 g 10 g 8.65 g 5 g 0 g Humidité absolue-w

3 Température Celsius Transfert d humidité et migration de la vapeur d eau Le diagramme de MOLLIER, quelques données indicatives. Humidité absolue de saturation (WS) vapeur d'eau à saturation (Ps) T C de rosée avec humidité relative 30% T C de rosée avec humidité relative 40% T C de rosée avec humidité relative 50% T C de rosée avec humidité relative 60% T C de rosée avec humidité relative 70% 0,00 C 4,85 g/m3 d'air sec 611 Pa -15,56 C -12,04 C -9,23 C -6,89 C -4,87 C 5,00 C 6,80 g/m3 d'air sec 872 Pa -11,18 C -7,52 C -4,60 C -2,16 C -0,06 C 10,00 C 9,40 g/m3 d'air sec Pa -6,82 C -3,02 C 0,01 C 2,55 C 4,74 C 15,00 C 12,83 g/m3 d'air sec Pa -2,47 C 1,47 C 4,62 C 7,25 C 9,52 C 16,00 C 13,63 g/m3 d'air sec Pa -1,61 C 2,37 C 5,54 C 8,19 C 10,48 C 17,00 C 14,48 g/m3 d'air sec Pa -0,74 C 3,26 C 6,46 C 9,13 C 11,43 C 18,00 C 15,37 g/m3 d'air sec Pa 0,13 C 4,16 C 7,37 C 10,07 C 12,39 C 19,00 C 16,30 g/m3 d'air sec Pa 0,99 C 5,05 C 8,29 C 11,01 C 13,35 C 20,00 C 17,29 g/m3 d'air sec Pa 1,86 C 5,94 C 9,21 C 11,94 C 14,30 C 21,00 C 18,32 g/m3 d'air sec Pa 2,72 C 6,84 C 10,13 C 12,88 C 15,26 C 22,00 C 19,41 g/m3 d'air sec Pa 3,58 C 7,73 C 11,04 C 13,82 C 16,21 C 23,00 C 20,56 g/m3 d'air sec Pa 4,45 C 8,62 C 11,96 C 14,75 C 17,16 C 24,00 C 21,76 g/m3 d'air sec Pa 5,31 C 9,51 C 12,88 C 15,69 C 18,12 C 25,00 C 23,02 g/m3 d'air sec Pa 6,17 C 10,41 C 13,79 C 16,63 C 19,07 C 30,00 C 30,33 g/m3 d'air sec Pa 10,47 C 14,86 C 18,37 C 21,30 C 23,84 C

4 Le point de rosée. Les différences de pression entre l extérieur et l intérieur de la paroi (gradient de pression) ont pour conséquences d agir sur le sens du transfert (de la pression la plus forte vers la plus faible). De l intérieur vers l extérieur en période hivernale. De l extérieur vers l intérieur en période estivale. En hiver, l air chaud intérieur peut contenir quatre à cinq fois plus de vapeur d eau que l air froid extérieur. La pression de l ambiance intérieure est donc supérieure à celle de l ambiance extérieure. L air chaud entraîne la vapeur d eau qu il contient en allant vers le froid. Au cours de cette migration, la vapeur d eau se refroidit progressivement et peut même se transformer en eau. C est le phénomène de condensation, superficielle ou interne. Concernant la condensation interne, l échange s opérera soit par: Diffusion: c est-à-dire au travers d une couche de matériau poreux Convection : c est-à-dire par des fentes (fissures, joints mal étanchés). été hiver Diffusion La quantité d'humidité pénétrant dans la paroi dépendra dans le premier cas de la résistance à la diffusion de vapeur d eau (valeur Sd) du matériau, de la taille des fissures dans le second cas. Convection

5 Le point de rosée. Transfert d humidité et migration de la vapeur d eau Dans les cas les plus graves, l eau condensée après s être accumulée, au point de saturer la capacité d absorption du matériau dans lequel cette condensation se produit, va s écouler ailleurs et provoquer de sérieux dégâts. A noter que ce phénomène se produit en particulier au niveau des ponts thermiques. A terme, les isolants (l humidité augmente la conductivité thermique des matériaux), voire toute la structure peuvent être dégradés, entrainant des moisissures et l apparition de micro-organismes allergisants. été hiver Il convient donc de gérer l hygrométrie ambiante en utilisant une membrane d étanchéité à l air frein/pare-vapeur dont on peut déterminer la valeur Sd par calcul. Diffusion Convection

6 La valeur Sd (exprimée en mètre) Valeur déterminante dans l appréciation d une membrane. Ecran sous toiture pare-pluie pluie/pare-vent Frein-vapeur Pare-vapeur HPV 0,10m Ce qu il faut retenir : PV < 0,18m >2m <18m Plus elle est proche de 0, plus le matériau est perméable à la vapeur d eau et inversement. On considère un produit comme perméable à la vapeur d eau si sa valeur Sd est 0,18 mètre et hautement perméable à la vapeur d eau (HPV) si sa valeur est 0,10 mètre. En France, entre 2 et 18 mètres, on considère le produit comme un frein-vapeur, au-delà il est considéré comme pare-vapeur. 18m Valeur Sd et sa représentation avec un gradient de 677 Pa (W/n 5g/m³) 0,10 m 108 g/m2/jour 0,18 m 60.0 g/m2/jour 2,00m 5.41 g/m2/jour 3,00 m 3.61 g/m2/jour 5,00 m 2.17 g/m2/jour 8,00 m 1.35 g/m2/jour 18,00 m 0,60g/m2/jour 90,00 m 0,12 g/m2/jour

7 Etude d une paroi verticale avec le diagramme de GLASER Le comportement d une construction dans le temps dépend pour beaucoup de sa réaction vis-à-vis de l humidité. Pour appréhender ce problème, nous étudierons la migration de vapeur d eau et son importance sur une paroi verticale ossature bois (avec une laine minérale car elle ne modifie en rien le transfert de vapeur d eau et un contreventement extérieur OSB 9 mm). Les facteurs qui permettent la diffusion de la vapeur d'eau à travers une paroi sont : le différentiel de température entre deux ambiances le gradient de pression entre deux ambiances L'humidité dans les habitations provient de l'équilibre qui s'établit entre la production de vapeur d'eau (respiration, cuisson des aliments, bains, douches, etc.) et la ventilation (extraction naturelle ou mécanique). Nota : classement des locaux par le CSTB selon leur classe d hygrométrie Faible : W/n < 2.5gm³ Moyenne : W/n > 2.5g/m³ et 5g/m³ (locaux d habitation) Forte : W/n > 5.0g/m³ et 7.5g/m³ Très forte : W/n > 7.5gm³ L'objectif de la ventilation est d'éliminer l'air vicié, chargé en humidité, en le remplaçant par de l'air neuf et frais, donc contenant, en valeur absolue, une faible quantité de vapeur d'eau. Cet air, en se réchauffant, va pouvoir se charger d'une quantité de vapeur d'eau plus importante, et donc abaisser la valeur de l'humidité relative dans le local.

8 Etude d une paroi avec le diagramme de GLASER C est une méthode simplifiée qui est surtout intéressante pour son exploitation graphique. L humidité se déplace sous forme de vapeur. Il n y a pas de transport d air, le transfert de vapeur d eau s opère uniquement par diffusion. Les matériaux sont non hygroscopiques (non capacité d un matériau à fixer de l humidité). Détermination de l endroit ou va s opérer le point de condensation, à l intersection des courbes, noire et rouge ou bleue et rouge Modalités de la simulation Condensation en période hivernale sur une durée de 60 jours Assèchement potentiel en période estivale sur durée de 90 jours Locaux de moyenne hygrométrie W/n < 5.0g/m³ - gradient de pression 677 Pa. Climat intérieur : 20 C Climat extérieur : -10 C ou 0 C Lorsque la pression partielle est égale à la pression de saturation, la différence de flux de vapeur entre les deux couches concernées donne la quantité condensée. Le produit de cette différence avec la durée de la simulation fournit la quantité totale de vapeur d eau condensée pendant la période. Des méthodes plus avancées existent, mais avec un recours au numérique (WUFI, LESOSAI).

9 Paroi ossature bois avec complément d isolation par l intérieur. Avec ou sans membrane d étanchéité à l air frein-vapeur valeur Sd 5m Température extérieure 0 C et 80% d humidité relative sur 60 jours. Local à moyenne hygrométrie Diagramme de Glaser condensation en période hivernale : 60 jours - Locaux à moyenne hygrométrie W/n < 5,0 g/m³ Composition de la paroi et nature Conductivité des matériaux thermique λ Facteur µ Epaisseur du matériau Valeur Sd Θ Celsius saturation Sans frein/pare-vapeur Pvs Taux HR % la vapeur d'eau/pv Avec frein-vapeur valeur Sd 5m Taux HR % la vapeur d'eau/pv Climat intérieur 20 C Pa 50% Pa 50% Pa 1) Plaque de plâtre 0,250 W/mK 7 1,30 cm 0,09 m 19,3 C Pa 51% Pa 52% Pa 2&3) Profil métallique doublage 0,040 W/mK intérieur (µ=1) 1 4,00 cm 0,04 m 15,2 C Pa 65% Pa 67% Pa 4) Membrane d'étanchéité à l'air 2,300 W/mK frein-vapeur ,10 cm 5,00 m 15,2 C Pa 65% Pa 38% 646 Pa 5&6) Ossature & isolation (µ=1) entre montants 0,040 W/mK 1 14,00 cm 0,14 m 0,8 C 648 Pa 163% Pa 98% 632 Pa 7) Panneau de contreventement 0,130 W/mK OSB 148 0,90 cm 1,33 m 0,5 C 635 Pa 83% 524 Pa 78% 498 Pa 8) Pare-pluie HPV - valeur Sd < 0,18 m 2,300 W/mK 90 0,10 cm 0,09 m 0,5 C 635 Pa 77% 489 Pa 77% 489 Pa 9&10) Parement extérieur et lame d'air ventilée 5,00 cm 0 C 611 Pa 80% 489 Pa 80% 489 Pa Climat extérieur et totaux 0,042 W/mK - - 6,69 m 0 C 611 Pa 80% 489 Pa 80% 489 Pa Sans frein-vapeur, Pv = 1057 Pa > Pvs = 648 Pa soit : un taux d humidité relative de 163%, ce qui est impossible. D où une condensation dans la paroi sans frein/pare-vapeur durant la période hivernale : kg/m2. Masse volumique du contreventement OSB : 650 kg/m³. La condensation dans le bois ne doit donc pas excéder 650 x x 3% c est à dire : kg/m². Aucune condensation à observer avec l utilisation d un frein-vapeur d une valeur Sd de 5.0 m.

10 vapeur d'eau en hpa Transfert d humidité et migration de la vapeur d eau Paroi ossature bois avec complément d isolation par l intérieur. Avec ou sans membrane d étanchéité à l air frein-vapeur valeur Sd 5.0m Température extérieure 0 C et 80% d humidité relative Local à moyenne hygrométrie. 25 Pression saturante Pression partielle sans FV Pression partielle avec FV cm 5 cm 10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm Epaisseur de la paroi Sans frein-vapeur, la condensation interne se produit à l endroit ou la pression partielle devient égale à la pression saturante (à l intersection de la courbe rouge/noire). Par contre, aucune condensation à observer avec l utilisation d un frein-vapeur

11 Paroi ossature bois avec complément d isolation par l intérieur. Avec ou sans membrane d étanchéité à l air frein-vapeur hygrorégulant Température extérieure -10 C et 80% d humidité relative sur 60 jours. Local à moyenne hygrométrie Diagramme de Glaser condensation en période hivernale : 60 jours - Locaux à moyenne hygrométrie W/n < 5,0 g/m³ Composition de la paroi et nature Conductivité des matériaux thermique λ Facteur µ Epaisseur du matériau Valeur Sd Θ Celsius saturation Sans frein/pare-vapeur Pvs Taux HR % la vapeur d'eau/pv Avec frein-vapeur hygrorégulant Taux HR % la vapeur d'eau/pv Climat intérieur 20 C Pa 38% 884 Pa 38% 884 Pa 1) Plaque de plâtre 0,250 W/mK 7 1,30 cm 0,09 m 18,9 C Pa 39% 848 Pa 40% 878 Pa 2&3) Profil métallique doublage 0,040 W/mK intérieur (µ=1) 1 4,00 cm 0,04 m 12,7 C Pa 57% 832 Pa 59% 875 Pa 4) Frein-vapeur hygro-régulant Difuvar (valeur Sd comprise entre 2,300 W/mK ,10 cm 8,00 m 12,7 C Pa 57% 832 Pa 22% 317 Pa 3 et 8 mètres) 5&6) Ossature & isolation (µ=1) entre montants 0,040 W/mK 1 14,00 cm 0,14 m -8,8 C 289 Pa 268% 776 Pa 106% 307 Pa 7) Panneau de contreventement 0,130 W/mK OSB 148 0,90 cm 1,33 m -9,2 C 279 Pa 87% 244 Pa 77% 214 Pa 8) Pare-pluie HPV - valeur Sd < 0,18 m 2,300 W/mK 90 0,10 cm 0,09 m -9,2 C 279 Pa 75% 208 Pa 75% 208 Pa 9&10) Parement extérieur et lame d'air ventilée 5,00 cm -10 C 260 Pa 80% 208 Pa 80% 208 Pa Climat extérieur et totaux 0,042 W/mK 47,5 25,40 cm 9,69 m -10 C 260 Pa 80% 208 Pa 80% 208 Pa Sans frein-vapeur, Pv = 776 Pa > Pvs = 289 Pa soit : un taux d humidité relative de 268 %, ce qui est impossible. D où une condensation dans la paroi sans frein/pare-vapeur durant la période hivernale : kg/m2. Masse volumique du contreventement OSB : 650 kg/m³. La condensation dans le bois ne doit donc pas excéder 650 x x 3% c est à dire : kg/m². Une très faible condensation à observer avec l utilisation d un e membrane à l air frein-vapeur hygrorégulant (0.014 kg/m²).

12 Température C et pression hpa 25 Transfert d humidité et migration de la vapeur d eau Paroi ossature bois avec complément d isolation par l intérieur. Avec ou sans membrane d étanchéité à l air frein-vapeur hygrorégulant Température extérieure -10 C et 80% d humidité relative Local à moyenne hygrométrie. Pression saturante Pression partielle sans FV Pression partielle avec FV cm 5 cm 10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm Epaisseur de la paroi Sans frein-vapeur, la condensation interne se produit à l endroit ou la pression partielle devient égale à la pression saturante (à l intersection de la courbe rouge/noire). Par contre, une très faible condensation (14g/m²) est à observer avec l utilisation d un frein-vapeur hygrorégulant sur 60 jours, mais avec une capacité d assèchement supérieure ( 612g/m²) en période estivale.

13 Paroi ossature bois avec complément d isolation par l intérieur. Avec ou sans membrane d étanchéité à l air pare-vapeur valeur Sd 18 m Température extérieure -10 C et 80% d humidité relative sur 60 jours. Local à moyenne hygrométrie Diagramme de Glaser condensation en période hivernale : 60 jours - Locaux à moyenne hygrométrie W/n < 5,0 g/m³ Composition de la paroi et nature Conductivité des matériaux thermique λ Facteur µ Epaisseur du matériau Valeur Sd Θ Celsius saturation Sans frein/pare-vapeur Pvs Taux HR % la vapeur d'eau/pv Avec pare-vapeur valeur Sd 18m Taux HR % la vapeur d'eau/pv Climat intérieur 0 20 C Pa 38% 884 Pa 38% 884 Pa 1) Plaque de plâtre 0,250 W/mK 7 1,30 cm 0,09 m 18,9 C Pa 39% 848 Pa 40% 881 Pa 2&3) Profil métallique doublage 0,040 W/mK intérieur (µ=1) 1 4,00 cm 0,04 m 12,7 C Pa 57% 832 Pa 60% 880 Pa 4) Pare-vapeur (valeur Sd 18 mètres) 2,300 W/mK ,10 cm 18,00 m 12,7 C Pa 57% 832 Pa 18% 261 Pa 5&6) Ossature & isolation (µ=1) entre montants 0,040 W/mK 1 14,00 cm 0,14 m -8,8 C 289 Pa 268% 776 Pa 89% 257 Pa 7) Panneau de contreventement 0,130 W/mK OSB 148 0,90 cm 1,33 m -9,2 C 279 Pa 87% 244 Pa 76% 211 Pa 8) Pare-pluie HPV - valeur Sd < 0,18 m 2,300 W/mK 90 0,10 cm 0,09 m -9,2 C 279 Pa 75% 208 Pa 75% 208 Pa 9&10) Parement extérieur et lame d'air ventilée 0,000 W/mK 0 5,00 cm 0,00 m -10 C 260 Pa 80% 208 Pa 80% 208 Pa Climat extérieur et totaux 0,042 W/mK 96,5 25,40 cm 19,69 m -10 C 260 Pa 80% 208 Pa 80% 208 Pa Sans pare-vapeur, Pv = 776 Pa > Pvs = 289 Pa : soit un taux d humidité relative de 268%, ce qui est impossible. D où une condensation dans la paroi sans frein/pare-vapeur durant la période hivernale : kg/m2. Masse volumique du contreventement OSB : 650 kg/m³. La condensation dans le bois ne doit donc pas excéder 650 x x 3% c est à dire : kg/m². Aucune condensation à observer avec l utilisation d un pare-vapeur d une valeur Sd de 18.0 m.

14 Température C et pression hpa 25 Transfert d humidité et migration de la vapeur d eau Paroi ossature bois avec complément d isolation par l intérieur. Avec ou sans membrane d étanchéité à l air pare-vapeur valeur Sd 18 m Température extérieure -10 C et 80% d humidité relative Local à moyenne hygrométrie. Pression saturante Pression partielle sans PV Pression partielle avec PV cm 5 cm 10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm Epaisseur de la paroi Sans pare-vapeur, la condensation interne se produit à l endroit ou la pression partielle devient égale à la pression saturante (à l intersection de la courbe rouge/noire). Aucune condensation à observer avec l utilisation d un pare-vapeur d une valeur Sd de 18 m, mais avec une capacité de séchage moindre qu un frein-vapeur hygrorégulant en période estivale ( 400 g/m²).