3) Le comportement hygrothermique du bâti ancien > Les propriétés du bâti ancien > Les outils pour le diagnostic 11
Les différents outils du diagnostic énergétique Factures, relevés, équipements Caméra Infrarouge Test d étanchéité à l air Mesures de T, de consommations Relevés sur le terrain Phase diagnostic Simulation thermique dynamique Simulation hygrothermique Simulations numériques Phase calculs 22
Relevé des factures, enquête occupants, équipements L analyse des factures est un outil indispensable pour connaître les consommations RÉELLES de départ. Couplée à une étude des habitudes énergétiques des occupants par questionnaire et/ou par entretien. Elle permettra de recaler le modèle numérique logiciel. Relevés des équipements Plans et coupe du bâtiment Systèmes constructifs 33
La thermographie par caméra infrarouge Principe : Tout corps émet de la chaleur par rayonnement thermique. La caméra capte le rayonnement émis par les parois et permet d afficher une image correspondant aux températures en différents points de la scène visée. Permet d affiner la connaissance du comportement thermique des parois. Rend visible les faiblesses thermiques de l enveloppe (ponts thermiques, défauts d étanchéité à l air...) Cet outil est destiné à une analyse qualitative (pas de possibilité de calculs). L interprétation des images observée est très complexe, peu d organismes possèdent pour l instant une réelle qualification en la matière. La caméra permet d obtenir des images parlantes (à prendre avec des pincettes) mais reste facultative dans l étude de l enveloppe. 44
La thermographie par caméra infrarouge Repérage des faiblesses thermiques : Source: CETE Est 55
La thermographie par caméra infrarouge Repérage des modes constructifs Source: CETE Est 66
Les outils de mesure de l étanchéité à l air Source: CETE Lyon 77
Valeurs mesurées sur le bâti ancien: logements collectifs catégorie Haussmannien en pierre - 2 logements Haussmannien briques Logement sur commerce Maison ouvrière partagée en 2 Photo I4 en m 3 /h.m² env 0,83 1,70 1,2 3,0 0,77 N50 en vol/h 4,4 7,7 6,5 17,7 3,8 Source: CETE Est 88
Valeurs mesurées sur le bâti ancien: maisons individuelles catégorie Maison en granit Bretagne Grande demeure en calcaire tendre Meuse Maison calcaire dur Dordogne Photo I4 en m 3 /h.m² env 3,14 2,61 3,37 N50 en vol/h 15,72 18,8 11,1 Source: CETE Est / CETE Ouest 99
Exemples de défauts d étanchéité à l air Source: CETE Est/Lyon 10
Capteurs de températures et de consommations Source: CETE Est 11
Comparaison de la T des murs et de l air de la pièce Cas d un logement haussmannien en hiver comparaison de T air et de T surface du mur 30 25 Température ( C) 20 15 10 5 Tair intérieur Tsurface mur 0 102 294 486 678 870 1062 1254 1446 1638 1830 2022 2214 2406 2598 2790 6 198 390 582 774 966 1158 1350 1542 1734 1926 2118 2310 2502 2694 temps Source: CETE Est 12
Comparaison de la T des murs et de l air de la pièce N logts Catégorie I matériau pourcentage d'heures où T int - T surface >5 C Hiver période d'étude 1_1 Matériau 1 calcaire extra dur 4,7% 17/12/2008 au 31/03/2009 1_2 calcaire extra dur 5,4% 17/12/2008 au 31/03/2009 2_1 Matériau 2 calcaire tendre 0,0% 03/12/2008 au 31/03/2009 3_2 Matériau 4 4_2 Matériau 4 Catégorie II colombage rempli brique? 2,3% colombage rempli brique? 2,1% 18/12/2008 au 31/03/2009 10/12/2008 au 31/03/2009 5_1 Matériau 1 calcaire extra dur 96,4% 27/11/2008 au 31/03/2009 5_2 calcaire extra dur 78,7% 29/11/2008 au 31/03/2009 6_1 Matériau 2 briques 90,2% 15/11/2009 au 22/03/2010 Catégorie III 7_1 Matériau 1 granit 16,1% 15/11/2009 au 31/03/2010 8_1 Matériau 2 calcaire tendre 7,8% 09/01/2009 au 31/03/2009 9_1 Matériau 2 briques 0,2% 14/01/2009 au 31/03/2009 10_1 Matériau 3 pisé 2,5% 02/12/2008 au 30/03/2009 Catégorie IV 11_1 Matériau 1 calcaire extra dur 46,0% 15/11/2009 au 31/03/2010 12_1 Matériau 2 calcaire tendre 7,7% 08/01/2009 au 31/03/2009 13_1 Matériau 3 adobe 26,4% 14/01/2009 au 31/03/2009 colombage 14_1 Matériau 4 torchis 4,9% 15/11/2009 au 31/03/2010 Source: CETE Est et Ouest 13
Les logiciels de simulation thermique des bâtiments Il existe plusieurs types de logiciel de simulation thermique : Logiciel pour le calcul réglementaire RT : utilisé pour vérifier la conformité d un bâtiment neuf à la RT2005 (moteur Th-C-E) ou d une rénovation de bâtiment construit après 1948 (RT existant, Th-C-Ex). Leur moteur de calcul est conçu par le CSTB pour le Ministère du MEEDDM, puis vendu avec une interface privée (ex : Perrenoud, Climawin ) Logiciel pour le DPE des logements: dit «3CL». Il permet de calculer l étiquette DPE d un logement construit après 1948. Logiciel de simulation thermique dynamique: permet de modéliser un bâtiment neuf ou une rénovation pour simuler ses besoins d énergie futurs pour le chauffage, le refroidissement, et les températures atteintes dans le bâtiment. Logiciels développés par des entreprises privées. 14
Simulation thermique dynamique du bâti ancien Simulation dynamique = on prend en compte à chaque instant la réaction du bâtiment face aux sollicitations thermiques extérieures ou intérieures (soleil, apports internes ) On considère le bâtiment comme «vivant», interagissant avec son environnement. (C est le cas des bâtiments anciens!) Seuls les logiciels de simulation dynamique sont pour l instant capables de refléter le comportement thermique du bâti ancien. Les consommations simulées sont proches des consommations réelles. Mais les modèles doivent être calés sur la réalité en utilisant les factures d énergie fournies par les occupants. Ex : Ville de Grenoble, 15
Etude des transferts d humidité Des logiciels existent pour étudier les transferts de l humidité dans les parois du bâtiment. Objectif : Contrôler si les solutions d isolation proposées ne créent pas de désordres ou de barrières nocives à ces transferts. Exemple de logiciels: WUFI, Delphin, HygIRC, STEP Ils permettent de prendre en compte les propriétés hydriques des matériaux : perméabilité à la vapeur d eau, hygroscopicité, capillarité. L évolution de la teneur en eau de la paroi peut être visualisée au pas de temps horaire sur une période longue (10 ans) Teneur en eau (kg/m3) Ex: étude des remontées capillaires pierre naturelle Pierre + plâtre «= 10» Pierre + ciment «= 25» Pierre + ciment + carrelage Pierre + plâtre + 60 cm carrelage 16
Etude des remontées capillaires dans un mur en grès pierre naturelle enduit de plâtre enduit de ciment carrelage Teneur en eau (kg/m3) pierre Pierre + plâtre Pierre + ciment Pierre + ciment Pierre + plâtre d'après TORRES et FREITAS, Modelling of rising damp in historical buildings 17
4) Quelles solutions de réhabilitations? 18 18
Réhabilitation thermique du bâti ancien : Faire les choses dans le bon ordre 1) Réduire les besoins en énergie du bâtiment. 2) Installer des équipements plus performants. 3) Recourir aux énergies renouvelables. Et à chaque bâtiment ancien Ses solutions 19
Réhabilitation thermique du bâti ancien : Conserver les qualités & améliorer les points faibles Ne pas perturber l équilibre hygrothermique existant (choisir des isolants compatibles sur le plan hydrique). Ne pas dégrader le confort d été et améliorer le confort d hiver (se servir de l inertie thermique existante ou l améliorer). Contrôler la qualité de l air intérieur (ventilation). Concilier qualités patrimoniales et thermiques. 20
Des exemples de solutions de réhabilitation adaptées au bâti ancien : Interventions sur les fenêtres Interventions sur les murs anciens Correction thermique Isolation 21
Interventions sur les fenêtres : 1) Menuiserie de départ en bon état 2) Survitrage intérieur monté sur chassis ouvrant 3) Pose de double-vitrages mince avec conservation des petits bois. Pose d une double fenêtre : U départ W/m².K 4,5 U final W/m².K 1,4 Source: 22
Interventions sur les murs : 23
Interventions sur les murs : Pas de solution universelle! Diverses solutions constructives sont utilisables Il faut sélectionner parmi les solutions bien adaptées à chaque type de bâtiment et en fonction des objectifs visés (performance thermique, pérennité du bâti, confort hygrothermique hiver et été) 2 4 24
Interventions sur les murs : Rappel des propriétés à étudier, avant de faire un choix : Résistance thermique (coefficient R ou équivalent U) Mais aussi. : Inertie thermique (capacité thermique du matériau) Effusivité thermique (pour choix du revêtement intérieur) Comportement à l eau (cas du bâti ancien en particulier) Résistance à la vapeur d eau Hygroscopicité 2 5 25
Rappel des propriétés hygrométriques des matériaux à considérer : 1) La résistance à la vapeur d eau (coefficient µ) caractérise la quantité de vapeur d eau pouvant traverser un mur 2) L hygroscopicité et la capillarité (courbe de sorption) caractérise la capacité du matériau à stocker et destocker l humidité 3) La sensibilité à l humidité caractérise l altération du matériau en présence d eau 2 6 26
La résistance à la vapeur d eau Pull Gore-Tex Matériaux Epaisseur m µ Facteur de résistance à la vapeur d'eau Sd Air (référence) 1 1 1 m Plaque de platre 0,013 8 0,1 m Laine de verre 0,15 1 0,15 m Enduits (chaux-plâtre) 0,02 10 0,2 m Mortier ciment 0,02 40 0,8 m OSB 0,018 170 3 m Brique 0,2 15 3 m Polystyrène 0,15 40 6 m Pierre calcaire ferme 0,40 40 16 m Béton 0,20 180 36 m Bitume 0,004 60000 240 m K-Way La résistance à la vapeur d eau s exprime en épaisseur de lame d air équivalente Sd (en m) : Sd = µ x e 2 7 d'après Bruno JARNO, Patrimoine bâti et développement durable, AJENA 27
La résistance à la vapeur d eau NON PERMEABLE A LA VAPEUR D EAU PEU PERMEABLE A LA VAPEUR D EAU PERMEABLE A LA VAPEUR D EAU Ouate de cellulose Verre cellulaire Polystyrène expansé Panneau de fibre de bois Laine minérale Panneau de liège Polystyrène extrudé Laine de chanvre 2 8 d'après Bruno JARNO, Patrimoine bâti et développement durable, AJENA 28
L hygroscopicité La structure poreuse La condensation capillaire L humidité dans les matériaux bois 2 9 ciment Source : IBP Certains matériaux sont capables de stocker et de déstocker de l humidité lorsque l humidité relative de l air varie. On dit qu ils sont hygroscopiques. Le comportement capillaire permet de répartir l eau de condensation, évitant ainsi de concentrer les problèmes d humidité. d'après Bruno JARNO, Patrimoine bâti et développement durable, AJENA 29
L hygroscopicité Polystyrène expansé Panneau de liège Ouate de cellulose Polystyrène extrudé Verre cellulaire HYGROSCOPIQUE CAPILLAIRE NON HYGROSCOPIQUE NON CAPILLAIRE Panneau de fibre de bois Laine minérale Laine de chanvre 3 0 d'après Bruno JARNO, Patrimoine bâti et développement durable, AJENA 30
La sensibilité à l eau Ouate de cellulose Verre cellulaire Polystyrène expansé Polystyrène extrudé Panneau de fibre de bois Panneau de liège NON PUTRESCIBLE NON ALTERABLE Laine minérale NON PUTRESCIBLE - ALTERABLE si condensation Laine de chanvre PUTRESCIBLE & ALTERABLE si teneur en eau critique dépassée 3 1 d'après Bruno JARNO, Patrimoine bâti et développement durable, AJENA 31
Le frein vapeur # pare vapeur Différence importante! Pare vapeur : Technique conventionnellement utilisée S apparente à un film polyane complétement étanche à la vapeur d eau Protège les isolants non hygroscopiques (laines minérales) Efficacité très limitée en réalité au niveau des jonctions avec les planchers, le passage des réseaux, Frein vapeur : Stratégie d isolation «respirante» (perméable à la vapeur d eau) Perméable à la vapeur d eau Régule l hygrométrie au sein du mur Particulièrement adapté aux isolants végétaux et animaux (laine de chanvre, laine de mouton, ouate de cellulose, ) 3 2 32
En pratique, un principe à conserver Intérieur Extérieur 3 3 Source: 33
En pratique : 2 grandes familles de solutions La correction thermique par enduit isolant < 6 cm L isolation thermique par des épaisseurs plus importantes 3 4 34
En pratique : correction thermique Dans de nombreux cas, une simple «correction thermique» des murs permet déjà d améliorer le confort d hiver et d augmenter la résistance du mur, sans perturber le fonctionnement hygrométrique et sans perdre complètement l inertie du bâtiment : Exemple courant : Utilisation d enduits isolants type Chaux Chanvre 5cm environ 3 5 Source: ville de Poitiers Source: Terre vivante 35
En pratique : correction thermique extérieure Ex: mise en oeuvre d un enduit isolant minéral chaux + silice (Unilit 20, λ=0,066w/m.k) Épaisseur (en cm) 1 cm 2 cm 3 cm 4 cm 5 cm Gain sur la consommation annuelle de chauffage (%) 10 % 19 % 26 % 30 % 34 % Ex : Ville de Grenoble, 3 6 Coût enduit 5 cm (HT) = 90 /m2 + échafaudage 25 /m2 Conso annuelle avant = 105 kwh ef /m²/an et après travaux: 70kWh ef /m²/an Gain annuel pour un appartement de 100 m² = 230-350 suivant le mode de chauffage Prescription particulière : respecter le relief de la modénature, (appuis et encadrements des baies, corniches). Le support doit être entièrement décrouté avant travaux pour éviter tout risque de surépaisseur. 36
En pratique : isolation thermique Au delà de cette correction thermique, la pose d isolant est possible, en veillant alors à choisir un isolant perméable à la vapeur d eau et hygroscopique (éventuellement muni d un frein vapeur en isolation intérieure) Exemples : Laine de chanvre en pose intérieure Ouate de cellulose en pose intérieure Panneau de fibre de bois en pose extérieure 3 7 37
En pratique : isolation thermique intérieure Ex: isolant panneau laine de bois (Homatherm) 10 cm entre montant bois (+ lame d air) Épaisseur (en cm) Gain sur la consommation annuelle de chauffage (%) Ex : Ville de Grenoble, 10 cm 46 % 16 cm 52 % Coût de mise en oeuvre pour 10 cm (HT) = 40 /m2 Conso annuelle avant = 105 kwh ef /m²/an et après travaux: 60 kwh ef /m²/an Gain annuel pour un appartement de 100 m² = 250-420 suivant chauffage 3 8 Coût de mise en oeuvre pour isolant minéral Multipor (Xella) : 70 /m2 38
Merci pour votre attention 39 39