Organisé par la guidance technologique Eco construction et développement durable de la Région de Bruxelles Capitale subsidiée par l Institut Bruxellois pour la Recherche et l Innovation (InnovIRIS) Soirée d étude Conception hygrothermique des parois Principes de base Stéphane Charron ir. Chef du laboratoire Bois et Coatings Bruxelles, 16 mars 2017 Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 1 Contenu Introduction Notions théoriques Phénomène de condensation Transfert de vapeur d eau Comment empêcher la condensation? Conclusion Contenu Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 2 1
Introduction Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 3 Gestion de l eau et de la vapeur d eau 1. Pluie 2. Remontées capillaires 3. Défaut d étanchéité à l air, nœuds constructifs 4. Eau contenue dans les matériaux 5. Vapeur d eau Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 4 2
(T, HR, Pvap) ext. (T, HR, Pvap) int. Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 5 Risques faibles Si la ventilation des locaux est effective Si l étanchéité à l air est effective du côté intérieur Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 6 3
Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 7 La vapeur d eau Air sec : Oxygène 21% Autres gaz : gaz rares (Ar, Kr,...), CO2 (380ppm), vapeur d'eau Azote 78% Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 8 4
La vapeur d eau Air humide (air ambiant) : est caratérisé par : Sa température Son humidité relative (HR) Rapport entre le contenu en vapeur d'eau de l'air et sa capacité maximale à en contenir à une température donnée Sa pression de vapeur (pv) Pression partielle de vapeur : pression qu aurait la vapeur d eau si elle occupait à elle seule tout le volume du mélange Pression saturante de vapeur : si la pression de la vapeur atteint sa valeur maximale Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 9 La vapeur d eau Air humide => Température & Humidité relative A température égale, la quantité de vapeur d eau contenue dans l air peut varier A une température correspond une quantité maximale de vapeur d eau 100% humidité relative Au delà, tout ajout de vapeur se condense Condensation = transformation vapeur (non visible) => eau liquide (visible) Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 10 5
La vapeur d eau Air humide => Température & Humidité relative A quantité de vapeur d eau égale, l humidité relative diminue lorsque la température augmente Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 11 La vapeur d eau Air humide => Température & Humidité relative A humidité relative égale, la quantité de vapeur d eau augmente lorsque la température augmente 90 % HR 3 C 20 C 4 g 14 g Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 12 6
La vapeur d eau Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 13 Phénomène de condensation Diagramme de MOLLIER Limite à partir de laquelle une partie de l humidité contenue dans l air sous forme de vapeur se condense Point de rosée Water content [kg water /kg dry air ] 14 C Température de l air [ C] 22 C 60% RH 12 g/m³ Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 14 7
18 C Température de l air [ C] 22 C 80% RH 13 03 17 Phénomène de condensation Diagramme de MOLLIER 4 C Max 6 g/m³ Point de rosée Water content [kg water /kg dry air ] 14 C Température de l air [ C] 22 C 60% RH 12 g/m³ Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 15 Phénomène de condensation Diagramme de MOLLIER Point de rosée Water content [kg water /kg dry air ] Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 16 8
Phénomène de condensation Condensation superficielle : = sur une partie de la construction lorsque le point de rosée de l air ambiant est supérieur à la température superficielle de cette partie de construction Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 17 Phénomène de condensation Condensation interne : = dans une construction lorsqu à un endroit quelconque de la construction, la vapeur d eau se transforme en eau Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 18 9
Par convection Par diffusion Lorsqu un bâtiment est chauffé, l air humide qu il contient tend à trouver son point d équilibre avec l air extérieur plus froid. => 2 phénomènes de migration de la vapeur d eau Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 19 Lorsqu un bâtiment est chauffé, l air humide qu il contient tend à trouver son point d équilibre avec l air extérieur plus froid. => 2 phénomènes de migration de la vapeur d eau Par convection : liée à une différence de pression d air et de température Etanchéité à l air Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 20 10
Lorsqu un bâtiment est chauffé, l air humide qu il contient tend à trouver son point d équilibre avec l air extérieur plus froid. => 2 phénomènes de migration de la vapeur d eau Par convection : liée à une différence de pression d air et de température Par diffusion : liée à une différence de pression de vapeur Extérieur Intérieur Pvapeur Int. Pvapeur Ext. Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 21 Lorsqu un bâtiment est chauffé, l air humide qu il contient tend à trouver son point d équilibre avec l air extérieur plus froid. => 2 phénomènes de migration de la vapeur d eau Par convection : liée à une différence de pression d air et de température Par diffusion : liée à une différence de pression de vapeur pose d un pare vapeur / solution constructive Le transport par convection donne lieu à une quantité d humidité beaucoup plus importante. Il faut donc toujours concevoir des parois étanches à l air Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 22 11
Panneau parepluie Laine minérale OSB Source : Zerihun Desta, Langmans et Roels Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 23 Etanchéités à l air et à la vapeur d eau ne peuvent être contournées mais ne sont pas nécessairement les mêmes! étanche à l air & à la vapeur d eau étanche à l air Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 24 12
Quels sont les paramètres influents? Climat extérieur Caractéristiques des différents composants Climat intérieur (T, HR, Pvap) ext. (T, HR, Pvap) int. Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 25 Caractéristiques des différents composants La résistance qu offre le matériau au passage de la vapeur d eau µ : facteur de résistance à la vapeur d eau Indique dans quelle mesure un matériau s oppose, par rapport à l air, à la migration de la vapeur d eau Propre à chaque matériau Sans unité Sd : épaisseur de couche d air équivalente pour la diffusion de vapeur d eau Sd = µ x e (épaisseur) Caractéristique du produit mètre µ, Sd Perméabilité à la vapeur d eau Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 26 13
Caractéristiques des différents composants La résistance qu offre le matériau au passage de la vapeur d eau Où trouver l information? NBN EN ISO 10456 : 2008 Matériaux et produits pour le bâtiment Propriétés hygrothermiques Valeurs utiles tabulées et procédures pour la détermination des valeurs thermiques déclarées er utiles Modèle de simulation numérique (base de données) Glaser, Wufi, Delphin Fiche technique des produits (marquage CE) Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 27 Matériaux Ep. µ ( ) Sd(m) Sources Air (référence) 1 m 1 1 EN ISO 10456 Plaque de plâtre 13 mm 4 à 10 0.05 à 0.13 EN ISO 10456 OSB 1.2 cm 30 à 50 147 30 à 300 0.4 à 0.6 1.8 0.4 à 4 EN ISO 10456 Modèle simulation Fabricant Contreplaqué 1.2 cm 50 à 250 0.6 à 30 EN ISO 10456 Laine de verre 40 cm 1 0.4 EN ISO 10456 Panneau de fibre de bois 1.2 cm 5 à 10 0.06 à 0.12 EN ISO 10456 Cellulose (vrac) 20 cm 2 0.4 EN ISO 10456 Brique 20 cm 10 à 16 2 à 3.2 EN ISO 10456 Polyéthylène 0.15 mm 50 EN ISO 10456 Polyéthylène agrafé 0.15 mm 8 EN ISO 10456 Intello 0.2 mm 0.25 à10 Fabricant Vario Duplex 0.15 mm 0.2 à 5 Fabricant Bitume 4 mm 50000 200 EN ISO 10456 Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 28 14
Caractéristiques des différents composants La résistance qu offre le matériau au passage de la vapeur d eau L hygroscopicité des matériaux La capillarité des matériaux Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 29 Climat intérieur Le climat intérieur détermine la pression de vapeur intérieure p i Dépend de la production d humidité dans le bâtiment Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 30 15
Climat intérieur Sources d humidité dans les locaux Données indicatives de production d humidité : 40 g/h.pers < Personne au repos < 60 g/h.pers 80 g/h.pers < Personne active < 250 g/h.pers 5 kg/j.4 pers < Lessive / toilette / cuisine < 10 kg/j.4 pers 10 kg/j.4 pers < Logements de 4 personnes < 25 kg/j.4 pers Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 31 Climat intérieur Classe de climat Exemples Pressions de vapeur annuelles moyennes à l intérieur pi (Pa) I Bâtiments à production d humidité permanente faible à nulle II Bâtiments bien ventilés avec une production d humidité limitée par m³ III Bâtiments avec une production d humidité plus importante au m³ et ventilation modérée à suffisante - Entrepôts de marchandises sèches - Eglises, salles d exposition, garages, ateliers - grandes habitations (maisons unifamiliales, ) - écoles - magasins - bureaux non climatisés - salles de sport et halls polyvalents - (petits) logements (studios, flats, logements sociaux, ) - hôpitaux, homes - salles de consommation, restaurants, salles des fêtes, théâtres - bâtiments faiblement climatisés (HR 60 %) 1100 pi < 1165 1165 pi < 1370 1370 pi < 1500 IV Bâtiments à production d humidité élevée - bâtiments fortement climatisés (HR > 60 %) - locaux d hydrothérapie - piscines (couvertes) - locaux industriels humides comme : blanchisseries, imprimeries, brasseries, usines à papier 1500 pi <3000 Remarque : les bâtiments en surpression, les bâtiments à teneur en humidité fortement fluctuante (p. ex. les dancings) ou les toitures à faux plafond isolé exigent une étude spécifique du point de vue de la physique du bâtiment. Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 32 16
Climat extérieur Le climat extérieur détermine la pression de vapeur extérieure p e Température => diffusion de vapeur, zone de condensation Humidité relative => diffusion de vapeur, humidité intérieur Pluie battante, vent, ensoleillement, orientation => Qt eau, vitesse de séchage, T Pvap Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 33 Climat extérieur Le climat extérieur détermine la pression de vapeur extérieure p e Température => diffusion de vapeur, zone de condensation Humidité relative => diffusion de vapeur, humidité intérieur Pluie battante, vent, ensoleillement, orientation => Qt eau, vitesse de séchage, 30 C 20 C T Pvap Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 34 17
Comment empêcher la condensation? Sd intérieur >>>> Sd extérieur +++ ++ + Empêcher la migration de la vapeur Contrôler la migration de la vapeur Paroi étanche à l air Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 35 Comment empêcher la condensation? Empêcher la migration de la vapeur avec un pare-vapeur 1. Bardage 2. Lattage extérieur 3. Pare-pluie 4. Montant d ossature 5. Isolation 6. Panneaux contreventement 7. Pare-vapeur 8. Lattage 9. Panneaux de plâtre Pare-vapeur : membrane bloquant la quasi totalité du flux de vapeur à travers la paroi. («Sd 10 à 15») Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 36 18
Comment empêcher la condensation? Empêcher la migration de la vapeur avec un pare-vapeur Conception et mise en œuvre Convection 0,5 g/(m².jour) 1 m Ext. 10 C 80%HR 14 cm Int. +20 C 50%HR 800 g/(m².jour) FACTEUR 1600!!! 1 m * Institut für Bauphysik, Stuttgart. Source : DBZ 12/89, page 1639 Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 37 Comment empêcher la condensation? Empêcher la migration de la vapeur avec un pare-vapeur Conception et mise en œuvre Pertes d énergie U théorique = 0,3 W/(m².K) 1 m Ext. 10 C 80%HR 14 cm Int. +20 C 50%HR U = 1,44 W/(m².K) FACTEUR 4,8!!! 1 m * Institut für Bauphysik, Stuttgart. Source : DBZ 12/89, page 1639 Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 38 19
Comment empêcher la condensation? Contrôler la migration de la vapeur par le choix des matériaux 1. Bardage 2. Lattage extérieur 3. Panneaux fibre de bois 4. Montant d ossature 5. Isolation cellulose 6. OSB (contreventement & frein-vapeur) 7. Lattage + Isolation 8. Panneaux de plâtre Frein-vapeur : membrane bloquant partiellement le flux de vapeur à travers la paroi. («Sd 10») Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 39 Comment empêcher la condensation? Contrôler la migration de la vapeur par le choix des matériaux Sd intérieur Vapeur >>>> Sd extérieur France et Angleterre : Allemagne : Belgique : Sd int. = 5x Sd ext Sd int. = 50 x Sd ext Sd int. = 6 à 15 x Sd ext Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 40 20
Comment empêcher la condensation? Contrôler la migration de la vapeur par le choix des matériaux Sd intérieur >>>> Sd extérieur Conception Constructions hygrothermique en bois des parois Cours d hiver Principes 2012 2013 de base 16/03/2017 Page 41 41 Comment empêcher la condensation? Contrôler la migration de la vapeur par le choix des matériaux Frein-vapeur à diffusion variable : le µ de cette membrane varie avec l humidité relative. Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 42 21
Comment empêcher la condensation? Contrôler la migration de la vapeur par le choix des matériaux La résistance à la vapeur d eau est élevée en hiver pour limiter l entrée de la vapeur d eau dans la paroi. Elle est faible en été pour permettre le séchage de la paroi vers l intérieur Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 43 Conclusion La quantité de vapeur d eau potentiel dépend Des conditions climatiques extérieures Des conditions hygrothermiques intérieures De la ventilation des locaux La quantité de vapeur d eau qui traverse une paroi dépend Du gradient (profil) des pressions de vapeur entre l intérieur et l extérieur du bâtiment Du gradient (profil) de température au sein de la paroi De la perméabilité de la paroi et de ses composants Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 44 22
Pas de solution idéale => à analyser au cas par cas Bonnes connaissances des matériaux utilisés (performances initiales et à long terme, limites d utilisation?, conditions de mise en œuvre) Longévité des systèmes mis en œuvre (membrane, tape, ) La mise en œuvre est très importante (conception, formation, ) Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 45 Merci de votre attention Stéphane Charron Chef du laboratoire Bois et Coatings Avenue P. Holoffe 21 1342 Limelette Tél. 02-655.77.11 Fax 02-653.07.29 Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 46 23
Guidance Technologique Éco Construction et Développement Durable en Région de Bruxelles Capitale Thèmes prioritaires : Énergie et bâtiments Restauration, rénovation et entretien des bâtiments Confort acoustique Accessibilité des bâtiments Utilisation durable des matériaux et la santé Construction durable en bois, les façades et toitures vertes Qualité de l air intérieur et la santé Digital Construction Veille technologique Mission : Soutien technologique direct et multidisciplinaire Diffusion d information et formation collective Prospection et stimulation à l'innovation Aide à l introduction de programmes de recherche et à la demande de subsides Bénéficiaires : Service gratuit pour l'ensemble des entreprises bruxelloises du secteur de la construction En collaboration avec la Confédération de la Construction Bruxelles-Capitale Subsidiée par la Région de Bruxelles-Capitale via InnovIRIS Rue Dieudonné Lefèvre, 17 1020 Bruxelles info@bbri.be www.cstc.be\go\gt-batimentdurable +32 (0)2 529 81 06 +32 (0)2 653 07 29 Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 47 Centre Scientifique et Technique de la Construction Les copies des notes de cours d une façon générale ne font pas parties d une des séries des publications officielles du CSTC et ne peuvent donc être utilisées comme référence ; la reproduction ou la traduction, même partielle de ces notes, n est permise qu avec l autorisation du CSTC. Conception hygrothermique des parois Principes de base 16/03/2017 Page 48 24