GRANDEURS THERMIQUES - ITE Version n 2 1/6
Sommaire INTRODUCTION 1- GRANDEURS THERMIQUES 2 - COMPARAISONS DES ISOLANTS LES PLUS USUELS - APPROCHE SIMPLIFIÉE 3 - COMPARAISONS DES ISOLANTS LES PLUS USUELS - APPROCHE DÉTAILLÉE 4 - INTERPRÉTATION DES DONNÉES 2/6
INTRODUCTION Avant examen des propositions qui seront présentées au conseil syndical par le maître d'œuvre, il nous est apparu nécessaire d'examiner les grandeurs s ainsi que leur signification physique afin de mieux appréhender le dossier. Ce document présente quelques informations théoriques simples pour une meilleure compréhension des futurs travaux (en annexes 1 et 2 sont joints des calculs dont la difficulté d'interprétation ne gêne en rien celle du texte). 1- GRANDEURS THERMIQUES Tableau 1 - Définitions des principales grandeurs s Unité Signification physique des grandeurs Grandeurs s Conductivité (λ) W /m.k Définit le flux de chaleur La capacité d'un matériau à transmettre ou à retenir la chaleur. Permet de comparer la capacité à isoler des matériaux de même épaisseur. Résistance (R) m 2.K /W Capacité d'un matériau à isoler pour une épaisseur donnée. Plus la résistance est élevée, plus la paroi est isolante. Cœfficient de transmission surfacique (U) W /m 2.K Capacité volumique (C) J / m 3.K Déphasage exprimé en heures h Caractérise une paroi dans sa globalité avec l'ensemble des matériaux qui la compose. Plus le cœfficient de transmission surfacique est faible plus la paroi est isolante. Capacité d'un matériau à stocker de la chaleur Représentatif de sa capacité d'inertie. Exprime le temps que mettra un flux de chaleur pour traverser une paroi. le temps qu'il faut au matériau pour ralentir la chaleur dans le mur de l'extérieur vers l'intérieur en été le contraire en hiver. Grandeurs physiques Masse volumique (selon la qualité du matériau) Cœfficient de perméabilité à la vapeur d'eau (μ) Kg /m 3 Nombres sans unité Comportement au feu - Permet d'évaluer le comportement d'un matérau vis-à-vis de la propagation de chaleur. Plus cette valeur est élévée plus le matériau sera capable d'emmmagasiner de la chaleur de la retenir. Plus cette valeur est élevée Plus la résistance au passage de la vapeur d'eau est élevée. Permet d'évaluer le comportement d'un matérau vis-à-vis de la réaction au feu et de sa résistance au feu mete déterminer et d'évaluer la réaction au feu et la résistance au PePrfeu d'un matériau 2 évaluations possibles à partir - Norme NF 13 501-1:classement M 0 à M 4 - Norme Euroclasse : A à F Comportement au feu des matériaux (**) La réaction au feu évalue la contribution d'un matériau au développement d'un incendie durant les premières phases en matière d'inflammabilité, de résistance à la température, de production de fumées et autre élément susceptible de contribuer à la propagation de l'incendie (NF EN 13501-1 ou NF P 92-501). (**) La résistance au feu mesure quant à elle la durée pendant laquelle des éléments de construction complets (portes, fenêtres, cloisons ) conservent leurs propriiétés mécaniques, d'isolation et d'étanchéité (classement REI- EI, NF EN 13501-2). 3/6
2 - COMPARAISONS DES ISOLANTS LES PLUS USUELS - APPROCHE SIMPLIFIÉE Tableau 2 - Propriétés comparées du polystyrène expansé (PSE) blanc et de la laine de roche (épaisseur des isolants 150 mm) PSE LAINE DE ROCHE Propriétés s Conductivité [λ ] (W/m.K) 28.10-3 0,038 à 0,042 Résistance [R] (m 2.K /W) 5,36 3,75 ( valeur moyenne) Cœfficient de transmission surfacique [U] avec U = 1/ R [W /m 2.K] 0,19 # 0,27 Déphasage [h] (ou temps de transfert) 4 6 Propriétés physiques Structure du PSE (agent gonflant CO 2 ) Isolant (structure cellulaire) Isolant Performance acoustique Faible à moyenne selon la qualité Bonne isolation phonique et acoustique Cœfficient de perméabilité à la vapeur d'eau 3 # 13 Comportement à l'eau liquide Hydrophobe Hydrophile (s'il prend l'eau retrouve son épaisseur et performances après séchage) Comportement au feu (**) Inflammabilité Dégagement de fumées Euroclasse E - Résiste à une attaque brève de petites flammes en limitant la propagation de flamme. S 2 (production moyenne) Non combustible (ne s'enflamme pas / ne propage pas la flamme/ ne dégage pas de fumées/ non cancérigène. [ M 0 à M 4 ( Norme NF) - A 1 à F (Euroclasse]) S 0 Formation de gouttelettes Masse volumique (Kg /m 3 ) (selon la qualité du matériau) d 0 (pas de gouttellettes et particules enflammées) 15 21 à 150 (selon épaisseur du matériau) - Propriétés générales Estimation des coûts Prix de l'isolant au m 2 (fonction de l'épaisseur) ( ) Coût de l'isolation au mètre carré TTC ( ) Imputrescible - stable - inerte Bonne résistance mécanique Non respirant Imputrescible - stable - inerte Bonne résistance mécanique sous forme de panneaux Respirant # 10 à 15 (à réactualiser) 16 (e = 100 mm - à réactualiser) 110 à 190 (à réactualiser)? Tableau 3 - Comparaison de l'efficacité de la laine de roche par rapport au support béton de même épaisseur Épaisseur # 150 mm soit 0,150m Conductivité du béton 2 W /m.k Résistance du béton 0,075 m 2.K / W Comparaison laine de roche / béton Épaisseur de béton pour obtenir la même isolation qu'avec la laine de roche d'épaisseur 150 mm Laine de roche 50 fois plus isolant que le béton # 7,5 mètres 4/6
3 - COMPARAISONS DES ISOLANTS LES PLUS USUELS - APPROCHE DÉTAILLÉE Tableau 3 - Comparaison des propriétés de quelques isolants usuels [1] Isolant synthétique PSE [2] Laine de roche (Isolant minéral) - [3] Laine de verre (Isolant minéral) Réf Conductivité 1 2 3 Masse volumique Épaisseur Résistance Conductance Déphasage Capacité massique λ ρ e R = e / λ U = 1 / R φ CP1 W / m.k 28.10 34.10 32.10 3 m m 2.K / W Kg / m W / m 2.K h W h / kg.k Capacité volumique ρ. CP1 W h / m 3.K Capacité massique CP 2 J / kg.k - 3 15 0,15 5,36 0,19 2,95 0,38 5,7 1368-3 15 0,15 4,41 0,22 2,51 0,33 5 1200-3 15 0,15 4,68 0,21 2 0,2 3 720 Capacité volumique ρ.cp2 Classement au feu J / m 3.K - 20,52 10 18,00 10 10,80 10 Cœf; de résistance vapeur d'eau - µ Sans unité 3 E 10 à 20 3 M0 à M M 0 4 à M4 12,83 3 M0 à M4 6,47 Tableau 4 - Unités s utilisées dans le tableau Grandeur Sigle Unité Résistance R m 2.K / W Conductance U = 1/R 2 W / m.k Capacité massique CP1 W h / kg.k Capacité volumique CP1 x ρ 3 W h / m.k Capacité massique CP2 = CP1 x 3600 J / kg. K Capacité volumique CP2 x ρ J / m 3.K Correspondance 1 W h = 3600 J 4 - INTERPRÉTATION DES DONNÉES 1- L'examen des tableaux 1,2 et 3 montre que pour l'essentiel le polystyrène expansé, la laine de roche et la laine de verre ont des propriétés s et physiques voisines dont la résistance à la diffusion de la vapeur d'eau.néanmoins les deux isolants minéraux (laine de roche et laine de verre) offrent une plus grande sécurité en terme de réaction au feu et une meilleure isolation phonique que le polystyrène expansé d'origine synthétique. Le tableau 5 montre sans ambiguïté le rôle important dans la pose d'une ITE sur les façades si l'on souhaite faire des économies d'énergie et ce quel que soit l'isolant considéré. Tableau 5 - Comparaison de l'efficacité de la laine de roche par rapport au support béton de même épaisseur Épaisseur # 150 mm soit 0,150m Conductivité du béton 2 W /m.k Résistance du béton 0,075 m 2.K / W Comparaison laine de roche / béton Épaisseur de béton pour obtenir la même isolation qu'avec la laine de roche d'épaisseur 150 mm Laine de roche 50 fois plus isolant que le béton # 7,5 mètres Compte tenu de leur mode d'obtention et de leurs propriétés mécaniques,il semble que techniquement les isolants 5/6
minéraux offrent une meilleure tenue dans le temps que l'on peut résumer comme suit (tableau 6 ). Tableau 6 - Comparaison des principales caractéristiques entre le polystyrène expansé et la laine de roche Isolant Caractéristiques Caractéristiques dimensionnelles Caractéristiques mécaniques Polystyrène expansé Durée de vie 35 ans Laine de roche Durée de vie 50 ans (panneaux rigides) Synthétique Invariable * Résistance à la compression ( 70-120 kn /m 2 ) Naturel (non cancérogène) * Stabilité dimensionnelle à la température et à l'humidité * Non hydrophile * Imputrescible * Haute résistance mécanique * Forte résistance à la compression 2- Les paramètres à prendre en compte pour une ITE sont d'une part λ, R, e, φ et d'autre part C P, φ et m sachant que : R = f (λ,e) φ = f (e, C P, λ) principalement λ, R, e, φ μ = f (e) Remarque La laine de roche est issue principalement du basalte, une roche volcanique noire présente dans de nombreuses régions du monde. Elle est obtenue par fusion dans un four chauffé au coke à 1460 C. Le matériau liquide qui en sort est une lave de basalte qui est centrifugée, soufflée ou extrudée. Dès leur constitution, les fibres sont enrobées de résine à base d'urée-formol et d'une huile d imprégnation, avant de passer dans une étuve pour y être polymérisé et rendre le produit stable et hydrophobe. La laine de roche est un matériau poreux dont le pouvoir isolant provient de l air immobile emprisonné dans les cavités formées par l enchevêtrement de ses fibres. La laine de roche présente toutefois une partie de sa matière non fibrée, phénomène dû au process de fabrication. 6/6