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THERMIQUE DU BÂTIMENT

1- Généralités

La température extérieure varie de – 10 °C à + 30 °C suivant les saisons et suivant les régions. Cependant, le corps doit maintenir une température constante et a besoin d'une température ambiante qui se situe autour de 21 °C (cette température dépend de la personne).

La sensation de bien-être est rompue dès que la fuite de chaleur augmente et que le corps travaille pour la compenser (ou l'inverse en été). Pour éviter de trop solliciter le corps et permettre une sensation de confort, on crée un climat artificiel à l'intérieur des locaux. Ce climat est obtenu en chauffant les locaux ou en le refroidissant. Le chauffage ou la climatisation des bâtiments est très consommateur d’énergie, c’est pourquoi, on limite les déperditions par la mise en œuvre d’isolant thermique.

Pertes de chaleur d’une maison traditionnelle

Les isolants traditionnels des surfaces opaques (murs, toits, planchers) ne peuvent isoler que 2/3 des surfaces. Ils ne peuvent isoler le 1/3 restant (vitrage).

Le renouvellement de l’air est une condition d’hygiène nécessaire, qui entraîne une déperdition supplémentaire.

L'énergie (bois, électricité, pétrole, gaz) dépensée pour le chauffage ou le refroidissement doit être canalisée et stockée. On ne sait pas stoker la chaleur ou le froid dans un milieu, mais grâce à l'isolation thermique, on limite des déperditions calorifiques à travers la paroi.

Rôle de l’isolation thermique :

Le rôle de l’isolation thermique est de ralentir le phénomène de perte de chaleur vers l’extérieur.L’isolation thermique des bâtiments permet :

ECONOMIE D’ENERGIE : en isolant, on augmente la résistance thermique d’un bâtiment et on diminue d’autant la consommation d’énergie nécessaire à son chauffage ou à sa climatisation.

CONFORT DES PERSONNES : pour favoriser en tous points de la maison le maintien d’une température de confort été comme hiver.

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2- Mode de transmission de la chaleur

BILAN THERMIQUE DU CORPS HUMAIN ANALOGIE AVEC UNE PAROI

On s'aperçoit que des échanges de chaleur entrent en jeu. On en distingue trois principaux :

La conduction : c’est le processus par lequel la chaleur se propage à l’intérieur d’un matériau (solide ou liquide). Il n’y a pas de déplacement de matière. C’est ce qui se produit pour la chaleur se trouvant dans le manche d’une casserole sur le feu.

La convection : c’est le mode de transfert de chaleur par déplacement de matière. Lorsque l’air est en contact avec une surface plus chaude, il s’échauffe, s’élève et laisse place à de l’air plus froid. Il s’en suit un mouvement de l’air appelé convection naturelle.

Le rayonnement : c’est un échange de chaleur par onde électromagnétique. Il n’y a pas de contact entre les matériaux. C’est la chaleur du soleil.

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3- RESISTANCE THERMIQUE D’UNE PAROI

Les échanges de chaleur à travers une paroi s’effectuent :o dans la masse par conduction à travers la paroi ; o superficiellement par convection et rayonnement sur les faces de la paroi.

3.1 RESISTANCES THERMIQUES SUPERFICIELLES : Rsi et Rse

Elles sont dues aux échanges thermiques de surface (intérieurs et extérieurs).

Rsi = résistance thermique superficielle du parement intérieur de la paroi Rse = résistance thermique superficielle extérieure de la paroi.

On trouve également les notations suivantes : intérieures Rsi = 1/hi extérieures Rse = 1/he

Ces résistances varient en fonction de la direction du flux :

Remarque : Le flux de chaleur φ va du chaud vers le froid

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Rsi Rsee

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3.2 RESISTANCE THERMIQUE D’UN MATERIAU

Un matériau est dit homogène lorsqu'il est constitué d'une seule matière.

Thermiquement, il est alors caractérisé par sa conductivite thermique : en [W/m °C] ou [W/m K] caractérise l’aptitude d’un matériau à se laisser traverser par la chaleur.

Résistance thermique d’un matériau homogène :

RC=eλ

Avec : = conductivité thermique du matériau en W/m.Ke = épaisseur du matériau en m

Quelques valeurs de :

Matériaux (W/m K)Granit 3,50

Béton de granulats lourds 1,75Laine minérale de roche RB3 0,039Laine minérale de verre VA5 0,035

Polystyrène expansé DM 0,041Panneaux de fibres de lin 0,12

Liège comprimé 0,10Acier 50,00

Remarque : Plus est petit, moins le matériau ne se laisse traverser par la chaleur et plus Rc est grand, donc

plus le matériau est isolant. Plus R est grand, moins le matériau ne se laisse traverser par la chaleur, donc plus le matériau est

isolant.

Exemple :

Calculer la résistance thermique de cette paroi en pierre de granit

RC=eλ=0 ,20

3 ,50=0 ,057

m ² .KW

Calculer la résistance thermique de cette isolant en laine minérale de verre

RC=eλ= 0 ,08

0 ,041=1 ,95

m² .KW

On peut dit que 8 cm de laine de verre sont 35 plus ‘’isolant’’ que 20 cm de granit

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[m ² .KW ]

e = 20 cm e = 8 cm

Tsi

Ti

Chaud FROID

TeEXTERIEURINTERIEUR

Tse

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3.3 RESISTANCE THERMIQUE TOTALE D'UNE PAROI

La résistance thermique totale (RT) d'une paroi est égale à la somme des résistances thermiques partielles de chaque couche. Soit :

Rtotale = Rsi + Rse + (e / ) en (m2.K/W)

RT s'exprime en : m2.K/W ou m2.°C/W

Remarque : Plus R est grand plus la paroi est isolante.

3.4) COEFFICIENT DE TRANSMISSION SURFACIQUE U

Définition : c'est le flux de chaleur passant dans une paroi de 1 m² pour une différence de 1° C entre deux ambiances séparées par cette paroi.

U= 1RT [W/m² °C] ou [W/m² K]

Il caractérise l’aptitude du matériau à se laisser traverser par la chaleur.

3.5) FLUX DE CHALEUR φ

Expression de la densité de flux total de chaleur entre l'intérieur et l'extérieur : loi de Fourrier

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Ti : Température intérieureTsi : Température de surface intérieureTe : Température extérieureTse : Température de surface extérieure

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ϕ=U (Ti−Te ) [W/m²]

Avec :U = coefficient de transmission surfacique en W/m².C° (ou W/m².C°)Ti = température intérieure en C° (ou K)Te = température extérieure en C° (ou K)Ti > Te soit T > 0

Expression de la densité de flux total de chaleur par convection :

ϕext=(Tse−Te )Rse

ϕint=(Ti−Tsi )Rsi [W/m²]

Avec :Tse = température de surface extérieure en C° (ou K)Tsi = température de surface intérieure en C° (ou K)Rsi et Rse = résistances thermiques superficielles m².C°/W (ou m².C°/W)Tse > Te et Ti > Tsi

3.6) LE FONCTIONNEMENT DES ISOLANTS

Dans une habitation ce n'est pas le froid qui entre mais la chaleur qui sort, le rôle d'un isolant est de s'interposer entre l'intérieur et l'extérieur. Le plus mauvais conducteur de chaleur est le vide, c'est, par conséquent le meilleur isolant. Mais le vide est rempli d'air et pour que l'air conserve ses qualité d'isolation il doit être immobile, ce qui n'est pas le cas de l'air "libre". Pour être isolant l'air doit être enfermé dans des alvéoles les plus petites possible.

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4- LES PONTS THERMIQUES

Un pont thermique est une zone ponctuelle ou linéaire qui, dans l’enveloppe d’un bâtiment, présente une moindre résistance thermique (jonction de deux parois par exemple). Les ponts thermiques constituent un point froid où l’humidité peut se condenser.

Les ponts thermiques existent quand il y a : Discontinuité entre les surfaces intérieure et extérieure d’une paroi (jonctions entre parois) Pénétration de l’enveloppe par un matériau de conductivité thermique différente (fixations linéaires

ou ponctuelles) Changement local d’épaisseur des matériaux de la paroi (cavités ou mise en compression)

On distingue : Les ponts linéaires Les ponts ponctuels

Exemples de ponts linéairesjonctions plancher - murs

jonctions entre murs jonctions parois - menuiseries

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5- HYGROMETRIE

Dans l’air, l’eau est à l’état gazeux (vapeur). En migrant vers la partie froide du mur, la vapeur d’eau peut se condenser dans les matériaux de la paroi : C'est le point de rosée.

Si la condensation s’effectue dans l’isolant, il peut y avoir une dégradation de celui-ci :

Un pare vapeur (feuille ou membrane réduisant le passage de la vapeur d’eau en papier kraft goudronnée ou feuille d’aluminium) sera mis entre la partie “chaude” du mur et l’isolant.

La masse d’eau contenue dans un volume d’air s’appelle l’humidité absolue de l’air W. Pour une température et une pression donnée, W est limitée à une valeur maximum Ws correspondant à la saturation (la quantité de vapeur d’eau supérieure à Ws va se transformer en eau de condensation). Quand la température de l’air augmente, Ws augmente.

Humidité relative de l’air : HR

HR = 100 x

WWs (%)

La saturation correspond à HR = 100 %HR d’un local d’habitation: 60 % < HR < 97 %

Exemple :

Soit une salle de séjour à température intérieure Ti = 22°C; l’humidité relative HR = 60 %.

Axe des abscisses : a = Ti = 22°C. Traçons la droite aA, parallèle à l’axe des ordonnées, en intersection avec la courbe HR = 60 %. Amenons à saturation : HR = 100 % en traçant une droite AB parallèle à l’axe des abscisses en

intersection avec HR = 100 %. Traçons une droite Bb, parallèle à l’axe des ordonnées, jusqu’à l’axe des abscisses :

Nous avons déterminé la température de rosée b = TR :

TR = 14 °C

Ce qui veut dire que si les murs de la maison, on une température surfacique de 14°c, il y aura condensation sur les murs et donc humidité et dégradation.

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6- CERTIFICATION ET NORMES

Le certificat de qualification : délivré par l’Association pour la CERtification des Matériaux Isolants (ACERMI), il est une référence obligatoire en thermique pour choisir les produits. Ils portent une étiquette informative précisant leur résistance thermique R et leurs caractéristiques.

3 types de certificats : un matériau isolant reçoit un des trois certificats suivants en fonction de résultats d’essais en laboratoire et de contrôle de fabrication :

Type A : Seule la résistance thermique réelle est certifiée, en fonction de l’épaisseur du produit.Type B : Les caractéristiques d’aptitude à l’emploi (ISOLE) sont certifiées ainsi qu’une valeur “forfaitaire” de la résistance thermique.Type C : La résistance thermique réelle ainsi que les caractéristiques ISOLE sont certifiées.

Le classement ISOLE : Il permet d’aider les maitres d’œuvre dans leurs prescriptions.

Plus le chiffre est élevé, meilleure est la caractèristique.

Exemple :

Le produit dont l’étiquette est donnée ci-dessus convient-il pour un besoin de I = 1, S = 2, O = 2, L = 3 et E = 1 ?I = 1, S = 4, O = 1, L = 1 et E = 1 ?

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