TFE-Final

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TFE-Final

  1. 1. Haute Ecole LEONARD de VINCI A.S.B.L. Institut Supérieur Industriel Réalisation d’un outil d’aide dans le choix des matériaux isolants Travail de fin d’études présenté par Quentin TAYMANS En vue de l’obtention du diplôme de Master en Sciences de l’Ingénieur Industriel finalité Construction Année académique 2013 – 2014
  2. 2. 3 Remerciements En préambule à ce mémoire, je tiens à remercier l’ensemble des personnes qui m’ont soutenu dans la réalisation de ce travail de fin d’études. Je tiens à remercier sincèrement Geoffroy Bekkers et Pierre Henriet, qui, en tant que promoteur et tuteur, m’ont soutenu tout au long de son élaboration. Leurs conseils m’ont permis d’avancer et d’arriver à un résultat toujours mieux abouti. Ma reconnaissance se tourne également vers Aline Branders qui, experte dans le domaine, m’a guidé vers une analyse qui apportait un supplément d’information à ce qui existait déjà dans ce secteur de recherche. Je veux aussi remercier la coopération de la plupart des fabricants d’isolants que j’ai rencontrés. Sans leur collaboration, le travail n’aurait pu être effectué. Mes remerciements s’adressent finalement : à Sophie Trachte, car son travail ‘Choix des matériaux, ECOBILAN des parois’ m’a été très utile dans la réalisation de mon travail; à Marc Francotte qui, administrateur de la société CARODEC, m’a éclairé sur la problématique des matériaux naturels; à l’ensemble de mes proches, parents et amis, qui m’ont soutenu tout au long de ma démarche. Merci à tous !
  3. 3. 4
  4. 4. 5 « Réalisation d’un outil d’aide au choix des matériaux isolants » Comme de nombreux domaines de notre société, la construction est en pleine phase de transformation. Des exigences énergétiques sont maintenant imposées aux nouvelles constructions et tendent à se durcir de plus en plus. De nouveaux concepts constructifs se développent dont notamment la construction passive, basse énergie et durable. Le choix des matériaux devient élémentaire pour parvenir à répondre aux exigences imposées. Différents travaux et ouvrages de référence traitent du choix des matériaux dans la construction incluant des critères énergétiques et environnementaux. Tous ont été réalisés à partir des valeurs théoriques et pour des matériaux génériques. Très peu se sont intéressés à l’aspect financier qu’inclut le choix d’un matériau. BESIX est régulièrement confronté au choix d’isolants intégrant plusieurs critères. L’objectif de ce travail est de fournir un outil qui permet de répondre plus efficacement au choix de ces matériaux. Il propose une base de réflexion pour effectuer un choix cohérent d’isolants. Il guide progressivement le lecteur dans une démarche structurée et complète menant aux choix du bon isolant. Les exigences énergétiques auxquelles doivent répondre les bâtiments sont d’abord définies. Les notions essentielles à la compréhension du comportement des isolants dans les parois dans lesquelles ils se trouvent sont ensuite abordées. Les principaux modes de mise en œuvre sont également présentés. La base de données créée est finalement présentée. Les hypothèses sont définies ainsi que toute la démarche méthodique que sa conception a demandée. Cet outil permet de sélectionner les matériaux en fonction de l’application et des exigences. Les fabricants y sont directement renseignés. Différents aspects sont détaillés. Les caractéristiques physique et mécanique sont analysées. Des critères environnementaux sont également présents. Ils aident dans un choix écoresponsable. Les prix sont enfin déterminés. Ils permettent d’inclure l’aspect économique au processus de décision. Travail de fin d’études présenté par Quentin Taymans En vue de l’obtention du diplôme de Master en sciences de l’Ingénieur Industriel finalité Construction.
  5. 5. 6
  6. 6. 7
  7. 7. 8 Sommaire Introduction ..........................................................................................................................................12 Partie I : Cadre général de l’étude ........................................................................................................15 1. Exigences énergétiques et environnementales............................................................................15 1.1. Déclarations, conventions et protocoles ..............................................................................15 1.1.1. Déclaration de Stockholm [3]........................................................................................16 1.1.2. Convention de Rio [5]...................................................................................................16 1.1.3. Protocole de Kyoto [6] ..................................................................................................17 1.2. Objectifs européens [1] [7] ...................................................................................................17 1.3. Objectifs belges.....................................................................................................................19 1.3.1. Performance énergétique d’un bâtiment (PEB) ...........................................................20 1.3.2. Exigence PEB 2013-2015 [11]........................................................................................21 1.3.3. Épaisseur d’isolant ........................................................................................................22 2. Modes constructifs .......................................................................................................................23 2.1. Ecoconstruction [14].............................................................................................................23 2.2. Bio construction [14].............................................................................................................23 2.3. Eco-bio construction [14]......................................................................................................23 2.4. Construction passive.............................................................................................................23 2.4.1. Généralités [15].............................................................................................................24 2.4.2. Principe [16]..................................................................................................................24 2.4.3. Critères [15] ..................................................................................................................24 2.4.4. Moyens mis en œuvre [16]...........................................................................................25 2.5. Construction basse énergie...................................................................................................27 2.6. Construction « presque zéro-énergie » [22]........................................................................27 2.7. Construction à énergie positive [22].....................................................................................28 2.8. Synthèse................................................................................................................................28 3. Classification écologique des matériaux.......................................................................................29 3.1. Notions fondamentales.........................................................................................................29 3.1.1. Analyse de cycle de vie (ACV) [24] [25] [26] .................................................................29 3.1.2. Énergie grise..................................................................................................................31 3.1.3. Gaz à effet de serre.......................................................................................................31 3.2. Outils européens...................................................................................................................32 3.2.1. Logiciels d’analyse de cycle de vie [24].........................................................................32 3.2.2. Bases de données [27] ..................................................................................................32
  8. 8. 9 3.2.3. Fiches de déclarations environnementales ..................................................................33 3.2.4. Outils check-list [24]......................................................................................................34 3.2.5. Labels [24].....................................................................................................................36 3.3. Systèmes de certification......................................................................................................38 3.4. Outils belges..........................................................................................................................38 3.4.1. Logiciel Be-Global [42] ..................................................................................................39 3.4.2. « Choix des matériaux, Écobilan des parois » [24] .......................................................39 3.4.3. « Conception de maisons neuves durables » [20] ........................................................40 Partie II : Approche théorique ..............................................................................................................42 4. Les isolants [26].............................................................................................................................42 4.1. Les matériaux synthétiques [45] [49] ...................................................................................44 4.2. Les matériaux minéraux [45] [49].........................................................................................44 4.3. Les matériaux naturels [45] [49]...........................................................................................45 4.4. Résumé..................................................................................................................................45 4.5. Évolution ...............................................................................................................................46 5. Notions hygrothermiques [23] [15] [45].......................................................................................47 5.1. Notions thermiques ..............................................................................................................47 5.2. Notions hygrométriques.......................................................................................................50 5.3. Synthèse................................................................................................................................52 6. Mise en œuvre..............................................................................................................................53 6.1. Intérieur ou extérieur [23] [45] [50] .....................................................................................53 6.2. Fixation [26] ..........................................................................................................................55 6.3. Isolation de façade [45] [49].................................................................................................55 6.4. Isolation de toiture [45] [49] [61] .........................................................................................57 6.4.1. Toiture plate..................................................................................................................57 6.4.2. Toiture inclinée .............................................................................................................59 6.5. Isolation de dalle de sol et plancher [45] [49] [61]...............................................................62 6.6. Isolation de plafond de parking [45].....................................................................................63 Partie III : Approche pratique................................................................................................................66 7. Démarche de l’étude.....................................................................................................................66 7.1. Matériaux..............................................................................................................................66 7.2. Critères..................................................................................................................................67 7.2.1. Caractéristiques physiques ...........................................................................................67 7.2.2. Caractéristiques environnementales............................................................................70
  9. 9. 10 7.2.3. Prix ................................................................................................................................72 7.2.4. Remarques ....................................................................................................................73 7.2.5. Épaisseur pour une certaine exigence de conductivité thermique (U : W/m²/K) ........74 7.2.6. Épaisseur maximale ......................................................................................................74 7.3. Récolte des informations......................................................................................................74 7.3.1. Les fabricants ................................................................................................................75 7.3.2. Démarche......................................................................................................................76 8. Base de données...........................................................................................................................77 8.1. Mode d’emploi......................................................................................................................77 8.1.1. Les matériaux................................................................................................................78 8.1.2. Les onglets.....................................................................................................................78 8.1.3. Code couleur.................................................................................................................79 8.2. Justificatif..............................................................................................................................80 8.3. Base de données...................................................................................................................81 8.3.1. Remarques ....................................................................................................................81 9. Exploitation des données..............................................................................................................83 9.1. Comparaison des matériaux : prix/performance..................................................................83 9.1.1. Façade...........................................................................................................................85 9.1.2. Toiture...........................................................................................................................88 9.1.3. Dalle de sols – plancher ................................................................................................92 9.1.4. Plafond parking .............................................................................................................95 9.2. Remarques............................................................................................................................96 10. Perspectives..............................................................................................................................97 Conclusion.............................................................................................................................................99 Table des figures.................................................................................................................................101 Bibliographie.......................................................................................................................................102 Annexes...............................................................................................................................................108
  10. 10. 11 Lexique Partie I - Accord : Rencontre des volontés dans le but de produire les effets de droit désirés par les parties. - Convention : Accord passé entre des personnes, des groupes, des sujets de droit international (États, organisations), destiné à produire des effets juridiques et qui revêt en principe un caractère obligatoire pour ceux qui y adhèrent ; écrit destiné à formaliser la réalité de cet accord. - Déclaration : Action de déclarer, de porter à la connaissance du public ; acte, écrit, discours par lequel on fait publiquement une communication. - Directive : Indication générale donnée par l’autorité politique, administrative, par une direction d’entreprise. - Écologique : Qui respecte l’environnement. - Environnemental/environnement : Ensemble des éléments (biotiques ou abiotiques) qui entourent un individu ou une espèce et dont certains contribuent directement à subvenir à ses besoins. - GES : Gaz à effet de serre. - Protocole : Procès-verbal relatant les résolutions d’une assemblée, d’une conférence. - Rapport : Exposé dans lequel on relate ce qu’on a vu ou entendu ; compte-rendu, souvent de caractère officiel, d’une question, d’une mission. - Sommet : Conférence internationale réunissant les dirigeants de deux ou de plusieurs pays sur un problème particulier. Partie II - Acidification : Correspond à la perte de nutriments tels que le calcium, le magnésium ou le potassium, et leur remplacement par des éléments acides à cause de la pollution. - Eutrophisation : est due à un apport excessif en nutriments et en matières organiques biodégradables issus de l’activité humaine. - Hygrométrie : Étudie la quantité de vapeur d’eau contenue dans l’air. - Hygrothermie : Notion liée à l’hygrométrie et à la thermique. Partie III - Acidification : Correspond à la perte de nutriments tels que le calcium, le magnésium ou le potassium, et leur remplacement par des éléments acides à cause de la pollution. - Eutrophisation : est due à un apport excessif en nutriments et en matières organiques biodégradables issus de l’activité humaine. - Qualitatif : Qui relève de la qualité, de la nature de quelque chose. - Quantitatif : Qui concerne la quantité, en particulier par opposition à qualitatif.
  11. 11. 12 Introduction De nombreux indices et une majorité de scientifiques s’accordent à dire que le réchauffement climatique est un phénomène bien réel et que l’activité humaine a tendance à l’accélérer. En observant les statistiques, le parc immobilier européen représente 40 % de la consommation énergétique et 36 % des émissions totales de CO2. [1] En Belgique, la part de la construction dans la consommation d’énergie primaire s’élevait à 38 % en 2005. D’après une étude de McKinsey & Company, d’ici à 2030, le secteur de la construction représenterait 48 % des dépenses énergétiques. [2] Par rapport à la proportion que représente le secteur de la construction dans le coût environnemental global, il est logique que les politiques actuelles tentent de plus en plus de diminuer son impact sur l’environnement. Des exigences énergétiques sont maintenant imposées et tendent à se durcir de plus en plus.  Problématique Le choix des matériaux de construction devient indispensable pour parvenir à répondre aux exigences et s’est imposé depuis longtemps comme étant une des solutions principales pour diminuer l’impact de ce secteur sur l’environnement. Différents travaux et ouvrages de référence traitent du choix des matériaux de construction incluant des critères énergétiques et environnementaux. Tous ont été réalisés à partir de valeurs théoriques et pour des matériaux génériques. Très peu se sont intéressés à inclure l’aspect financier bien qu’il intervienne de façon prépondérante dans le processus de décision.  Objectifs L’objectif de ce travail est d’apporter une réponse claire au choix des matériaux isolants. Il propose une base de réflexion pour effectuer un choix cohérent d’isolants. En plus de fournir une base de données regroupant une majorité des matériaux présents sur le marché belge, il guide le lecteur dans une démarche structurée et complète menant au choix du bon isolant. Réalisée au sein de BESIX, la base de données créée permettrait, d’une part, de faciliter le choix des isolants sur chantier et, d’autre part, de répondre plus efficacement à la demande toujours croissante de ses clients d’utiliser des matériaux répondant à des exigences environnementales.  Champ de l’étude Bien que chaque matériau qui constitue l’enveloppe d’un bâtiment ait une influence sur le coût énergétique et environnemental global, seuls les matériaux isolants sont analysés. Une majorité provient d’entreprises belges et certains d’autres pays européens. Les informations récoltées proviennent principalement des fabricants d’isolants.
  12. 12. 13  Structure du travail Le travail s’organise en trois parties. La première partie s’intéresse au cadre général de l’étude. Dans un premier temps l’évolution des protocoles et normes environnementales et énergétiques est détaillée. Elle permet de fixer le cadre législatif aussi bien au niveau mondial qu’européen et belge. Les exigences constructives sont définies et les modes constructifs correspondants sont analysés. Le dernier point de ce chapitre propose des outils qui permettent d’inclure des exigences environnementales dans la réflexion. La deuxième partie étudie l’isolation sous différents aspects. Toutes les notions nécessaires pour comprendre son fonctionnement dans son ensemble sont définies. Les différents types de matériaux isolants (synthétique, minéral, naturel) sont présentés. Les notions hygrothermiques sont définies et permettent d’éclairer les diverses problématiques de transfert et stockage de chaleur et d’humidité. Finalement, la mise en œuvre est analysée. La troisième partie du travail permet de finaliser le choix du matériau. La base de données est présentée. Elle regroupe la majorité des isolants présents en Belgique et plusieurs propriétés sont analysés : caractéristiques physiques et mécaniques, critères environnementaux et le prix. Elle se présente sous forme de tableau Excel ou chaque onglet représente une application spécifique (façade, toiture, plancher ou dalle de sol et plafond de parking).Le dernier point s’intéresse à l’exploitation des données. Il compare le prix des matériaux pour une résistance thermique équivalente. Une série d’améliorations sont finalement proposées. Appliquées à l’outil réalisé, elles permettraient de passer d’une simple base de données à un programme complexe qui, depuis l’introduction de certaines exigences (thermiques, mises en œuvre, prix,…), proposerait une sélection de matériaux qui conviendraient.
  13. 13. 14 Première partie : Cadre général de l’étude 1. Exigences énergétiques et environnementales 2. Modes constructifs 3. Classification écologique des matériaux
  14. 14. 15 Partie I : Cadre général de l’étude Avant de s’intéresser au choix des matériaux isolants, il est intéressant de comprendre le cadre législatif énergétique et environnemental dans lequel se trouvent le monde, l’Europe et la Belgique. Cette démarche permet, entre autres, de déterminer les exigences énergétiques auxquelles sont soumises les parois dans lesquelles sont installés les isolants. Ensuite, différents modes constructifs sont détaillés et répondent aux exigences. Certains se limitent à atteindre les performances imposées. D’autres vont plus loin et prennent en compte la qualité des matériaux utilisés ou l’impact de la construction sur l’environnement. Dans l’optique de ne pas se limiter au respect des exigences énergétiques, mais de se distinguer en incluant des critères environnementaux, le dernier point abordé dans cette partie définit les principales notions et outils existants tenant compte de cet aspect. 1. Exigences énergétiques et environnementales Il est important de comprendre le contexte politique dans lequel le monde et l’Europe se situent au niveau des exigences énergétiques. Cette partie s’intéresse à définir les principaux protocoles, accords, rapports, déclarations ou conventions qui ont été convenus pour diminuer les impacts environnementaux de l’activité humaine. 1.1. Déclarations, conventions et protocoles Les différentes déclarations, conventions ou protocoles proviennent à chaque fois d’observations scientifiques qui mettent en évidence des pratiques dangereuses ayant des impacts négatifs sur l’environnement. Au fur et à mesure de l’avancement des recherches, les informations sont transmises aux politiques qui tentent de trouver des solutions en établissant des règles servant de base commune d’engagement à respecter. Le processus de conscientisation de l’importance du respect de l’environnement a été progressif. C’est en 1973, suite au premier choc pétrolier, que des efforts de diminution de la consommation d’énergie ont été initiés. Le développement a été lent pour les premières conventions. Ensuite, avec les constatations peu optimistes des scientifiques, les protocoles et conventions se sont multipliés et répandus rapidement. La déclaration de Stockholm a constitué un premier engagement dans la diminution de l’impact de l’activité humaine sur l’environnement.
  15. 15. 16 1.1.1. Déclaration de Stockholm [3] Elle a été réalisée en 1972 lors de la Conférence des Nations Unies sur l’environnement. L’objectif était d’« adopter une conception commune et des principes communs qui inspireraient et guideraient les efforts des peuples du monde en vue de préserver et d’améliorer l’environnement. » [3] Elle reprend un ensemble de principes que les participants s’engageaient à respecter. Par exemple, principe 13 : « Afin de rationaliser la gestion des ressources et ainsi d’améliorer l’environnement, les États devraient adopter une conception intégrée et coordonnée de leur planification du développement, de façon que leur développement soit compatible avec la nécessité de protéger et d’améliorer l’environnement dans l’intérêt de leur population. » [3] Les participants s’engageaient également à se réunir tous les dix ans pour vérifier l’application des exigences. Deux rapports ont suivi. D’abord, le rapport de l’Union Internationale de la Conservation de la Nature en 1980. Ensuite, le rapport Brundtland qui cherche à trouver une solution entre développement et environnement. Voici comment il est défini : « Le développement durable est un développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la possibilité, pour les générations à venir, de pouvoir répondre à leurs propres besoins. » [4] Il sert de base au développement durable du monde. La convention de Rio est la seconde démarche importante. 1.1.2. Convention de Rio [5] Elle a été créée en 1992 lors de la Conférence des Nations Unies sur l’environnement et le développement. Elle est mieux connue sous le nom de Sommet de la Terre ou de Convention-Cadre des Nations Unies sur les Changements Climatiques (CCNUCC). En réalité, ce sont trois conventions qui ont été approuvées :  Convention sur la diversité biologique ;  Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques ;  Convention des Nations Unies sur la lutte contre la désertification. Elles constituent une prolongation des différents rapports déjà réalisés sur le développement durable. Elles complètent et définissent les principes fondamentaux. Les préoccupations sont la détérioration de l’environnement et l’interdépendance entre les progrès économiques à long terme et la nécessité d’une protection de l’environnement. Ensuite, en 1997, c’est le protocole de Kyoto qui est mis en place.
  16. 16. 17 1.1.3. Protocole de Kyoto [6] Il a été acté en 1997 et est entré en vigueur en 2005. Il constitue aussi un prolongement des différents accords précédents et principalement la convention de Rio. Actuellement, il a été ratifié par 194 états différents et l’Union européenne. La ratification s’est faite progressivement à travers différents sommets, dont celui de Bonn et de Marrakech. L’objectif principal de ce protocole est la réduction d’émission de six gaz à effet de serre, GES, dont les principaux sont la vapeur d'eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), le protoxyde d'azote (N2O) et l'ozone (O3). Comme les engagements précédents, il n’y a pas de portée juridique au protocole de Kyoto. En effet, aucune sanction n’a été clairement définie en cas de non-respect des objectifs fixés. Il s’agit d’un contrat moral avec une majorité des représentants de la planète. D’autres initiatives ont ensuite été mises sur pied dont différentes conférences internationales. Les conférences de Copenhague et de Cancún qui ont respectivement eu lieu en 2009 et 2012 portaient sur la volonté de réduire de moitié l’émission des GES. En 2012, la conférence de Doha a permis de vérifier l’engagement de chacune des parties prenantes au protocole de Kyoto. Un récapitulatif des déclarations, protocoles et conventions abordés se trouve en annexe 1. 1.2. Objectifs européens [1] [7] Progressivement, à travers les engagements pris dans les déclarations, protocoles et conventions énoncés précédemment, l’Europe s’est investie et s’est fixée comme objectif de diminuer sa consommation énergétique de 20 % et d’arriver à 20 % d’utilisation des énergies renouvelables pour 2020. La principale action retenue pour atteindre ces objectifs est basée sur une diminution de la consommation énergétique des bâtiments. Le premier engagement important date de 2002, lorsque la plus importante directive européenne active dans le domaine de la construction a été adoptée. Il s’agit de la directive 2002/91/CE. Il est intéressant de la retenir et de l’analyser. Elle s’intéresse à la performance énergétique des bâtiments, PEB, qu’elle définit comme suit : « La quantité d'énergie effectivement consommée ou estimée pour répondre aux différents besoins liés à une utilisation standardisée du bâtiment. Celle-ci comprend entre autres le chauffage, l'eau chaude, le système de refroidissement, la ventilation et l'éclairage (pour les bâtiments non résidentiels) et tient compte notamment de l'isolation, des caractéristiques des installations, des paramètres climatiques, de l'exposition solaire, de l'autoproduction d'énergie du climat intérieur. Cette quantité est exprimée par un ou plusieurs indicateurs numériques résultant d'un calcul. » [8] Elle représente le cadre juridique actuellement applicable à ce niveau.
  17. 17. 18 Elle crée, pour les États membres de l’Union, une base commune qui repose sur quatre éléments principaux : « - Une méthodologie commune de calcul de la performance énergétique intégrée des bâtiments ; - les normes minimales relatives à la performance énergétique des bâtiments neufs et des bâtiments existants lorsqu'ils font l'objet de travaux de rénovation importants ; - les systèmes de certification pour les bâtiments neufs et existants et, dans les bâtiments publics, l'affichage de certificats et d'autres informations pertinentes. Les certifications devraient dater de moins de cinq ans ; - le contrôle régulier des chaudières et des systèmes centraux de climatisation dans les bâtiments ainsi que l'évaluation d'une installation de chauffage lorsqu'elle comporte des chaudières de plus de 15 ans. » [7] Elle fixe les exigences minimales en matière de performances énergétiques et met en place un système de certification. La certification doit être réalisée dans le cas de la construction d’un nouveau bâtiment, de la vente ou de la location. Elle est applicable à tous les types de bâtiments qu’ils soient résidentiels ou tertiaires. Ce système de classification est très complet, car il ne se limite pas à l’analyse de l’isolant des bâtiments. En effet, tous les éléments déterminant l’efficacité énergétique d’un bâtiment sont pris en compte : chauffage, système de refroidissement, éclairage, orientation du bâtiment,… Une certaine autonomie est néanmoins laissée aux États membres. Ils doivent réaliser des normes incluant la directive et fixer les valeurs minimales. Les échelles de certifications doivent aussi être définies. Ils doivent s’assurer que la certification et le contrôle soient réalisés avec du personnel qualifié et indépendant. Un point particulier de cette directive appliquée à la Belgique est détaillé dans le point 1.3 qui suit. À travers la directive 2010/31/EU, l’Europe et ses différents États membres, ont confirmé leur engagement de diminuer l’impact du secteur de la construction sur l’environnement en répondant à des exigences de construction « quasi zéro énergie » : les bâtiments présenteraient une consommation d’énergie proche de zéro. Elle entrera en application à partir de janvier 2019 pour les bâtiments publics et 2021 pour les autres bâtiments.
  18. 18. 19 1.3. Objectifs belges En Belgique, les réglementations suivent les directives européennes. La figure 1 indique les différentes étapes par lesquelles la Belgique est passée. Figure 1 : Évolution des exigences environnementales dans la construction en Belgique [9] Dès la première réglementation thermique de 1985, une certaine valeur de K était imposée. En réalité, elle correspond à un niveau d’isolation global d’une maison. Au plus la valeur K est basse, au plus le niveau d’isolation est élevé. La valeur est calculée sur base des valeurs U (coefficients de transmission thermique1 ) des différentes parois de la construction et de la compacité du bâtiment. Les exigences évoluent en parallèle aux accords européens. Par exemple, la directive européenne de 2002 a été appliquée la même année à la Belgique. La directive PEB de 2002 apporte une homogénéité au niveau des exigences constructives et prouve définitivement l’engagement de la Belgique à améliorer le niveau énergétique des constructions. 1 Plus d’informations au sujet du coefficient de transmission thermique est donnée dans le point 5.1 de la partie II du travail.
  19. 19. 20 1.3.1. Performance énergétique d’un bâtiment (PEB) À partir de cette réglementation, le niveau d’isolation global d’une construction (K) est déterminé en calculant son niveau de consommation d’énergie (E), consommation par mètre carré et par an. Une analyse détaillée du bâtiment est effectuée pour déterminer ses caractéristiques énergétiques. Elles sont ensuite encodées dans un logiciel mis à disposition par Bruxelles Environnement2 . Différents aspects y sont abordés. Il faut d’abord déterminer la composition exacte de l’enveloppe extérieure. Un calcul de la surface tapis est ensuite demandé. L’utilisation de l’électricité et celle des systèmes d’éclairage doivent aussi être détaillées. Puis, des informations sur les systèmes de ventilation, de chauffage et de production d’eau chaude doivent y figurer. Une fois le total de l’énergie dépensée pour un certain volume calculé, la classe énergétique est déterminée. La figure 2 illustre le type de résultats obtenus. Elle indique le rapport entre la consommation annuelle d’énergie et la superficie du plancher chauffé du bâtiment. Figure 2 : Échelle des niveaux énergétiques pour un bâtiment tertiaire à Bruxelles [10] En fonction du secteur concerné de la construction et de la région dans laquelle elle se situe, les échelles d’appréciation changent. La Belgique durcit d’année en année les exigences pour parvenir à respecter l’engagement de construire en se rapprochant du « quasi zéro-énergie ». 2 « Bruxelles Environnement, l’administration de l’environnement et de l’énergie de la Région de Bruxelles- Capitale. » [90]
  20. 20. 21 1.3.2. Exigence PEB 2013-2015 [11] Les réglementations antérieures à 2015 portent principalement sur des valeurs de conductivité thermique (U) ou de résistance thermique (R) des parois, comme illustrées dans la figure 3. Figure 3 : Évolution des exigences PEB 2013-2014 [11] Pour chacune des parois constituant l’enveloppe d’un bâtiment, une certaine valeur de conductivité thermique ou de résistance thermique doit être respectée. La réglementation PEB 2015 se base sur les critères passifs 3 [12] :  Consommation d’énergie primaire ≤ 45 kWh/m²/an pour le logement ;  Étanchéité à l’air n50 ≤ 0,6 ;  Besoin d’énergie pour le chauffage ≤ 15 kWh/m²/an. Cette réglementation diffère des exigences passives, car il existe des dérogations lorsque la configuration du logement est défavorable : faibles apports solaires (ombrage, mauvaise orientation) et/ou une mauvaise compacité. Pour les parois opaques, une valeur du coefficient de transmission thermique de 0.12 W/m²/K 4 est imposée. 3 Ils sont définis plus en détail dans le point 2.4, ‘Construction passive’, qui suit. 4 Cette valeur interviendra dans la suite du travail et notamment dans le point 7.2.5 de la partie II, ‘Épaisseur pour une certaine exigence de conductivité thermique’ ainsi que dans la base de données.
  21. 21. 22 1.3.3. Épaisseur d’isolant L’épaisseur à mettre en œuvre dépend des matériaux, mais également des parois en question. La figure 4 indique l’intervalle d’épaisseur théorique à mettre en œuvre en fonction du matériau pour répondre aux standards énergétiques imposés. Figure 4 : Intervalle d’épaisseur pour une exigence thermique en fonction du type de matériau [13] - MW : Laine minérale - EPS : Polystyrène expansé - XPS : Polystyrène extrudé - PUR : Polyuréthane - PF : Mousse phénolique - CG : Verre cellulaire
  22. 22. 23 2. Modes constructifs Pour parvenir à respecter les exigences énergétiques imposées, différents modes constructifs ont été développés comme, par exemple, la construction passive, basse énergie ou très basse énergie. Les points qui suivent s’intéressent à définir plusieurs modes de construction. Certains apportent une réponse claire aux préoccupations énergétiques, d’autres vont plus loin et intègrent d’autres exigences telles que l’impact sur l’environnement ou le niveau de bien-être des occupants. 2.1. Ecoconstruction [14] Concept de construction visant à limiter les impacts sur l’environnement. Ceux-ci sont calculés depuis la fabrication des matériaux jusqu’à la démolition. Exemple : utilisation de matériaux naturels et respectueux de l’environnement. 2.2. Bio construction [14] Concept de construction utilisant des matériaux les plus naturels possible pour offrir un niveau de bien-être optimal aux habitants. Le principal souci est la santé des occupants. 2.3. Eco-bio construction [14] Concept de construction rassemblant les critères de l’écoconstruction et de la bio construction. L’environnement et la santé des habitants sont des objectifs à atteindre. En dehors de ces trois premiers concepts de construction abstraits, il y en a un, plus concret, qui s’est largement imposé : la construction passive. 2.4. Construction passive Ce mode constructif sert de base à l’exigence PEB 2015 qui entre en application prochainement. Il est alors intéressant d’en définir les généralités, les critères et les moyens mis en œuvre pour atteindre les performances énergétiques.
  23. 23. 24 2.4.1. Généralités [15] Le concept de construction passive a été créé en Allemagne en 1988 par deux professeurs : le Professeur Bo Adamson, suédois, et le Professeur Wolfgang Feist, allemand. Ils ont déterminé les principes théoriques de ce mode constructif. L’Allemagne et la Suisse sont les premiers pays à intégrer le standard passif dans la construction d’habitations. Ils sont d’ailleurs actuellement bien en avance dans ce domaine par rapport à plusieurs pays européens. L’Europe a elle aussi participé au développement de ce concept via le programme CEPHEUS (Cost Efficient Passive Houses as EUropean Standards). En Belgique, deux associations s’occupent de sensibiliser le monde de la construction avec ce concept. Il y a la Plate-forme Maison Passive ASBL (PMP) pour la partie francophone et la Passiefhuis Plateform VZW pour la partie néerlandophone. Elles organisent des séances d’informations et de formations. Elles sont aussi responsables de l’attribution du label passif. 2.4.2. Principe [16] L’objectif de la construction passive est d’assurer une ambiance intérieure confortable, en été comme en hiver, sans devoir faire appel à un système de chauffage traditionnel ni à un système conventionnel de conditionnement d’air. Les pertes d’énergie sont réduites tout en optimisant les conditions de base du bâtiment. Les besoins en chauffage sont diminués, ce qui influence la facture énergétique et également l’empreinte environnementale. Un système de ventilation spécifique est installé et permet de limiter les pertes d’énergie ainsi que de favoriser un bon renouvellement de l’air. 2.4.3. Critères [15] Ce mode constructif est basé sur trois critères principaux qui ont servi de base à l’exigence PEB 20155 . Ils sont détaillés ci-dessous :  Besoin en énergie : le besoin d’énergie pour le chauffage doit être inférieur ou égal à 15 kWh/m²/an. Ce qui correspond à 1,5 litre de mazout. Cette valeur est calculée par le logiciel PHPP6 . 5 Voir le point 1.3.2. 6 « PHPP : Est un logiciel d’aide à la conception de bâtiment à basse consommation. Il est basé sur un ensemble de feuilles Excel qui structure le calcul de nombreuses informations importantes : déperdition calorifique, risque de surchauffe, valeur U des parois, … » [91]
  24. 24. 25  Étanchéité à l’air : lorsque le bâtiment est soumis à une dépression de 50 Pa (= 0.375 mm Hg), le renouvellement de l’air doit être égal ou inférieur à 0,6 h-1 selon la norme NBN EN 13 8297 . Elle est réalisée par le Blower door test. Figure 5 : Blower door test [17] Un appareil placé à l’endroit de la porte principale met le bâtiment sous pression ou en dépression et mesure la quantité d’air entrant ou sortant durant un certain laps de temps. Il est alors possible de vérifier si les critères qu’exige le passif sont respectés.  Surchauffe : le pourcentage de surchauffe (>25 °C) dans le bâtiment doit être égal ou inférieur à 5 %. En d’autres termes, le nombre d’heures durant lesquelles le bâtiment atteint une température supérieure à 25 °C ne peut dépasser 5 % du total par an.  Énergie primaire : Il n’existe aujourd’hui aucune imposition au niveau de l’énergie primaire pour la certification résidentielle passive. 2.4.4. Moyens mis en œuvre [16] Ce point se limite à définir brièvement les exigences de mise en œuvre propres à la construction passive.  Isolation performante : Une grande importance est apportée à l’efficacité de l’enveloppe. Il faut que l’isolation soit continue et homogène pour éviter les ponts thermiques. Les zones de jonctions sont étudiées en détail. L’épaisseur de l’isolant est déterminante. Les châssis sont isolants et étanches à l’air. Ils sont équipés de triple vitrage. 7 Norme qui s’intéresse à la performance thermique des bâtiments, à la détermination de la perméabilité à l’air des bâtiments et à la méthode de pressurisation par ventilateur.
  25. 25. 26  Étanchéité à l’air : Figure 6 : Étanchéité à l’air [18] Les raccords doivent être effectués avec beaucoup de soin. La vérification de l’étanchéité du bâtiment est exécutée par le Blower door test8 . Une bonne étanchéité à l’air permet d’assurer une efficacité de l’isolant et ainsi éviter des pertes d’énergie.  Ventilation double-flux : Un système de ventilation à double flux est installé pour éviter toute perte de chaleur. Ce système intègre un procédé de transfert de chaleur entre l’air extrait et l’air frais. Ce système permet aussi de réguler précisément le débit d’air renouvelé. Figure 7 : Fonctionnement d’une ventilation double flux [19]  Chauffage : Dans une maison passive, un fer à repasser est suffisant pour réchauffer toute l’habitation en hiver. Les besoins d’énergie en chauffage sont extrêmement faibles et peuvent très bien être comblés par des dispositifs utilisant les énergies renouvelables (géothermie, panneaux solaires ou photovoltaïques, …). Des apports ponctuels peuvent aussi être utilisés : chauffage électrique ou poêle. 8 Détail au paragraphe 2.4.3.
  26. 26. 27  Énergie primaire (pétrole, gaz, uranium,…): Les énergies renouvelables peuvent compenser les besoins en énergie primaire. Le type d’énergies primaires utilisées ne représente pas un critère intervenant dans la certification d’une maison passive.  Aspects divers : Dans la construction d’un bâtiment passif, il est important d’intégrer les exigences à respecter dès la phase de conception. L’orientation du bâtiment est déterminante par rapport à l’utilisation de l’éclairage naturel et de la chaleur naturelle. La compacité du bâtiment permet d’éviter la gestion de nombreux nœuds constructifs difficiles à intégrer. Le mode de vie des habitants peut aussi aider à une conception intelligente de l’habitat. 2.5. Construction basse énergie La construction basse énergie ne correspond pas à un concept répondant à un ensemble de critères bien définis s’intégrant dans une norme officielle. Il s’agit en réalité d’un mode constructif moins exigeant que le passif et qui permet d’obtenir des aides financières au niveau fédéral. On peut retrouver dans l’ouvrage « Conception de maisons neuves durables » de Catherine Massart et André De Herde, les caractéristiques du niveau de performance « basse énergie » [20] :  un besoin net d’énergie de chauffage inférieur ou égal à 38 kWh/m²/an, calculé par le logiciel PHPP ;  un taux de perméabilité à l’air n50 inférieur ou égal à 1 h-1 . La remarque ci-dessous invite à réfléchir sur la pertinence de ce mode constructif : « Concevoir une maison basse-énergie demande un certain effort, tant à la conception qu’à la réalisation. Pourquoi ne pas valoriser cet effort en franchissant le petit pas qui sépare la basse énergie du passif et profiter du confort intérieur et des économies d’énergie qu’il procure ? » [21] 2.6. Construction « presque zéro-énergie » [22] Ce type de construction correspond à l’exigence imposée par l’Europe d’ici 2021 : toutes les nouvelles constructions devront répondre à ce critère de « quasi zéro énergie ». Il ne s’inscrit cependant pas dans une norme spécifique détaillant des critères précis. En effet, aucune recommandation stricte ne doit être respectée pour arriver à une habitation « quasi zéro énergie ». Quel que soit le chemin emprunté : diminution des pertes d’énergie, augmentation de la production d’énergie renouvelable ou un mixte des deux solutions ; l’objectif est finalement de fournir autant d’énergie que le bâtiment consomme.
  27. 27. 28 2.7. Construction à énergie positive [22] La construction à énergie positive lie les caractéristiques de la construction passive avec la mise en place d’installation de production d’énergie verte de façon à produire plus d’énergie que le bâtiment en consomme. 2.8. Synthèse La figure 8 illustre l’évolution de la consommation d’énergie dans les différents modes de construction cités précédemment : Figure 8 : Évolution de la consommation d’énergie des bâtiments [23] Il est possible de construire un bâtiment basse énergie, très basse énergie ou même passif en utilisant des matériaux ayant une empreinte environnementale importante. En effet, aucun critère de certification d’un bâtiment n’est basé sur les matériaux. Seule la performance énergétique des parois ou la performance en termes de consommation d’énergie, de perméabilité à l’air et/ou de production d’énergie verte est analysée. Si la construction d’un bâtiment est soumise à l’obtention d’une certaine certification de ses performances environnementales, comme BESIX y est souvent confronté, il est important de présenter les différents outils et systèmes qui permettent d’établir la qualité environnementale d’une construction.
  28. 28. 29 3. Classification écologique des matériaux Plus le niveau de performance thermique d’un bâtiment est élevé, moins les consommations d’énergie sont importantes . L’impact écologique des matériaux devient alors prépondérant dans une analyse environnementale globale d’une construction. Si en plus de respecter les exigences énergétiques imposées, il existe une réelle volonté d’obtenir un certain niveau de certification environnementale, il y a lieu de respecter des exigences supplémentaires. L’objectif de ce point est de faire l’état des lieux des principaux outils existants qui permettent la conception de bâtiments intégrant l’aspect environnemental. Les notions principales sur lesquelles sont basés ces outils sont d’abord définies. Les notions d’analyse de cycle de vie, d’énergie grise et de gaz à effet de serre sont abordées. Les outils européens sont ensuite analysés. Certains interviennent dans des systèmes de certification environnementale reconnus à travers le monde. Les méthodes d’évaluation des performances environnementales telles que LEED et BREEAM sont définies. Au niveau belge, certaines associations offrent des outils pratiques abordables par quiconque et apportent une aide dans la conception de bâtiments dont l’impact environnemental est pris en compte. Ils sont également exposés. 3.1. Notions fondamentales 3.1.1. Analyse de cycle de vie (ACV) [24] [25] [26] La notion d’analyse de cycle de vie a été introduite dans les années 1970 et s’est progressivement spécifiée. Cette analyse s’est imposée comme étant l’instrument le plus performant et le plus reconnu actuellement en matière d’étude environnementale. Les différents outils présentés sont basés sur cette analyse. Il est donc important de comprendre son fonctionnement. L’analyse de cycle de vie d’un produit est une méthode qui permet de calculer son impact environnemental tout au long de sa durée de vie, de l’extraction des matières premières au recyclage en passant par sa production et son utilisation. Le cycle de vie d’un matériau est composé de différentes étapes :  Extraction des matières premières ;  Fabrication ;  Traitement et transport ;  Utilisation ;  et élimination.
  29. 29. 30 À chacun de ces stades, un inventaire des flux de matière et d’énergie est réalisé et les impacts environnementaux sont déterminés. Par exemple, la quantité d’eau utilisée à chaque étape, l’énergie primaire consommée, l’émission de CO2 et encore bien d’autres informations comme l’acidification9 et l’eutrophisation10 sont calculés. Généralement, il y a lieu de rapporter les valeurs à des références communes pour parvenir à traiter plus facilement l’information. Les différents gaz à effet de serre sont par exemple ramenés à des kg équivalents de CO2 par quantité de matières produites. Les résultats de cette analyse permettent de déterminer les conséquences sociales, écologiques et environnementales à chaque étape du cycle de vie. Ils offrent la possibilité de déterminer à quel niveau les impacts sur l’environnement sont importants. Les éventuelles étapes à améliorer sont donc renseignées. Cette information permet d’orienter le choix des matériaux de construction vers des concepts satisfaisants et durables. Elle ne permet pas de réaliser une hiérarchisation absolue des produits. Pour réaliser une analyse correcte, il y a lieu de suivre les différentes phases décrites dans des normes spécifiques :  EN ISO 14040 : Management environnemental – Analyse de cycle de vie – Principes et cadres  EN ISO 14044 : Management environnemental – Analyse de cycle de vie – Exigences et lignes directrices Figure 9 : Phases de l’ACV [27] 9 « L’acidification perturbe les sols, l’eau, la flore et la faune, et est à l’origine des pluies acides. Le potentiel d’acidification est calculé en équivalent SO2. » [82] 10 « Elle s'observe surtout dans les milieux aquatiques dont les eaux sont peu renouvelées. Les bactéries, qui dégradent cette matière organique, prolifèrent à leur tour, en appauvrissant de plus en plus l'oxygène de l'eau. Le potentiel d’eutrophisation est mesuré en équivalent phosphate. » [82]
  30. 30. 31  Phase 1 : Définition des objectifs et du champ de l’étude. La première étape est la plus importante de l’étude. Les objectifs et le champ de l’étude y sont définis. Quatre paramètres sont analysés [26] :  La fonction : ce qui permet de comparer différents produits entre eux et définir clairement les frontières de l’étude ; Exemple : la fonction d’une peinture est de protéger et colorer le mur.  L’unité fonctionnelle : elle quantifie la fonction. Elle sert de base de comparaison entre différents produits ; Exemple : L’unité fonctionnelle d’une peinture est de couvrir 1 m² de mur pendant 5 ans.  Le flux de référence : désigne la quantité du produit analysé et des produits ou matières utilisées pour répondre aux besoins de l’unité fonctionnelle ; Exemple : Pour une peinture de qualité, 2 couches en 5 ans sont nécessaires.  Les frontières du système : impose les limites du système.  Phase 2 : Inventaire des flux de matières et énergies associés aux étapes du cycle de vie rapporté à l’unité fonctionnelle retenue ;  Phase 3 : Évaluation des impacts potentiels à partir des flux de matières et énergies recensés ;  Phase 4 : Interprétation des résultats obtenus en fonction des objectifs retenus ;  Phase 5 : Application. De nombreux programmes permettent de réaliser des analyses de ce type. Leur fonctionnement et leurs utilisations sont détaillés dans le paragraphe 3.2.1., ‘Logiciel d’analyse de cycle de vie’. 3.1.2. Énergie grise D’après le livre « Construction et énergie » [26], l’énergie grise est définie comme étant la quantité d’énergie nécessaire à la fabrication, au transport, au stockage et à l’élimination du produit. Cette notion est reprise dans plusieurs outils et est généralement exprimée en mégajoule (MJ). Elle intervient dans la suite de ce travail et notamment dans la base de données créée. 3.1.3. Gaz à effet de serre Les gaz à effet de serre, GES, sont des gaz responsables du réchauffement de la planète. Ils empêchent les rayons du soleil réfléchis par la terre de sortir de l’atmosphère. Plusieurs outils s’intéressent à déterminer la production de ces gaz.
  31. 31. 32 3.2. Outils européens Ils ont tous été développés pour aider les acteurs du monde de la construction à intégrer des aspects environnementaux dans les choix qu’ils ont à faire. Pour obtenir une certaine certification environnementale, il y a lieu de travailler avec les différents outils présentés dans les points qui suivent. Il est donc important de comprendre leur fonctionnement. 3.2.1. Logiciels d’analyse de cycle de vie [24] Voici une liste des principaux logiciels effectuant des analyses de cycle de vie ou écobilan :  Logiciel anglais ENVEST 2 (BRE) :www.envest2.uk  Logiciel autrichien ECOSOFT : www.ibo.at  Logiciel suisse en ligne : www.catalogueconstruction.ch  Logiciel suisse ECO-BAT : www.ecobat.ch  Logiciel français EQUER : www.izuba.fr/logiciel/equer  Logiciel belge Be-Global : www.be-global.be Ces logiciels fonctionnent à partir de bases de données11 qui reprennent l’ensemble des flux de matières (ressources minérales fer, bauxite, eau…) et d’énergie (pétrole, gaz, charbon…) qui entrent dans le système étudié et le flux sortant correspondant (déchets, émissions gazeuses ou liquides,…). Généralement, ces programmes permettent de réaliser des écobilans et de calculer le cycle de vie d’un bâtiment complet ou de parois types. L’impact environnemental est alors illustré. Différentes solutions peuvent ainsi être analysées et un choix peut être effectué. Ces programmes peuvent donc réellement servir d’aide à une conception des bâtiments incluant l’aspect environnemental. Il est cependant important de s’intéresser aux bases de données sur lesquelles ils sont établis pour comprendre comment les impacts sont pris en compte. 3.2.2. Bases de données [27] Les bases de données recueillent l’ensemble des informations provenant d’analyses de cycle de vie:  Flux de matière entrant : matières premières, matériaux et consommables ;  Flux de matière sortant : coproduits, sous-produits, déchets liquides et solides, rejets dans l’air, dans l’eau et dans les sols ;  Flux d’énergie entrant et sortant : énergie électrique, énergie thermique des différents combustibles, chaleur. 11 Voir le point 3.2.2.
  32. 32. 33 Plusieurs bases de données ont été créées par des groupements ou des rassemblements professionnels qui ont tenté de rassembler les données d’impact environnemental de plusieurs produits sur tout le cycle de vie ou sur la partie amont du cycle. L’objectif est de fournir l’information aux utilisateurs qui souhaitent réaliser une ACV. Certaines d’entre-elles sont accessibles gratuitement et d’autres moyennant paiement. Elles sont généralement propres à un pays. Voici les principales bases de données que nous pouvons trouver :  Base de données suisse – ECOINVENT : www.ecoinvent.org/database/  Base de données autrichienne – Baubook : www.baubook.at/vlbg/  Base de données anglaise – Green Guide : www.bre.co.uk/greenguide/podpage.jsp?id=2126  Base de données française – INIES : http://www.base-inies.fr/Inies/default.aspx Il est important de comprendre et de définir les limites de ces bases de données puisqu’elles servent de base à l’élaboration d’analyses de cycle de vie. Tout d’abord, la base suisse ECOINVENT est la référence en matière de cycle de vie et sur les données des fabricants. Le Baubook, base autrichienne, est quant à lui intéressant, car il présente des critères de performance physique et environnementale pour plusieurs types de parois. Ces deux outils ont l’avantage de travailler de façon tout à fait transparente. Les résultats chiffrés sont accessibles à tout le monde et les limites sont clairement exprimées. Les outils anglais offrent beaucoup moins de transparence. Ils travaillent avec des « boites noires » inaccessibles. L’exactitude des résultats ne peut être garantie. Aussi, aucun de ces outils ne réalise de mise à jour. Des valeurs éloignées de celles réelles peuvent alors être prises en compte et induire des erreurs significatives dans les résultats. L’avancée technologique a, par exemple, permis d’inventer de nouveaux systèmes d’extraction moins énergivores. Il faut alors que les valeurs introduites dans les bases de données soient modifiées. La pertinence des résultats peut donc être discutable. De plus, ces bases de données sont trop génériques et ne se basent pas sur les produits des marques. La fabrication d’un même produit peut changer d’une usine à l’autre et d’un pays à l’autre. Une même valeur pour un certain type de produit est obtenue sans différenciation par rapport aux différents fabricants. Finalement, le mix énergétique est différent de pays en pays. Il est donc nécessaire que le logiciel utilisé s’appuie sur la base de données correspondant au pays dans lequel le projet s’inscrit. 3.2.3. Fiches de déclarations environnementales Les fiches de déclarations environnementales correspondent aux agréments techniques, ATG, au niveau de l’environnement. Elles donnent les informations sur les aspects environnementaux des différents produits.
  33. 33. 34 Elles sont basées sur les analyses du cycle de vie des produits et reprennent l’ensemble des informations obtenues par celles-ci. Les données renseignées dans ces fiches sont vérifiées par un organisme tiers. Il y a lieu de constater qu’actuellement une harmonisation entre les différents pays européens apparaît : « entre 2005 et 2012, le Comité Technique européen CEN TC 350 a développé des normes européennes harmonisées volontaires en matière d'EPD pour les produits de construction (NBN EN 15 804), ainsi que des méthodes de calcul d'évaluation de l'impact environnemental des bâtiments. Ces normes permettront une harmonisation des systèmes EPD présents et à venir, de sorte à permettre une meilleure comparaison de leurs résultats à l'avenir. » [28] Les démarches sont longues et les acteurs de la construction peinent à présenter les fiches de déclarations environnementales de leurs produits, mais, à terme, elles permettront d’effectuer des comparaisons équitables entre plusieurs produits identiques qu’ils soient issus ou non d’un même pays de l’Europe. Cela permettra aussi aux sociétés actives dans l’Europe entière de ne pas devoir effectuer le même travail pour chaque pays. Ces fiches demandent un travail très important pour les fabricants et les résultats sont difficilement utilisables par quiconque. Il faut avoir une bonne connaissance du sujet pour savoir en retirer les informations essentielles pour faire le meilleur choix de matériaux. 3.2.4. Outils check-list [24] La figure 10 reprend un ensemble d’outils check-list permettant de classifier les différents matériaux entre eux : Figure 10 : Outils check-list [24]
  34. 34. 35 Ils fonctionnent par l’analyse d’un ensemble de critères. Les principaux sont ceux liés à la consommation d’énergie grise et aux émissions de polluants. Ils sont facilement quantifiables et sont reconnus comme étant une réponse claire aux impacts environnementaux. Des critères plus spécifiques sont aussi pris en compte :  Traitement des déchets et recyclage ;  Destruction du paysage ;  Consommation d’eau ;  Santé. Ces outils sont très facilement utilisables par quiconque, mais encore une fois il y a lieu de comprendre le système de classification pour déterminer la pertinence des résultats. Il faut aussi connaître les limites et les hypothèses utilisées dans l’étude. Deux de ces outils interviennent dans la base de données12 créée : les systèmes Green Guide et NIBE. Leur fonctionnement et leurs limites sont définis dans les deux points qui suivent. Il est important de les analyser en détail, car ils interviennent dans les systèmes de certification BREEAM et LEED13 auxquelles plusieurs constructions tentent actuellement de répondre. 3.2.4.1. Green Guide [29] L’outil Green Guide est un outil anglais qui permet de classer les différents matériaux de construction d’après une échelle allant de A à E. Les matériaux sont d’abord classés en fonction de leur habilitation:  Bâtiments commerciaux ou de bureaux ;  Éducation ;  Santé ;  Domestique ;  Industriel ;  Vente en gros. Et ensuite, d’après leur utilisation : isolant, fenêtre, toiture, plancher, finition, … Treize critères environnementaux sont alors analysés : changement climatique, extraction d’eau, extraction des ressources minérales, toxicité humaine, déchets, acidification, … Pour chacun de ces critères, la classification est réalisée par comparaison avec le matériau le moins bon. Un matériau qui présenterait des résultats médiocres pourrait cependant obtenir un résultat satisfaisant. 12 Voir le point 7.2.2.1 de la partie III. 13 Ils sont tous deux définis dans le point 3.3 qui suit.
  35. 35. 36 Cette méthode ne permet pas d’arriver à une cohérence entre la classification des matériaux. En effet, le A pour des matériaux isolants servant pour les façades n’est pas le même que celui pour les isolants de toitures. 3.2.4.2. NIBE Cet outil a été développé aux Pays-Bas et propose une autre méthode de classification. Il classe les matériaux suivant une échelle allant de 1a à 7c. C’est l’outil le plus employé en Belgique. Différents critères sont analysés pour déterminer l’impact des matériaux sur l’environnement. Chaque critère est pondéré par un certain indice. Le résultat de chaque critère est ensuite additionné et permet d’obtenir une cote finale qui permet de se situer sur l’échelle d’appréciation. Ce système offre l’avantage d’analyser un nombre important de critères et permet ainsi une lecture plus pointue à certains niveaux : santé, ressources naturelles. 3.2.5. Labels [24] La figure 11 reprend les principaux labels environnementaux présents sur le marché européen de la construction. Ils aident les acteurs de la construction à effectuer des choix prenant en compte l’aspect environnemental. Figure 11 : Labels écologiques [24]
  36. 36. 37 Ces labels donnent une information sur les matériaux respectueux de l’environnement et fonctionnent tous à partir de l’analyse de plusieurs critères. Une brève définition de chacun d’eux : - L’ange bleu : label allemand qui assure de la qualité environnementale de produits ou services. Ceux-ci doivent être conformes à un cahier de charge réputé particulièrement stricte. [30] - Milieukeur : label néerlandais, il a une approche globale des produits et services durables. [31] - Nordic Ecolabel : l'objectif du label est de contribuer à la consommation et la production durables. [32] - L’Écolabel européen : il s’adresse à toute les catégories de produits et ses objectifs sont de réduire l’incidence négative de la consommation et de la production sur l’environnement, la santé, le climat et les ressources naturelles. [33] - NF Environnement : label français qui distingue les produits dont l’impact sur l’environnement est réduit. [34] - Natureplus : label de qualité international pour les produits de construction et d’aménagement et pour un habitat durable. [35] - FSC : il donne la garantie aux produits en bois ou en papier qui proviennent de forêts gérées de manière responsable. [36] - PEFC : label qui garantit que le bois ou le papier provient de forêts gérées durablement. [37] - GUT : écolabel pour tapis, garantit au consommateur d'acheter un produit écologique sans risques pour la santé. [38] La pertinence de chacun des labels est discutable. La figure 12 met en évidence différents aspects qui permettent de discuter de cette pertinence. Figure 12 : Pertinence des labels environnementaux [39]
  37. 37. 38 3.3. Systèmes de certification Il existe deux organismes principaux qui certifient la qualité environnementale d’une construction sur de nombreux chantiers à travers le monde . Il s’agit des organismes BREEAM et LEED. Tous les deux fonctionnent sur une liste de critères à point et octroient un certificat qui reconnait la performance environnementale d’une construction. Figure 13 : Système de certification – LEED [40]- BREEAM [41] 3.4. Outils belges En supplément aux outils européens, certains organismes se sont intéressés à proposer des outils accessibles à quiconque et qui permettent d’effectuer des constructions respectant les exigences environnementales. Les trois outils principaux sont les suivants :  Logiciel BeGlobal [42]: programme réalisé par la PMP, Plate-forme Maison Passive .  Choix des matériaux, Écobilan des parois [24]: travail réalisé par Sophie Trachte et André De Herde au sein de la cellule ‘Architecture et climat’ de l’Université catholique de Louvain, UCL.  Conception de maisons neuves durables [20] : Travail réalisé par Catherine Massart et André De Herde également au sein de la cellule ‘Architecture et climat’ de l’UCL. L’outil qui s’intitule ‘Choix des matériaux de construction, Écobilan des parois’ a été utilisé à différents niveaux comme support de base à la réalisation de ce travail.
  38. 38. 39 3.4.1. Logiciel Be-Global [42] ‘L’outil BeGlobal, développé par la PMP avec différents partenaires, permet de calculer l’ensemble de l’analyse du cycle de vie d’un bâtiment. Il s’agit d’un software open source et gratuit, qui permet la transparence des résultats. Il a été conçu pour offrir au secteur un outil de calcul d’impact environnemental sur tout le cycle de vie dans la conception des bâtiments, en conformité aux normes européennes.’ [42] 3.4.2. « Choix des matériaux, Écobilan des parois » [24] Vu l’impact de cet outil sur ce travail, il est important de présenter ses auteurs et son contenu. Sophie Trachte, diplômée en Architecture en 1998 s’est spécialisée dans l’architecture durable. Elle a réalisé un doctorat dont le titre est le suivant « Matériau, matière d'Architecture Soutenable, Choix responsable des matériaux de construction, vers une conception globale de l'architecture soutenable. » et dont le promoteur était André De Herde. Elle est entrée dans l’organisation de ‘Architecture et climat’ à partir de 2005 et a été consultante pour la société MATRIciel, société de conseils et d’études en architecture durables et techniques spéciales. [43] André De Herde, ingénieur civil architecte. Professeur ordinaire à la Faculté des Sciences Appliquées (Département Architecture) de l'UCL, est également responsable de la cellule ‘Architecture et climat’. Président du "Passive and Low Energy Architecture Network" (PLEA) de 1999 à 2005, membre du Comité Exécutif "Solar Heating and Cooling Program" de l'Agence Internationale de l'Énergie (AIE), membre de comités scientifiques, de congrès internationaux et de concours d'architecture, font de lui un expert dans le domaine de la construction durable. [44] Ce travail est basé sur une constatation relevée par de nombreuses recherches : lorsque l’attention principale dans une construction consiste en la performance énergétique d’un bâtiment, l’énergie économisée dans son utilisation est compensée par l’énergie grise liée à l’utilisation de matériaux de construction. Les auteurs se sont donc intéressés à étudier plusieurs parois types constituant l’enveloppe des bâtiments. Ils apportent un début de réponse sur le choix environnemental des matériaux. Ils offrent aux concepteurs les moyens pratiques leur permettant de réaliser des projets en maintenant un équilibre entre les performances énergétiques à atteindre et les performances environnementales. L’outil est constitué d’une série de fiches comparatives de parois types répondant aux critères « basse énergie ». Plusieurs parois sont analysées : façades, toits, dalles de sol,… Pour chaque type de paroi, trois variantes sont étudiées en parallèle. Différents aspects sont analysés. Les auteurs déterminent d’abord les profils écologiques pour les phases de fabrication, remplacement et élimination. Ils les déterminent par un ensemble de critères, dont l’énergie grise et les matières premières. Ensuite, ils analysent l’utilisation des ressources naturelles et le potentiel de
  39. 39. 40 recyclage. Ils déterminent également les efforts réalisés pour le traitement en fin de vie. L’annexe 2 reprend l’analyse d’une paroi. 3.4.3. « Conception de maisons neuves durables » [20] Il ne s’agit pas d’un travail d’analyse environnementale, mais donne cependant des indications sur la manière de construire en respectant des exigences de durabilité. Cet outil reprend pas à pas l’ensemble des aspects qu’il faut considérer pour créer un bâtiment durable : passif ou basse énergie. Il est à utiliser en parallèle à l’outil développé par Sophie Trachte, Il est articulé autour de trois points principaux : analyse des données d’avant-projet, réalisation du projet et systèmes techniques utilisés. À chaque étape, les auteurs présentent un inventaire des points auxquels il faut faire attention pour concevoir un bâtiment durable. Aucun de ces outils ou travaux n’intègre l’aspect économique. Dans la troisième partie de ce travail est présenté un outil concret qui permet de faire un choix pour les matériaux isolants à utiliser. Avant cela, il est important de s’intéresser aux différentes notions qui sont liées à l’isolation.
  40. 40. 41 Deuxième partie : Approche théorique 4. Les isolants 5. Notions hygrothermiques 6. Mise en œuvre
  41. 41. 42 Partie II : Approche théorique Le premier chapitre a défini les exigences énergétiques et environnementales. Au niveau de la construction, les exigences de performance énergétique des parois extérieures ont été présentées. La priorité a été mise sur la diminution de la consommation d’énergie principalement par l’amélioration de l’isolation thermique des bâtiments. Ce chapitre s’intéresse maintenant à définir la notion d’isolant. Il permet de comprendre leur fonctionnement dans les parois dans lesquelles ils se trouvent. Il propose une base de réflexion indispensable au choix judicieux de ces matériaux. Les notions hygrothermiques sont abordées. Elles permettent de comprendre les problématiques de transfert et de stockage de chaleur et d’humidité dans les parois. Les différents aspects de la mise en œuvre sont finalement définis. Leurs méthodes d’installation sont développées pour les parois suivantes : toiture, façade, dalle de sol, plancher et plafond de parking. Elles correspondent aux applications intervenant dans la base de données créée. 4. Les isolants [26] Un isolant est un matériau qui est important dans la conception de bâtiments et plus particulièrement dans la réalisation de parois extérieures, car il est responsable de leur modulation thermique. Il permet de réduire les déperditions de chaleur en hiver et de protéger contre les surchauffes en été en réduisant le flux de température. Un choix judicieux du matériau permet de diminuer la demande en énergie du bâtiment (chauffage ou refroidissement). Pour comprendre le principe de fonctionnement d’un isolant, il faut analyser les phénomènes de transfert de chaleur. Trois modes de propagation existent [26] [45]:  Conduction : correspond à l’excitation moléculaire de la matière de proche en proche. Le flux thermique se déplace toujours du chaud vers le froid et dépend de la chaleur des parois ainsi que du coefficient de conductivité thermique, λ ;  Convection naturelle : transfert de chaleur entre un fluide et un solide. Il s’effectue également du chaud vers le froid et dépend de la différence de température entre les éléments, de la vitesse de l’air et de la surface de contact ;  Rayonnement : transfert de chaleur à travers un gaz ou le vide. Les molécules agitées émettent un rayonnement électromagnétique qui se propage au travers de la matière en la réchauffant ; Le transfert de chaleur dans les isolants s’effectue par convection, conduction et rayonnement et est illustré dans la figure 14. Les transferts de chaleur surfacique intérieur et extérieur incluent la convection et le rayonnement.
  42. 42. 43 Figure 14 : Transfert surfacique et conductivité thermique dans un isolant [46] La principale caractéristique d’un isolant est sa conductivité thermique, λ. Elle est définie comme étant la quantité de chaleur qui se propage en 1 seconde, à travers 1 m² d’un matériau épais de 1 m, lorsque la différence de température entre les deux faces est de 1 kelvin. Plus la conductivité thermique est faible, meilleure est la capacité d’isolation. Elle est exprimée en W/m/K. Un matériau sera considéré comme isolant lorsque sa valeur sera plus petite ou égale à 0.065 W/m/K [47]. D’autres caractéristiques peuvent également définir les isolants :  Exigences générales : dimensions du produit, esthétique… ;  Résistance : compression, traction et cisaillement ;  Protection contre l’humidité ;  Protection au feu ;  Protection acoustique ;  Protection de la santé ;  Durabilité ;  Rentabilité. Il existe trois familles d’isolants : les minéraux, synthétiques et naturels. Les différents types seront présentés de façon générale dans les points qui suivent. De nombreux rapports réalisés par des experts existent et rassemblent les principaux isolants. Il est judicieux de se référer au ‘Guide des matériaux isolants’ [48] réalisé par les conseils d’architecture, d’urbanisme et de l’environnement de la Haute-Loire, présents dans l’annexe 3, pour découvrir ces matériaux en détail. Une description accompagnée d’une illustration définit en détail les isolants. Les avantages et inconvénients de chaque matériau sont présentés ainsi qu’une information sur leurs caractéristiques techniques et leur coût. Il peut être intéressant pour le lecteur de se référer à ce dossier pour visualiser les matériaux intervenants dans la base de données créée.
  43. 43. 44 4.1. Les matériaux synthétiques [45] [49] Les matériaux synthétiques sont constitués à partir de matières premières issues de l’industrie du pétrole. Ils sont produits par la chimie industrielle. Les différents types de matériaux synthétiques se distinguent entre eux par les matières premières de fabrication et le mode constructif : principalement par extrusion ou expansion. L’expansion est réalisée grâce à des gaz spécifiques. L’objectif est de créer des matériaux incluant un maximum de cellules fermées ou ouvertes contenant de l’air. L'extrusion est un procédé de fabrication mécanique par lequel un matériau compressé est contraint de traverser une filière ayant la section de la pièce à obtenir. La densité ainsi que la quantité de matière première nécessaire permettent également de distinguer les matériaux entre eux. Des adjuvants sont généralement ajoutés aux matières premières pour modifier leur comportement aux feux. Certains dispositifs peuvent aussi être utilisés pour augmenter leur performance acoustique ou mécanique. Certains ont une bonne résistance à la compression. Les principaux matériaux synthétiques sont les suivants : polystyrène expansé, polystyrène extrudé, polyuréthane, polyisocyanurate et mousse phénolique. 4.2. Les matériaux minéraux [45] [49] Comme leur nom l’indique, ils sont constitués à partir de minéraux tels que roches, sables et argile. Les matières premières sont, en principe, renouvelables et présentes en quantité importante. Elles sont toutes transformées par élévation de température. Certaines changent d’état spontanément (vermiculite, perlite et argile). D’autres sont extrudées/pulvérisées et parfois un adjuvant est utilisé et sert de catalyseur de réaction. Bien qu’ils peuvent tous être recyclés, très peu le sont réellement. Le manque de filière et la complexité de la démarche l’en empêchent. Certains sont cependant constitués à partir d’éléments recyclés (verre de pare-brise de voiture). Ils sont les plus couramment employés dans le bâtiment. Ce type de matériau a généralement un bon rapport prix/performance. Ils peuvent se présenter sous différentes formes : rouleaux, panneaux, flocons et vrac. Les principaux matériaux minéraux sont les suivants : laine de verre, laine de roche, verre cellulaire, perlite expansée, vermiculite et argile expansée.
  44. 44. 45 4.3. Les matériaux naturels [45] [49] Il existe deux types de matériaux naturels : ceux à base de végétaux ou ceux d’origine animale. Ces types de matériaux utilisés depuis de nombreuses années dans l’industrie du textile tendent à prendre une place toujours croissante au sein du marché des isolants. Ils présentent de nombreux avantages écologiques et sanitaires, car ils sont efficaces et naturels. Les matériaux à base de végétaux sont principalement produits par assemblage de fibres (lin, chanvre, bois). Ils offrent un bilan carbone très faible. Généralement, les résines naturelles permettent l’assemblage. Dans certains cas, il est cependant nécessaire d’ignifuger les matériaux. Ils permettent de réguler l’humidité présente dans un bâtiment. Les fibres absorbent une certaine quantité tout en gardant ses propriétés mécaniques et, ensuite, la restituent. Ils sont renouvelables à partir du moment où les ressources sont gérées durablement. Ils se présentent sous différentes formes : rouleaux, panneaux ou vrac, en fonction du matériau. Les principaux matériaux qui se trouveront dans la suite de l’étude sont les suivants : fibre de bois, cellulose, liège expansé, fibre de chanvre et fibre de lin. 4.4. Résumé Il est impossible de définir le matériau isolant à utiliser par excellence. Ils présentent chacun, suivant leur origine (synthétique, minéral ou naturel), certains avantages et inconvénients. Ce n’est qu’à partir d’une situation concrète qu’un choix pourra être réalisé en analysant l’ensemble des exigences. Il sera alors possible de déterminer quel matériau mettre en œuvre. Voici un résumé des principaux avantages et inconvénients des trois types d’isolants : Synthétique Minéral Naturel Sain - +/- + Allergène - - + Écologique - +/- + Capacité d’isolation + +/- +/- Isolant acoustique + + + Régulateur hygrométrique - - + Résistance au feu - + - Facile d’utilisation + +/- + Économique + + + Les appréciations de ce tableau sont le résultat de nombreuses lectures et la compilation de plusieurs ouvrages de référence ( [39], [45], [50]).
  45. 45. 46 4.5. Évolution L’innovation dans le domaine des isolants est constante. Des recherches et des tests sont continuellement effectués pour créer de nouveaux matériaux toujours plus performants. L’objectif est de fabriquer des matériaux dont les caractéristiques thermiques sont assez bonnes pour limiter les épaisseurs à mettre en place tout en respectant les impositions thermiques toujours plus exigeantes. Un aperçu des principales évolutions est présenté. Les aérogels ainsi que les panneaux isolants sous vide tendent à remplacer les alvéoles d’air par des alvéoles de gaz moins conductibles ou le vide. Dans les aérogels, le liquide du gel est remplacé par un gaz sans que la structure ne s’effondre. La très bonne résistance à la compression (2000 fois son poids), sa bonne résistance à la chaleur et son excellente performance thermique (0.011 W/m/K) promettent un développement industriel de ce matériau. Figure 15 : Aérogel [51] Les panneaux isolants sous vide sont composés d’un noyau à cellules nanométriques entouré d’une enveloppe étanche à l’air et à l’eau. Le vide est réalisé au sein du matériau et l’enveloppe le protège de l’extérieur. Malgré les inconvénients liés à la pose (ne peut être percé, découpé) et à la difficulté d’assurer la continuité de ce matériau (espace entre deux plaques), l’excellent rapport épaisseur/performance (λ=0.008 W/m/K) encourage les fabricants à développer davantage ce type de matériau. Figure 16 : Panneaux isolants sous vide [52]
  46. 46. 47 Bien que les matériaux synthétiques et minéraux se soient imposés depuis bien longtemps, avec les nouvelles réglementations environnementales et sanitaires, les matériaux naturels reviennent à la mode et tendent à prendre une part de marché de plus en plus importante. En Belgique, les matériaux naturels recommencent à être exploités. Des sociétés, comme Carodec14 et Ecobati15 qui sont spécialisés dans la vente de matériaux naturels ont vu leur activité se développer rapidement ses 10 dernières années. Une jeune société de Fernelmont à l’ambition de devenir un leader du marché dans la fabrication de béton de chanvre. [53] Dans les salons de la construction, de plus en plus de stands vantant les mérites de leurs matériaux naturels sont présents. L’attrait pour ce type de matériau est réel. La découverte faite par Priscilla Simonis, une physicienne de l’université de Namur, pourrait bien apporter une nouvelle réponse à l’évolution de ces matériaux. Elle a réussi à créer une structure aussi performante que la laine minérale avec une épaisseur 10 fois moins importante en se basant sur la composition de la peau d’un ours polaire. [54] 5. Notions hygrothermiques [23] [15] [45] Dans un travail spécifique aux matériaux isolants, il est important de définir les principaux rôles que ces matériaux ont à jouer dans le comportement global des parois dans lesquels ils sont installés. Ce point s’intéresse à définir les principales notions hygrothermiques. L’objectif n’est pas d’être aussi complet qu’un ouvrage de physique du bâtiment, mais plutôt de présenter les notions de base qui permettent d’effectuer un raisonnement cohérent lors d’un choix d’isolants. 5.1. Notions thermiques Aussi bien en été qu’en hiver, l’enveloppe des constructions doit protéger les habitants du climat extérieur. En période estivale, la chaleur extérieure ne doit pas être transmise à l’intérieur de l’habitation au risque de surchauffe. En période hivernale, il s’agit de protéger le volume intérieur pour que règne une température ambiante viable (18-21 °C). Le respect des exigences exposées dans le chapitre précédent permet de créer des parois performantes. Elles sont basées, entre autres, sur différentes notions thermiques qui sont 14 Carodec est une société qui fait partie du groupe BATIGROUP. En plus de promouvoir l’utilisation de matériaux naturels, elle propose des solutions constructives innovantes tenant compte des aspects environnementaux. Elle est présente à Bruxelles et Genval. [83] 15 Ecobati est une société liégeoise précurseur dans la commercialisation de matériaux naturels. Ils sont les plus important importateurs de plusieurs matériaux isolants pour lesquelles ils ont l’exclusivité de la distribution. Il sont présents sur différents marchés (belge, hollandais, français. [84]
  47. 47. 48 expliquées ci-dessous. Ces notions sont importantes pour comprendre le comportement thermique des parois contenant des isolants. Conductivité thermique Elle correspond à la caractéristique principale d’un matériau isolant. Pour rappel, elle équivaut à la quantité de chaleur traversant un m² de matériau d’une épaisseur de 1 m dû au flux de chaleur induit par une différence de 1 °K entre les deux faces. Elle est caractérisée par λ et est exprimée en W/m/K. Plus sa valeur est petite plus le matériau est isolant. L’eau a une conductivité thermique plus élevée que l’air. Il est donc important de protéger les isolants de l’humidité, car elle en diminue leur capacité thermique. Résistance thermique (R) Elle correspond au rapport entre l’épaisseur et la conductivité thermique, , et est exprimée en m²*K/W. Elle permet de déterminer la capacité d’un matériau à freiner le flux de chaleur qui le traverse. Coefficient de transmission surfacique (U) Il correspond à la conductivité thermique pour une paroi. Il est égal à l’inverse de la résistance thermique, , et est exprimé en W/m²/K. La résistance thermique et le coefficient de transmission surfacique, définis ci-dessus, correspondent entre autres aux critères énergétiques imposés16 . Pour répondre aux exigences, les parois doivent présenter certaines valeurs de résistance thermique (R) ou de transmission surfacique (U). Le choix de l’isolant (λ) et de son épaisseur (e) a un rôle primordial à jouer. Ces deux facteurs modifient les résultats des deux formules de calcul du R ou U. Il est judicieux de mettre en œuvre des matériaux dont la valeur de λ est petite ou d’augmenter leur épaisseur. À ces deux notions principales s’ajoute une notion importante, l’inertie thermique à laquelle est lié le principe de déphasage. Elle correspond à la capacité qu’a un matériau à s’opposer à une hausse ou une baisse de température. L’isolation a une influence importante sur l’inertie thermique d’un bâtiment. Un matériau, qui peut emmagasiner une grande quantité de chaleur avant de la restituer, offre une inertie importante au bâtiment. Cette notion liée au principe de déphasage permet de comprendre ses bienfaits au niveau d’une construction. 16 Les exigences ont été définies dans le point 1.3 de la partie I du travail.
  48. 48. 49 Figure 17 : Phénomène de déphasage [24] Le choix judicieux d’un isolant et de son épaisseur permet de diminuer les températures diffusées à l’intérieur des constructions ainsi qu’un certain temps de déphasage. En été, le déphasage optimal est de 12 h. La chaleur accumulée lors de la journée peut être transmise à l’habitation durant la nuit. Il permet d’éviter toute surchauffe du climat intérieur. Certaines caractéristiques comme la capacité thermique, l’effusivité et la diffusivité en sont liées. Capacité thermique Elle correspond à la capacité qu’a un matériau à accumuler de la chaleur en fonction de sa masse. Elle s’exprime en J/kg/K. Effusivité Elle correspond à la vitesse à laquelle la température de surface d’un matériau varie. Plus elle est importante plus la température varie rapidement. Elle s’exprime en J/(m◊ Ks-1/2 ).
  49. 49. 50 Diffusivité Elle correspond à la vitesse à laquelle la température se propage dans le matériau. Plus elle est élevée, plus le matériau s’échauffe et se refroidit rapidement. Elle s’exprime en m²/s. Aussi, la température de surface est une notion à prendre en compte, car elle a une influence sur le confort ressenti par les habitants. En effet, des parois dont la température de surface est plus faible que la température du local donnent une sensation de froid. Figure 18 : Température de parois en fonction de l’épaisseur d’isolant [49] L’objectif final est d’obtenir des parois respectant une certaine valeur de conductivité thermique (U) ou de résistance thermique (R) tout en essayant d’avoir un temps de déphasage important. Il faudra tenir compte de chaque matériau composant les parois pour en déterminer les caractéristiques thermiques globales. De manière générale, les matériaux placés du côté intérieur doivent avoir une capacité thermique élevée pour bénéficier de l’inertie des parois. Les finitions extérieures doivent présenter une faible diffusivité pour éviter tout risque de surchauffe et les finitions intérieures une forte effusivité pour avoir une température de paroi uniforme nécessaire au confort des habitants. 5.2. Notions hygrométriques Un phénomène principal, que la pose des isolants tente d’éviter au maximum, est la condensation superficielle sur une face du complexe qui compose le mur. L’air intérieur chargé d’une certaine quantité de vapeur condense au contact d’une surface froide dans la paroi. Différents problèmes
  50. 50. 51 peuvent surgir comme l’apparition de moisissures, la dégradation des finitions et la dégradation des propriétés des matériaux isolants. Pour comprendre ce phénomène, il y a lieu de détailler le diagramme de Mollier illustré dans la figure 19. Figure 19 : Diagramme de Mollier [55] Les différences de pression qui existent entre l’intérieur et l’extérieur d’une habitation s’équilibrent. En effet, l’air chaud a une plus grande capacité à contenir de la vapeur d’eau que l’air froid et exerce une pression atmosphérique supérieure. Le différentiel de pression intérieur-extérieur pousse l’air chargé de vapeur d’eau à migrer vers l’extérieur pour retrouver un point d’équilibre. Au fur et à mesure qu’il traverse les différents matériaux perméables constituant l’enveloppe, l’air se rapproche de l’extérieur, il se refroidit progressivement et sa capacité de teneur en vapeur d’eau diminue. Si la température de rosée est atteinte, l’air arrive à son taux de saturation de teneur en eau et la vapeur se condense. Différentes stratégies peuvent être mises en place pour empêcher la condensation. Parmi celles-ci, la pose d’isolant permet d’éviter que le point de rosée se situe à l’intérieur de la paroi et ceci pour les deux situations critiques auxquelles sont exposés les bâtiments : - Été : air intérieur moins chaud que celui de l’extérieur -> flux de l’extérieur vers l’intérieur - Hiver : air intérieur plus chaud que celui de l’extérieur -> flux de l’intérieur vers l’extérieur En plus d’une isolation correcte, il y a lieu de mettre en place différents dispositifs pour réguler les infiltrations d’air et de vapeur.
  51. 51. 52 Pare-vapeur ou frein-vapeur: Il est important de dissocier ces deux termes qui sont souvent confondus. Le pare-vapeur empêche toute vapeur de passer à travers, tandis que le frein-vapeur laisse passer le vapeur de manière contrôlée. Ils permettent tous les deux de faire chuter la pression de vapeur d’eau avant la chute de température provoquée par l’isolant. Ils seront toujours posés du côté chaud de la paroi et de façon hermétique. Un simple défaut permet à l’air chaud chargé d’humidité de rentrer en contact avec l’isolant froid et la vapeur de condenser. Une multitude de matériaux peuvent être employés : films en aluminium et/ou plastique, matériaux à base de polyamide ou de cellulose et les panneaux dérivés du bois. Il est généralement plus judicieux d’employer des freins-vapeurs qui permettent un certain séchage de la paroi en cas de défauts de fabrication (raccord non étanche au niveau des murs, câbles ou tuyaux). Il faut toujours garder à l’esprit que s’il existe un risque d’accumulation d’humidité, il faut lui laisser une possibilité de ressortir. Il en est de même pour l’eau de construction. La mise en place d’une ventilation peut être importante. Elle permet d’équilibrer la différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur et d’évacuer une part de vapeur comprise dans l’air intérieur. La perméabilité et la résistance à la diffusion de vapeur sont deux notions liées à ces dispositifs. Elles sont définis respectivement par la quantité de vapeur qui peut traverser le matériau et la résistance que la matériau oppose à la diffusion de la vapeur. Elles interviennent dans le comportement hygrométrique des parois. Étanchéité à l’air Ce dispositif doit être étudié en parallèle à celui de l’étanchéité à la vapeur, car ils sont liés. L’objectif recherché est de limiter le passage de l’air et donc limiter les pertes de chaleur. En effet, une maison bien isolée, mais traversée par de nombreux courants d’air n’offre pas un lieu de vie confortable. Une analyse détaillée du comportement de chaque matériau et du complexe composant le mur permet de déterminer le comportement hygrométrique de la paroi. Certains programmes permettent ce type de calcul et de vérifier que telle paroi à un comportement viable dans toutes les situations. L’outil ISOLIN que la Région wallonne propose permet ce type de calcul. [56] L’annexe 4 illustre différents comportements qui peuvent se produire dans une paroi. 5.3. Synthèse Il est important de comprendre au vu des différentes notions définies ci-dessus que l’installation d’isolant est couplée à un ensemble de dispositifs pour créer un dispositif performant et empêcher entre autres l’apparition de condensation dans la paroi.
  52. 52. 53 Il faut que la température évolue de façon à empêcher la condensation de l’eau. La conductivité thermique devra être la plus faible possible pour parvenir à respecter les exigences de transmission thermique globale des parois. L’inertie thermique de la construction sera analysée de manière à offrir un environnement viable toutes les saisons. Les couches de composition des parois devront être de plus en plus perméables de l’intérieur vers l’extérieur de manière à ce que la vapeur soit évacuée plus vite qu’elle ne rentre dans la paroi. L’étanchéité à l’air devra également être étudiée de manière à limiter les pertes de chaleur. 6. Mise en œuvre Un choix cohérent d’un matériau ne peut s’effectuer sans la connaissance de ses modes de mise en œuvre. Ce point offre une base de réflexion aux différentes possibilités qui peuvent s’appliquer aux isolants. Il présente également les principales règles à leur bonne exécution. Une réflexion sur le choix de la pose de l’isolant (intérieure, extérieure ou répartie) est détaillée. Les différents modes de fixation sont aussi présentés. Enfin, pour les différentes parois intervenant dans la base de données : toiture, façade, dalle de sol plancher et plafond de parking, les principales méthodes de mise en œuvre sont présentées. 6.1. Intérieur ou extérieur [23] [45] [50] Il existe deux méthodes principales de mise en œuvre des isolants. Elle peut s’effectuer par l’intérieur ou l’extérieur. Et, le choix de la méthode pour également varier qu’il s’agisse d’une rénovation ou d’une construction. Les avantages et inconvénients sont présentés ci-dessous. Il est important de comprendre les enjeux de ces techniques de mise en œuvre. Elles ont une influence sur les performances thermiques des bâtiments. Le choix sera dicté par la façon dont seront gérés les ponts thermiques et en tenant compte de l’occupation des locaux.  Isolation par l’extérieur Avantages Inconvénients Très efficace Encombrement + important de l’enveloppe Continuité de l’isolant – Ponts thermiques Mur ou enduit de parement Point de rosée à l’extérieur Structure incluse dans le volume chauffé Inertie thermique importante Mise en œuvre non protégée

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