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Transfert thermique, Isolation.
1
 Quelques rappels théoriques.
Transfert thermique.
Rayonnement
Conduction
Au travers du vide.
Par extension : milieu transparent
Grace à la présence de :
matière immobile
Convection
Grace à la présence de :
matière en déplacement Convection forcée
Convection naturelle
Isolation. Radiateur
Echangeur de chaleur
 Les 3 phénomènes.
Transfert thermique, Isolation.
2
 Conduction.
0 e
x
J J
Mur
1 2
Tp1
Tp2
T(x)
l
 Loi de Fourier
)
( 2
1 P
P T
T
e
J 


l
)
( 2
1 p
P
th
T
T
R
S




 Puissance thermique :
l
e
Rth 
Résistance thermique : Unité : m2 K  W-1
Tp1
Tp4
1 2 3 4
T2
T3
0 e1
x
e2 e3
l1 l2 l3
J J
Mur 3
Mur 2
2 3
3 4
Mur 1
1 2
J
e
e
e
T
T p
p 












3
3
2
2
1
1
4
1
l
l
l
J Flux par unité de surface
Unité : Wm-2 (J > 0)
Unité : W
λ Conductivité thermique
Unité : Wm-1 K-1
λor = 400 Wm-1 K-1 λair = 0.02 Wm-1 K-1
Coef. de
transmission thermique :
e
Uth
l
 Unité : Wm-2 K-1
Transfert thermique, Isolation.
3
 Convection.
Tp
Tm
Fluide
Paroi






S
h
J
h
T
T m
p
 Loi de Newton
Phénomène complexe liant mécanique des fluides et transferts thermiques
On définit un coefficient d’échange thermique : h
Unité : Wm-2 K-1
Tm : température moyenne du fluide au voisinage de la paroi
Tp : température de la paroi
hair calme : 3 Wm-2 K-1 hvapeur d’eau chaude : 5.104 Wm-2 K-1
Transfert thermique, Isolation.
4
 Les matériaux et procédés.
 Bilan des pertes.
Transfert thermique, Isolation.
5
 Ou isoler?  Comment isoler ?
- Par les matériaux
- Par le choix des techniques
 intérieur  extérieur
 répartie
 le type  l’épaisseur
/ la densité
- Par un travail sur les ouvertures
 simple vitrage
 double / triple vitrage
Transfert thermique, Isolation.
6
 Les matériaux.
 La fiche technique.
Norme incendie.
Les classes A1 et A2, A2, A1fl et A2fls1 sont
attribuées aux produits très peu combustibles.
S(1,2,3) pour la production de fumées (s pour
"smoke").
d(0,1,2) pour la chute de gouttes et de débris
enflammés (d pour "drop").
Résistance thermique
Résistance thermique
Epaisseur de l’isolant
Transfert thermique, Isolation.
7
 Les matériaux.
 Qualités d’un isolant.
 Conductivité thermique
 Etanchéité à l'air
 Résistance mécanique (traction et compression)
 Résistance à la diffusion de vapeur d'eau
 Faible absorption d'eau
 Stabilité dimensionnelle
 Comportement à la chaleur
 Résistance au feu
 Qualités acoustiques
 Prix
Transfert thermique, Isolation.
8
 Les matériaux.
 L’épaisseur, la densité.
Transfert thermique, Isolation.
9
Isolant
Sapin
Eau
Neige
Brique
Plot de ciment
Plâtre
Mortier
Molasse
Verre
Acier
Aluminium
Béton
Béton cellulaire
1 10 100 1 000 10 000
Conductivité par rapport à l'air
 Les matériaux.
 La conductibilité relative.
Transfert thermique, Isolation.
10
 Les matériaux.
 Les différents critères de qualité
Applications
Matériau
Pouvoir
isolant
Densité
Résistanmce
au
feu
Résistance
à
la
diffusion
de
vapeur
d'eau

Résistance
à
l'eau
Résistance
à
10%
de
compression
[kPa]
Résistance
à
la
traction
[kPa]
Étanchéité
à
l'air
Résistance
à
la
chaleur
Absorption
acoustique
bruits
de
choc
Absorption
acoustique
bruits
aériens
Laine minérale légère + -- ++ -- 0 -- -- -- + ++
Laine minérale dense ++ - ++ -- 0 0 - -- ++ ++ +
Mousse de verre + + ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ --
Béton cellulaire ++* ++ ++ - - ++ + + ++ --
PUR ++ - 0 - 0 + + 0 ++ - --
Urée Formaldéhyde + -- + -- - -- -- -- 0
PS expansé + -- + + 0 + + 0 0 - --
PS extrudé ++ 0 + ++ + + ++ 0 0 - --
Fibres de bois 0 + 0 0 -- + -- - + + ++
Paille et ciment 0 ++ + 0 -- + 0 - + 0 +
Liège + + + + - + 0 + ++ + -
++ : Très élevé +: élevé 0 : moyen, acceptable - : bas --: très bas
Case vide: ne s'applique pas. D'après "Essais comparatifs", OFQC 1983.
PUR : Polyuréthane
PS :Polystyrène
Transfert thermique, Isolation.
11
 Les matériaux.
Transfert thermique, Isolation.
12
 Les matériaux.
 Les fibres minérales.
 Fibre de verre (ISOVER)
 Laine de roche (ROCKWOOL, FLUMROC)
 Fibres obtenues par filage de verre plus ou moins pur,
liée avec une colle (bakélite)
 Bonne résistance au feu
 Peu hygroscopique
 Absorption acoustique
 Résistance mécanique nulle à basse
densité, moyenne à haute densité
Transfert thermique, Isolation.
13
 Les matériaux.
 Mousses minérales.
 Mousse de verre (FOAMGLAS)
 Cuisson d’un « cake » de verre
 Bonne résistance à la compression
 Etanche à l’eau et à la vapeur d’eau
 Cher
Transfert thermique, Isolation.
14
 Les matériaux.
 Les polystyrènes.
 Polystyrène expansé
 Usage général
 Résistance mécanique médiocre
 Polystyrène extrudé
 Usage spécifique pour toitures inversées
et isolation enterrée
 Bonne résistance aux intempéries,
notamment à l’eau
 Résistance mécanique supérieure
 Plus cher que le PS expansé
Transfert thermique, Isolation.
15
 Les matériaux.
 Mousses minérales.
 Béton cellulaire (YTONG)
 Mortier à la poudre d’aluminium, autoclavé
 Pouvoir isolant (épaisseur > 24cm)
 Bonne résistance mécanique
 Parois et dalles homogènes,
éléments légers
 Sensible à l’eau, au gel si humide
Transfert thermique, Isolation.
16
 Les matériaux.
 Les fibres naturelles.
 Laine, coton, cellulose, paille, coco, chanvre, bois dense
 Cellulose (papier recyclé) injectée
 Emploi marginal, connotation écologique
 Absorption acoustique
 Faible résistance au feu, à l’humidité
et aux agents biologiques
Transfert thermique, Isolation.
17
 Les matériaux.
 Fibre de bois léger
 Isolants ligneux
 Paille agglomérée
 Bonne résistance mécanique
 Faible résistance à l’humidité (pourriture)
 Liège
 Bonne résistance mécanique
 Résistance à l’humidité médiocre
 Certaine résistance au feu
Transfert thermique, Isolation.
18
 Les techniques d’isolation.
 Pour chaque type de construction :
- plusieurs techniques
 Pour chaque matériau :
- des techniques différentes.
 Des solutions multi-formes
Transfert thermique, Isolation.
19
 Les techniques d’isolation.
 Les grands principes : isolation intérieure.
- Pas de modification extérieure
- Coût relativement peu élevé
- Diminution
des surfaces habitables
- Problème des ponts thermiques
Transfert thermique, Isolation.
20
 Les techniques d’isolation.
 Les grands principes : isolation intérieure.
L’isolant est derrière une
contre-cloison maçonnée ou
sur ossature
Les panneaux composites
ou complexes de doublage
Transfert thermique, Isolation.
21
 Les techniques d’isolation.
 Les grands principes : isolation extérieure.
- Traiter un grand nombre
de ponts thermiques
- Ne pas modifier
les surfaces habitables
- Protéger les murs contre
les variations climatiques
- Cout plus élevé que
l’isolation intérieure
- Modification de l’aspect extérieur
déclaration de travaux
/ permis de construire
Transfert thermique, Isolation.
22
 Les techniques d’isolation.
 Les grands principes : isolation extérieure.
 L’enduit mince sur isolant.
- Isolant collé sur le mur
- Un enduit spécifique est posé sur l’isolant.
(Polystyrène expansé.)
 L’enduit hydraulique sur isolant.
- Isolant collé sur le mur
- Un enduit hydraulique est projeté sur l’isolant.
(Mortier)
 Les parements sur isolants.
- Isolant fixé au support
- Sur l’isolant est fixé pierres minces, dalles…
Transfert thermique, Isolation.
23
 Les techniques d’isolation.
 Les grands principes : isolation répartie.
- Gain de temps dans la mise en œuvre
(1 seul produit)
- Réduit les ponts thermiques
- Améliore le confort thermique
- Mono mur en terre cuite
- Bloc et panneaux de béton célulaire
Transfert thermique, Isolation.
24
 Les techniques d’isolation.
 Le bilan.
Isolation
crépie
Isolation
intérieure
Intérieur
Paroi
double
Extérieur
Panneau
léger
Transfert thermique, Isolation.
25
 Les techniques d’isolation.
 Toiture, dalle, toit-terrasse.
- Les combles perdus
- Les combles habitables
/ aménageables
- Les toitures-terrasses
Cette isolation est
la plus rentable.
Transfert thermique, Isolation.
26
 Les techniques d’isolation.
 Toiture, dalle, toit-terrasse.
 Toiture plate : sans protection
 Toiture plate : avec protection
 Toiture inversée
 Dalle, planchers
Transfert thermique, Isolation.
27
 Parois ventilées
 Les techniques d’isolation.
 Toiture, dalle, toit-terrasse.
I
n
t
é
r
i
e
u
r
E
x
t
é
r
i
e
u
r
I
n
t
é
r
i
e
u
r
E
x
t
é
r
i
e
u
r
Transfert thermique, Isolation.
28
 Le pont thermique
 La cause :
Transfert thermique, Isolation.
29
 Le pont thermique
 La cause :
 Discontinuité dans l'isolation thermique
de l'enveloppe du bâtiment
 Ponts thermiques géométriques angles, coins
 Ponts thermiques matériels
balcons, fixations, cadres si isolation extérieure
dalles, murs intérieurs si isolation intérieure
Transfert thermique, Isolation.
30
 Le pont thermique
 Les effets :
 Déperditions d'énergie
 Abaissement de la température superficielle intérieure
Condensations
Moisissures (odeurs, allergies)
Taches, coulures
Transfert thermique, Isolation.
31
 Le pont thermique
 Les effets :
0
20
40
60
80
100
120
140
0 5 10 15 20
Epaisseur d'isolant [cm]
Déperditions
[W/m]
Sans pont thermique
Avec pont thermique
Transfert thermique, Isolation.
32
Chaud
Froid
Froid
Chaud
Froid
Chaud
Allonger Chauffer Diviser



 Le pont thermique
 Les solutions :
Transfert thermique, Isolation.
33
 Le cout.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
Laine de pierre
Laine de verre
Polystyrène
Polyuréthane
Bois de construction
Brique thermique
Brique module
Epaisseur optimale [m]
Energétique
Financière
Transfert thermique, Isolation.
34
 Le cout.
0 50 100 150 200 250 300 350
Laine de pierre
Laine de verre
Polystyrène
Polyuréthane
Bois de construction
Brique thermique
Brique module
Coût [Fr/m²]
Construction
Entretien
[€/(1,40.m²)]
Transfert thermique, Isolation.
35
 Les ouvertures en général.
Cadre
Raccord
mur-cadre
Bord des vitrages
isolants
Vitre
Ouverture
Cadre Vitrage
Cadre : Châssis
Transfert thermique, Isolation.
36
 Les ouvertures : le vitrage.
Vitrage
simple
Double
vitrage
Vitrage
isolant
Fenêtre
double
Transfert thermique, Isolation.
37
 Les ouvertures : le vitrage, quels phénomènes ?
 Conduction.  Convection.
 Rayonnement
Transfert thermique, Isolation.
38
 Le rayonnement.
4
T
S 



 

 Puissance émise par une source :
Unité : W
Rayonnement
global g q s
transmis
Rayonnement
transmis 
qs
directement
Rayonnement
absorbé 
qs
Rayonnement
solaire incident qs
Angle
d'incidence i
Rayonnement
réfléchi qs
Transmission
secondaire
 Le rayonnement solaire sur un vitrage.
Transfert thermique, Isolation.
39
 Technique .
Type de vitrage Uv gp gg Fr
Vitrage simple VS 5,6 0,82 0,84 0,9
Vitrage simple VS, avec couche sélective IR 4,3 0,66 0,69 0,73
Double vitrage (DV) avec air sec 2,9 0,69 0,75 0,81
Double vitrage (DV) avec argon 2,7 0,69 0,75 0,73
Double fenêtre (2 SV) 2,7 0,69 0,75 0,81
DV avec couche sélective et air sec 1,6 0,62 0,67 0,78
DV avec couche sélective et argon 1,3 0,62 0,67 0,7
DV avec couche sélective et xénon 0,9 0,58 0,63 0,76
Double, double vitrage DV 1,5 0,59 0,53 0,66
Triple vitrage (TV) avec air sec 2 0,62 0,7 0,74
Triple vitrage (TV) avec argon 1,9 0,62 0,7 0,71
TV avec 2 couches sélectives et air sec 1,1 0,43 0,5 0,68
TV avec 2 couches sélectives et argon 0,9 0,43 0,5 0,56
TV avec 2 couches sélectives et xénon 0,4 0,42 0,48 0,64
Pavé de verre 3 0,6 0,65 0,75
gp : coefficient de
transmission global pour
le rayonnement solaire
perpendiculaire au
vitrage
gp : idem, pour le
rayonnement solaire
global, climat européen.
Fr : facteur de réflexion.
Transfert thermique, Isolation.
40
Pour aller plus loin:
Quelques notions théoriques.
Transfert thermique, Isolation.
41
 La conduction.
- Résultat de la différence d’énergie entre deux milieux en contact
- La conduction s’effectue sans mouvement de matière.
T
grad
J .
l



J

 Loi de Fourier
J Flux par unité de surface
Unité : Wm-2
λ Conductivité thermique
Unité : Wm-1 K-1
T Température
Unité : K
(J > 0)
- Pour une surface S, le flux transféré (puissance thermique) est par :
S
J 


 Puissance thermique.
Unité : W
dt
dQ


Q Chaleur transférée.
Unité : J
λor = 400 Wm-1 K-1 λair = 0.02 Wm-1 K-1
Transfert thermique, Isolation.
42
 Cas d’un mur simple.
Hypothèses : - Pas de source interne de chaleur
- Toute la surface à la même température
- Régime permanent et propagation unidirectionnelle
0 e
x
J J
Mur
1 2
Tp1
Tp2
T(x)
l
x
T
J




 l
 Loi de Fourier
)
( 2
1 P
P T
T
e
J 


l
J
e
T
T p
p 


l
2
1

)
( 2
1 p
P
th
T
T
R
S




Puissance thermique :
l
e
Rth 
On définit la résistance thermique par :
Unité : m2 K  W-1
Transfert thermique, Isolation.
43
 Cas de murs « multiples ».
Hypothèses : - Pas de source interne de chaleur
- Toute la surface à la même température
- Régime permanent et propagation unidirectionnelle
x
T
J




 l
 Loi de Fourier
J
e
T
Tp 


1
1
2
1
l
J
e
T
T 


2
2
3
2
l
J
e
T
T p 


3
3
4
3
l
Tp1
Tp4
1 2 3 4
T2
T3
0 e1
x
e2 e3
l1 l2 l3
J J
J
e
e
e
T
T p
p 












3
3
2
2
1
1
4
1
l
l
l
  J
R
R
R
T
T th
th
th
p
p 



 3
2
1
4
1
Mur 3
Mur 2
2 3
3 4
Mur 1
1 2
Transfert thermique, Isolation.
44
 Cas de murs « multiples ».
Entre deux « solides », la frontière commune peut être :
- A contact parfait.  Etude précédente.
- A contact imparfait.
L’interface se comporte comme un milieu isotrope.
- Conductivité thermique
Elle possède :
- Résistance thermique
C
C
e
R
l

Unité : m2 K  W-1
Unité : Wm-1 K-1
λC






S
R
J
R
T
T C
C
)
( 2
1 


Tp1
Tp2
J J

0 e1
x
e2
Transfert thermique, Isolation.
45
 La convection.
- Etude globale.
Phénomène complexe liant mécanique des fluides et transferts thermiques
On définit un coefficient d’échange thermique : h
Unité : Wm-2 K-1
Tp
Tm
Fluide
Paroi 





S
h
J
h
T
T m
p
Tm : température moyenne du fluide au voisinage de la paroi
Tp : température de la paroi
hair calme : 3 Wm-2 K-1 hvapeur d’eau chaude : 5.104 Wm-2 K-1
 Loi de Newton
Transfert thermique, Isolation.
46
 Bilan global pour un mur simple.
Hypothèses : - Pas de source interne de chaleur
- Toute la surface à la même température
- Régime permanent et propagation unidirectionnelle
J
h
T
T p
m 


1
1
1
1
J
e
T
T p
p 


2
2
2
1
l
J
h
T
T m
p 


2
2
2
1
J
h
e
h
T
T m
m













3
2
2
1
2
1
1
1
l
  J
R
R
R
T
T C
th
C
m
m 



 3
2
1
2
1
Rth2
RC1 RC2
0 e
x
J J
Mur
1 2
Tp1
Tp2
T(x)
l
Tm1
Tm2
h1 h2
Fluide 1 Fluide 2
Conduction
Convection
Convection
Transfert thermique, Isolation.
47
 Le rayonnement.
 Flux d’une source :
 Source de puissance émise par une source.
 Emittance d’une source (monochromatique : λ) :
S
d
d
M l
l



Unité : W
 Puissance émise par la source.
 Transfert de chaleur par rayonnement :
4
T
M 

 


Unité : Wm-2
Unité : Wm-2
- constante de Stefan-Boltzmann :  = 5,6703 . 10-8 Wm-2K-4
- ε : émissivité (facteur d’absorption ou d’émission de la surface émettrice)
coefficient sans unité (1 pour un corps noir)
- T : température du corps (K)
Transfert thermique, Isolation.
48
Corps noir à 5800 K
Rayonnement solaire
aux confins de l'atmosphère
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Energie
[kW/(m²·µ)]
0
0,5
1,0
1,5
2,0
-
-
-
Longueur d'onde [µm]
visible
UV IR
Ciel serein, soleil à 30°
au-dessus de l'horizon
Rayonnement solaire
au niveau de la mer.
-
-
 Le rayonnement solaire.
Sahara sud 2000
kWhm-²
Zermatt 1480 kWh m-²
Transfert thermique, Isolation.
49
 Le rayonnement solaire sur un vitrage.
Rayonnement
global g q s
transmis
Rayonnement
transmis 
qs
directement
Rayonnement
absorbé 
qs
Rayonnement
solaire incident qs
Angle
d'incidence i
Rayonnement
réfléchi qs
Transmission
secondaire

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  • 1. Transfert thermique, Isolation. 1  Quelques rappels théoriques. Transfert thermique. Rayonnement Conduction Au travers du vide. Par extension : milieu transparent Grace à la présence de : matière immobile Convection Grace à la présence de : matière en déplacement Convection forcée Convection naturelle Isolation. Radiateur Echangeur de chaleur  Les 3 phénomènes.
  • 2. Transfert thermique, Isolation. 2  Conduction. 0 e x J J Mur 1 2 Tp1 Tp2 T(x) l  Loi de Fourier ) ( 2 1 P P T T e J    l ) ( 2 1 p P th T T R S      Puissance thermique : l e Rth  Résistance thermique : Unité : m2 K  W-1 Tp1 Tp4 1 2 3 4 T2 T3 0 e1 x e2 e3 l1 l2 l3 J J Mur 3 Mur 2 2 3 3 4 Mur 1 1 2 J e e e T T p p              3 3 2 2 1 1 4 1 l l l J Flux par unité de surface Unité : Wm-2 (J > 0) Unité : W λ Conductivité thermique Unité : Wm-1 K-1 λor = 400 Wm-1 K-1 λair = 0.02 Wm-1 K-1 Coef. de transmission thermique : e Uth l  Unité : Wm-2 K-1
  • 3. Transfert thermique, Isolation. 3  Convection. Tp Tm Fluide Paroi       S h J h T T m p  Loi de Newton Phénomène complexe liant mécanique des fluides et transferts thermiques On définit un coefficient d’échange thermique : h Unité : Wm-2 K-1 Tm : température moyenne du fluide au voisinage de la paroi Tp : température de la paroi hair calme : 3 Wm-2 K-1 hvapeur d’eau chaude : 5.104 Wm-2 K-1
  • 4. Transfert thermique, Isolation. 4  Les matériaux et procédés.  Bilan des pertes.
  • 5. Transfert thermique, Isolation. 5  Ou isoler?  Comment isoler ? - Par les matériaux - Par le choix des techniques  intérieur  extérieur  répartie  le type  l’épaisseur / la densité - Par un travail sur les ouvertures  simple vitrage  double / triple vitrage
  • 6. Transfert thermique, Isolation. 6  Les matériaux.  La fiche technique. Norme incendie. Les classes A1 et A2, A2, A1fl et A2fls1 sont attribuées aux produits très peu combustibles. S(1,2,3) pour la production de fumées (s pour "smoke"). d(0,1,2) pour la chute de gouttes et de débris enflammés (d pour "drop"). Résistance thermique Résistance thermique Epaisseur de l’isolant
  • 7. Transfert thermique, Isolation. 7  Les matériaux.  Qualités d’un isolant.  Conductivité thermique  Etanchéité à l'air  Résistance mécanique (traction et compression)  Résistance à la diffusion de vapeur d'eau  Faible absorption d'eau  Stabilité dimensionnelle  Comportement à la chaleur  Résistance au feu  Qualités acoustiques  Prix
  • 8. Transfert thermique, Isolation. 8  Les matériaux.  L’épaisseur, la densité.
  • 9. Transfert thermique, Isolation. 9 Isolant Sapin Eau Neige Brique Plot de ciment Plâtre Mortier Molasse Verre Acier Aluminium Béton Béton cellulaire 1 10 100 1 000 10 000 Conductivité par rapport à l'air  Les matériaux.  La conductibilité relative.
  • 10. Transfert thermique, Isolation. 10  Les matériaux.  Les différents critères de qualité Applications Matériau Pouvoir isolant Densité Résistanmce au feu Résistance à la diffusion de vapeur d'eau  Résistance à l'eau Résistance à 10% de compression [kPa] Résistance à la traction [kPa] Étanchéité à l'air Résistance à la chaleur Absorption acoustique bruits de choc Absorption acoustique bruits aériens Laine minérale légère + -- ++ -- 0 -- -- -- + ++ Laine minérale dense ++ - ++ -- 0 0 - -- ++ ++ + Mousse de verre + + ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ -- Béton cellulaire ++* ++ ++ - - ++ + + ++ -- PUR ++ - 0 - 0 + + 0 ++ - -- Urée Formaldéhyde + -- + -- - -- -- -- 0 PS expansé + -- + + 0 + + 0 0 - -- PS extrudé ++ 0 + ++ + + ++ 0 0 - -- Fibres de bois 0 + 0 0 -- + -- - + + ++ Paille et ciment 0 ++ + 0 -- + 0 - + 0 + Liège + + + + - + 0 + ++ + - ++ : Très élevé +: élevé 0 : moyen, acceptable - : bas --: très bas Case vide: ne s'applique pas. D'après "Essais comparatifs", OFQC 1983. PUR : Polyuréthane PS :Polystyrène
  • 12. Transfert thermique, Isolation. 12  Les matériaux.  Les fibres minérales.  Fibre de verre (ISOVER)  Laine de roche (ROCKWOOL, FLUMROC)  Fibres obtenues par filage de verre plus ou moins pur, liée avec une colle (bakélite)  Bonne résistance au feu  Peu hygroscopique  Absorption acoustique  Résistance mécanique nulle à basse densité, moyenne à haute densité
  • 13. Transfert thermique, Isolation. 13  Les matériaux.  Mousses minérales.  Mousse de verre (FOAMGLAS)  Cuisson d’un « cake » de verre  Bonne résistance à la compression  Etanche à l’eau et à la vapeur d’eau  Cher
  • 14. Transfert thermique, Isolation. 14  Les matériaux.  Les polystyrènes.  Polystyrène expansé  Usage général  Résistance mécanique médiocre  Polystyrène extrudé  Usage spécifique pour toitures inversées et isolation enterrée  Bonne résistance aux intempéries, notamment à l’eau  Résistance mécanique supérieure  Plus cher que le PS expansé
  • 15. Transfert thermique, Isolation. 15  Les matériaux.  Mousses minérales.  Béton cellulaire (YTONG)  Mortier à la poudre d’aluminium, autoclavé  Pouvoir isolant (épaisseur > 24cm)  Bonne résistance mécanique  Parois et dalles homogènes, éléments légers  Sensible à l’eau, au gel si humide
  • 16. Transfert thermique, Isolation. 16  Les matériaux.  Les fibres naturelles.  Laine, coton, cellulose, paille, coco, chanvre, bois dense  Cellulose (papier recyclé) injectée  Emploi marginal, connotation écologique  Absorption acoustique  Faible résistance au feu, à l’humidité et aux agents biologiques
  • 17. Transfert thermique, Isolation. 17  Les matériaux.  Fibre de bois léger  Isolants ligneux  Paille agglomérée  Bonne résistance mécanique  Faible résistance à l’humidité (pourriture)  Liège  Bonne résistance mécanique  Résistance à l’humidité médiocre  Certaine résistance au feu
  • 18. Transfert thermique, Isolation. 18  Les techniques d’isolation.  Pour chaque type de construction : - plusieurs techniques  Pour chaque matériau : - des techniques différentes.  Des solutions multi-formes
  • 19. Transfert thermique, Isolation. 19  Les techniques d’isolation.  Les grands principes : isolation intérieure. - Pas de modification extérieure - Coût relativement peu élevé - Diminution des surfaces habitables - Problème des ponts thermiques
  • 20. Transfert thermique, Isolation. 20  Les techniques d’isolation.  Les grands principes : isolation intérieure. L’isolant est derrière une contre-cloison maçonnée ou sur ossature Les panneaux composites ou complexes de doublage
  • 21. Transfert thermique, Isolation. 21  Les techniques d’isolation.  Les grands principes : isolation extérieure. - Traiter un grand nombre de ponts thermiques - Ne pas modifier les surfaces habitables - Protéger les murs contre les variations climatiques - Cout plus élevé que l’isolation intérieure - Modification de l’aspect extérieur déclaration de travaux / permis de construire
  • 22. Transfert thermique, Isolation. 22  Les techniques d’isolation.  Les grands principes : isolation extérieure.  L’enduit mince sur isolant. - Isolant collé sur le mur - Un enduit spécifique est posé sur l’isolant. (Polystyrène expansé.)  L’enduit hydraulique sur isolant. - Isolant collé sur le mur - Un enduit hydraulique est projeté sur l’isolant. (Mortier)  Les parements sur isolants. - Isolant fixé au support - Sur l’isolant est fixé pierres minces, dalles…
  • 23. Transfert thermique, Isolation. 23  Les techniques d’isolation.  Les grands principes : isolation répartie. - Gain de temps dans la mise en œuvre (1 seul produit) - Réduit les ponts thermiques - Améliore le confort thermique - Mono mur en terre cuite - Bloc et panneaux de béton célulaire
  • 24. Transfert thermique, Isolation. 24  Les techniques d’isolation.  Le bilan. Isolation crépie Isolation intérieure Intérieur Paroi double Extérieur Panneau léger
  • 25. Transfert thermique, Isolation. 25  Les techniques d’isolation.  Toiture, dalle, toit-terrasse. - Les combles perdus - Les combles habitables / aménageables - Les toitures-terrasses Cette isolation est la plus rentable.
  • 26. Transfert thermique, Isolation. 26  Les techniques d’isolation.  Toiture, dalle, toit-terrasse.  Toiture plate : sans protection  Toiture plate : avec protection  Toiture inversée  Dalle, planchers
  • 27. Transfert thermique, Isolation. 27  Parois ventilées  Les techniques d’isolation.  Toiture, dalle, toit-terrasse. I n t é r i e u r E x t é r i e u r I n t é r i e u r E x t é r i e u r
  • 28. Transfert thermique, Isolation. 28  Le pont thermique  La cause :
  • 29. Transfert thermique, Isolation. 29  Le pont thermique  La cause :  Discontinuité dans l'isolation thermique de l'enveloppe du bâtiment  Ponts thermiques géométriques angles, coins  Ponts thermiques matériels balcons, fixations, cadres si isolation extérieure dalles, murs intérieurs si isolation intérieure
  • 30. Transfert thermique, Isolation. 30  Le pont thermique  Les effets :  Déperditions d'énergie  Abaissement de la température superficielle intérieure Condensations Moisissures (odeurs, allergies) Taches, coulures
  • 31. Transfert thermique, Isolation. 31  Le pont thermique  Les effets : 0 20 40 60 80 100 120 140 0 5 10 15 20 Epaisseur d'isolant [cm] Déperditions [W/m] Sans pont thermique Avec pont thermique
  • 32. Transfert thermique, Isolation. 32 Chaud Froid Froid Chaud Froid Chaud Allonger Chauffer Diviser     Le pont thermique  Les solutions :
  • 33. Transfert thermique, Isolation. 33  Le cout. 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 Laine de pierre Laine de verre Polystyrène Polyuréthane Bois de construction Brique thermique Brique module Epaisseur optimale [m] Energétique Financière
  • 34. Transfert thermique, Isolation. 34  Le cout. 0 50 100 150 200 250 300 350 Laine de pierre Laine de verre Polystyrène Polyuréthane Bois de construction Brique thermique Brique module Coût [Fr/m²] Construction Entretien [€/(1,40.m²)]
  • 35. Transfert thermique, Isolation. 35  Les ouvertures en général. Cadre Raccord mur-cadre Bord des vitrages isolants Vitre Ouverture Cadre Vitrage Cadre : Châssis
  • 36. Transfert thermique, Isolation. 36  Les ouvertures : le vitrage. Vitrage simple Double vitrage Vitrage isolant Fenêtre double
  • 37. Transfert thermique, Isolation. 37  Les ouvertures : le vitrage, quels phénomènes ?  Conduction.  Convection.  Rayonnement
  • 38. Transfert thermique, Isolation. 38  Le rayonnement. 4 T S         Puissance émise par une source : Unité : W Rayonnement global g q s transmis Rayonnement transmis  qs directement Rayonnement absorbé  qs Rayonnement solaire incident qs Angle d'incidence i Rayonnement réfléchi qs Transmission secondaire  Le rayonnement solaire sur un vitrage.
  • 39. Transfert thermique, Isolation. 39  Technique . Type de vitrage Uv gp gg Fr Vitrage simple VS 5,6 0,82 0,84 0,9 Vitrage simple VS, avec couche sélective IR 4,3 0,66 0,69 0,73 Double vitrage (DV) avec air sec 2,9 0,69 0,75 0,81 Double vitrage (DV) avec argon 2,7 0,69 0,75 0,73 Double fenêtre (2 SV) 2,7 0,69 0,75 0,81 DV avec couche sélective et air sec 1,6 0,62 0,67 0,78 DV avec couche sélective et argon 1,3 0,62 0,67 0,7 DV avec couche sélective et xénon 0,9 0,58 0,63 0,76 Double, double vitrage DV 1,5 0,59 0,53 0,66 Triple vitrage (TV) avec air sec 2 0,62 0,7 0,74 Triple vitrage (TV) avec argon 1,9 0,62 0,7 0,71 TV avec 2 couches sélectives et air sec 1,1 0,43 0,5 0,68 TV avec 2 couches sélectives et argon 0,9 0,43 0,5 0,56 TV avec 2 couches sélectives et xénon 0,4 0,42 0,48 0,64 Pavé de verre 3 0,6 0,65 0,75 gp : coefficient de transmission global pour le rayonnement solaire perpendiculaire au vitrage gp : idem, pour le rayonnement solaire global, climat européen. Fr : facteur de réflexion.
  • 40. Transfert thermique, Isolation. 40 Pour aller plus loin: Quelques notions théoriques.
  • 41. Transfert thermique, Isolation. 41  La conduction. - Résultat de la différence d’énergie entre deux milieux en contact - La conduction s’effectue sans mouvement de matière. T grad J . l    J   Loi de Fourier J Flux par unité de surface Unité : Wm-2 λ Conductivité thermique Unité : Wm-1 K-1 T Température Unité : K (J > 0) - Pour une surface S, le flux transféré (puissance thermique) est par : S J     Puissance thermique. Unité : W dt dQ   Q Chaleur transférée. Unité : J λor = 400 Wm-1 K-1 λair = 0.02 Wm-1 K-1
  • 42. Transfert thermique, Isolation. 42  Cas d’un mur simple. Hypothèses : - Pas de source interne de chaleur - Toute la surface à la même température - Régime permanent et propagation unidirectionnelle 0 e x J J Mur 1 2 Tp1 Tp2 T(x) l x T J      l  Loi de Fourier ) ( 2 1 P P T T e J    l J e T T p p    l 2 1  ) ( 2 1 p P th T T R S     Puissance thermique : l e Rth  On définit la résistance thermique par : Unité : m2 K  W-1
  • 43. Transfert thermique, Isolation. 43  Cas de murs « multiples ». Hypothèses : - Pas de source interne de chaleur - Toute la surface à la même température - Régime permanent et propagation unidirectionnelle x T J      l  Loi de Fourier J e T Tp    1 1 2 1 l J e T T    2 2 3 2 l J e T T p    3 3 4 3 l Tp1 Tp4 1 2 3 4 T2 T3 0 e1 x e2 e3 l1 l2 l3 J J J e e e T T p p              3 3 2 2 1 1 4 1 l l l   J R R R T T th th th p p      3 2 1 4 1 Mur 3 Mur 2 2 3 3 4 Mur 1 1 2
  • 44. Transfert thermique, Isolation. 44  Cas de murs « multiples ». Entre deux « solides », la frontière commune peut être : - A contact parfait.  Etude précédente. - A contact imparfait. L’interface se comporte comme un milieu isotrope. - Conductivité thermique Elle possède : - Résistance thermique C C e R l  Unité : m2 K  W-1 Unité : Wm-1 K-1 λC       S R J R T T C C ) ( 2 1    Tp1 Tp2 J J  0 e1 x e2
  • 45. Transfert thermique, Isolation. 45  La convection. - Etude globale. Phénomène complexe liant mécanique des fluides et transferts thermiques On définit un coefficient d’échange thermique : h Unité : Wm-2 K-1 Tp Tm Fluide Paroi       S h J h T T m p Tm : température moyenne du fluide au voisinage de la paroi Tp : température de la paroi hair calme : 3 Wm-2 K-1 hvapeur d’eau chaude : 5.104 Wm-2 K-1  Loi de Newton
  • 46. Transfert thermique, Isolation. 46  Bilan global pour un mur simple. Hypothèses : - Pas de source interne de chaleur - Toute la surface à la même température - Régime permanent et propagation unidirectionnelle J h T T p m    1 1 1 1 J e T T p p    2 2 2 1 l J h T T m p    2 2 2 1 J h e h T T m m              3 2 2 1 2 1 1 1 l   J R R R T T C th C m m      3 2 1 2 1 Rth2 RC1 RC2 0 e x J J Mur 1 2 Tp1 Tp2 T(x) l Tm1 Tm2 h1 h2 Fluide 1 Fluide 2 Conduction Convection Convection
  • 47. Transfert thermique, Isolation. 47  Le rayonnement.  Flux d’une source :  Source de puissance émise par une source.  Emittance d’une source (monochromatique : λ) : S d d M l l    Unité : W  Puissance émise par la source.  Transfert de chaleur par rayonnement : 4 T M       Unité : Wm-2 Unité : Wm-2 - constante de Stefan-Boltzmann :  = 5,6703 . 10-8 Wm-2K-4 - ε : émissivité (facteur d’absorption ou d’émission de la surface émettrice) coefficient sans unité (1 pour un corps noir) - T : température du corps (K)
  • 48. Transfert thermique, Isolation. 48 Corps noir à 5800 K Rayonnement solaire aux confins de l'atmosphère 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Energie [kW/(m²·µ)] 0 0,5 1,0 1,5 2,0 - - - Longueur d'onde [µm] visible UV IR Ciel serein, soleil à 30° au-dessus de l'horizon Rayonnement solaire au niveau de la mer. - -  Le rayonnement solaire. Sahara sud 2000 kWhm-² Zermatt 1480 kWh m-²
  • 49. Transfert thermique, Isolation. 49  Le rayonnement solaire sur un vitrage. Rayonnement global g q s transmis Rayonnement transmis  qs directement Rayonnement absorbé  qs Rayonnement solaire incident qs Angle d'incidence i Rayonnement réfléchi qs Transmission secondaire