Q4uelques remarques sur l’étan50chéité à l’air des bâtiments

Précédemment, je m’étais permis un petit billet critique sur la RT2012. Quoique cela n’en soit pas l’objectif, celui-ci risque de souligner encore quelques uns des défauts de cette réglementation thermique pas tout à fait terminée mais déjà à appliquer.

En hiver, un bâtiment se refroidit, et c’est bien d’ailleurs pour cela qu’on le chauffe : pour éviter qu’il ne devienne trop froid. Il n’y a finalement que 2 voies de refroidissement : les parois et l’air. Passons sur le cas des parois, intéressons-nous à l’air.

Pour assurer la survie de ces occupants, un bâtiment « respire ». À tout moment, on veille à évacuer l’air vicié et à faire entrer de l’air « neuf », de l' »air frais ». Frais, voilà le souci. L’air qui pénètre à l’intérieur du bâtiment est généralement plus frais que l’ambiance intérieure, il tend donc à refroidir l’ambiance intérieure.

Cet air « frais » peut entrer dans le bâtiment soit de façon contrôlé (on veut s’assurer de la quantité et de la qualité) soit par l’intermédiaire d’infiltrations parasites.

Si on prend le cas d’une maison récente, l’air contrôlé provient des bouches, généralement positionnées sur les menuiseries, pour être ensuite évacué par la VMC des pièces humides. Dès lors, il se crée en permanence un appel d’air par dépression qui assure le renouvellement hygiénique de ce gaz indispensable à la vie.

Mais d’où viennent les infiltrations ? D’un peu partout à travers l’enveloppe de votre bâtiment. À la façon d’une chambre à air percée, cela fuit de toutes parts et de l’air échappant à votre contrôle pénètre ou s’enfuit de votre maison.

Est-ce grave docteur ? Hé bien, c’est ennuyeux sur au moins deux points :

  • ces infiltrations refroidissent le bâtiment (ou le réchauffent en été), parfois même, elles le refroidissent tout autant voire plus que la ventilation contrôlée. C’est fâcheux parce que cela revient à boucher la bonde de la baignoire et à ce que, malgré tout, le niveau du bain continue de baisser de façon rapide irked myopera smiley
  • de l’air incontrôlé c’est aussi de l’air qui emprunte des chemins inconnus pour nous rejoindre. Et donc qui passe parfois par des zones qui ne sont pas sanitairement neutres faint myopera smiley Moundié, qué fouchtra la bagasse !

Dès lors, on a compris, il y a une dizaine d’années, que contrôler l’étanchéité était un préalable incontournable au contrôle de la ventilation.

Une norme européenne (EN13829) a été établie qui consiste à mesurer le volume d’infiltrations parasites dans des conditions données. Pour cela, on insuffle (ou on aspire) tout bêtement de l’air dans un bâtiment sous une pression de 50 Pa (force 5 Beaufort, hissez les voiles !) et on mesure combien d’air parvient à s’échapper alors que l’on a bouché tous les système de renouvellement contrôlé.

La mesure de ce débit est ramenée au volume protégé du bâti, elle s’exprime en vol/h (ou h-1 en unités SI strictes) via l’indice d’étanchéité n50.

Quelques années après la création de cette norme, la France applique la RT2005 et décide, elle aussi, de s’intéresser à l’étanchéité à l’air. Bien sûr, fierté gauloise oblige, on invente notre propre indicateur d’étanchéité, le I4, pour Inétanchéité sous 4 Pa. Quelques années plus tard, on le renommera Q4Pa-surf, sans modifier quoique ce soit à sa définition. Rien d’étonnant au choix de ce nouveau nom, en mécanique des fluides on aime bien associer débits et des « Q » ! (jeux de mots ?!)

Comment procède-t-on pour mesurer la valeur de cet indicateur franco-français. C’est tout bête, on insuffle ou aspire de l’air sous une pression de 4 Pa…. knight myopera smiley tsss tsss tsss halte-là l’ami ! Il est impossible d’appliquer une différence de pression aussi faible entre l’intérieur et l’extérieur du bâtiment. Rendez-vous compte, 4 Pa, c’est à peine assez pour faire trembler la toile de l’araignée et être perçu sur le visage.

Si vous craignez pour vos oreilles, faisons un petit travail d’imagination. Il fait beau dehors et votre baromètre indique 1014 hPa. Je mets en dépression le bâtiment de 50 Pa, le baromètre chute à 1013,5 hPa ce qui équivaut à s’élever de … moins de 5 m ! Avec 4 Pa de dépression, je ne suis pas sûr que le baromètre puisse vous afficher 1013,96 hPa et ne se contente pas de rester à 1014 hPa (et une élévation équivalente à un saut de puce :bug:). On est loin des 960 hPa de la tempête de 1999 whistle myopera smiley

Voilà le premier souci de l’indicateur d’étanchéité du pays du fromage : impossible de faire une mesure directe, il faut extrapoler à partir d’un panel de mesures dont l’une d’elle correspondant, déjà, à n50.

On réalise donc des mesures sous différentes dépressions (ou surpression). Lorsqu’on atteint 50 Pa, on obtient déjà la valeur n50, mais il faut accumuler suffisamment de points pour être à même de définir, de façon tendancielle, la valeur de Q4Pa-surf, utilisé dans nos réglementations thermiques millésime 2005 et 2012 maintenant.

extrapolation_Q4

Reprenons le graphique ci-dessus. J’effectue une première mesure sous 55 Pa de dépression et je relève un débit d’infiltrations de 520 m³/h. La seconde mesure me donne instantanément la valeur de n50 : le débit constaté est de 475 m³/h, mon volume protégé de 540 m³, cela me donne donc n50 = 475 /540 = 0,88 vol/h. Hop, c’est réglé pour celui-ci (cf. point rouge).

trimble_tx5_3d_laser_scannerNotons qu’avec un scanner 3D, on n’a même pas à calculer le volume protégé, on le mesure de la même manière que les débits. Mesurer plutôt que calculer, c’est un gain de temps bien sûr mais la plupart du temps de précision également !

Si l’on ramenait l’ensemble des fuites à un trou circulaire unique, ce dernier aurait un diamètre de 8cm. Ce même bâtiment avec une étanchéité réglementaire aurait un trou équivalent d’un diamètre de 25 cm.

Si mon bâtiment doit répondre d’une exigence selon la RT20xx, alors il me faut cumuler d’autres mesures pour ensuite tracer une courbe de tendance et en déduire le point d’intersection (trait horizontal magenta) avec l’axe X = 4 Pa. À partir du débit extapôlé, je divise par la somme de mes surfaces déperditives et j’obtiens Q4Pa-surf. C’est un peu plus long, évidemment, mais c’est aussi un beau nid à erreurs et je voudrais vous montrer pourquoi.bomb myopera smiley.

Exigence de la EN 13829 :
« Il y a lieu d’inclure dans le calcul les incertitudes de toutes les grandeurs utilisées pour le résultat final ».Comme l’incertitude globale n’a pas d’influence sur le respect des valeurs limites, on peut la calculer avec une méthode de calcul très simplifiée. L’incertitude globale (ou erreur h) sur les grandeurs obtenues, n50, q50, w50 se compose de l’erreur de mesure du débit sous 50 Pascals V50 (erreur f) et de l’erreur engendrée par le calcul de la valeur de référence (erreur g). Pour le calcul séparé des erreurs f et h on peut utiliser les formules suivantes :f=\sqrt{a^2+b^2+c^2+e^2+d^2}h=\sqrt{f^2+g^2}a [%] : Erreur sur la mesure de débit selon mesure du fabricant. Plage d’erreur : a = 4% à 7%.
b [%] : Erreur sur l’estimation du niveau de pression dans le bâtiment. Plage d’erreur : b = 1 à 5 % (par exemple b = 1 % pour des appareils de mesure électronique, b = 3 % pour des appareils analogiques).
c [%] : Erreur due à l’influence du vent. Cf. Tableau Annexe 4. Plage d’erreur : c = 0% avec absence de vent, c = 3 % par exemple par vent faible (plus de valeurs en Annexe 4).
d [%] : Erreur en raison de la pression barométrique du lieu. Plage d’erreur : d = 2 % si l’on donne la pression barométrique et absolue, d = 5% si l’on donne les conditions standards.
e [%] : Erreur en raison de l’absence de valeur moyenne. Plage d’erreur : e = 0% si on applique la moyenne des mesures en pression et en dépression. e = 7% si une seule mesure a été faite.
g [%] : Erreur sur le calcul de la surface ou le volume de référence. Cette erreur se compose de la marge tolérée entre les plans et la réalité ainsi que des doutes sur la bonne prise en compte des surfaces et des volumes. Plage d’erreur : g = 3% si estimation précise de  la dimension de référence, g = 6% si contrôle de la dimension de référence par échantillonnage, g = 12 % pour une évaluation du volume intérieur à partir du volume brut.

Tout part d’un fait tout simple : aucune mesure physique n’est parfaite, elle est toujours entachée d’erreur ! Reprenons le graphique précédent mais, pour que cela soit plus pédagogique, avec seulement 2 points et une erreur sur chacun de 3% sur la mesure des débits.

extrapolation_Q4_erreur3%Alors que précédemment, nous obtenions le débit sous 4Pa avec la précision d’un laser chirurgical, ici le faisceau s’élargit et perd en précision : le débit des infiltrations se situe quelque part entre 50 et 100 m³/h. left myopera smiley

À supposer également une erreur de 3% sur la mesure des surfaces déperditives et voilà que je peux estimer l’étanchéité à l’air de mon bâtiment Q4Pa-surf = 0,19 ± 0,06 m³/h/m².right myopera smiley

Un peu comme si je vous disais que je fais 1,80m à 54cm près…

Je vous rassure, les mesures sont effectuées avec un plus grand nombre de points avec une plus forte amplitude de pression (les logiciels ne laissent pas trop de libertés aux techniciens testeurs) et l’erreur est plus faible… en tout cas sur les débits !

Oui parce que je vous ai parlé de surfaces déperditives à plusieurs reprises sans m’y attarder. Revenons dessus.

Si le n50 ramène le débit des infiltrations sous 50 Pa au volume protégé par l’enveloppe testée, le Q4Pa-surf ramène le débit des infiltrations sous 4 Pa (obtenu par extrapolation comme montré ci-dessus) à la somme des parois froides ou parois déperditives, au sens de la réglementation. Ces parois froides, c’est l’ensemble des parois en contact avec l’extérieur, à l’exception des planchers bas.

Je ne sais pas si c’est bien clair pour vous mais avec une telle définition, je peux vous assurer que 3% d’erreur sur cette mesure est optimiste et qu’on peut bien s’accorder, facilement, entre 5 et 10% d’erreur. Je dis ça, je dis rien zip myopera smiley

Avec notre petit exemple précédent, en ramenant la précision des débits à 1%, et celle de la mesure des parois froides à 5%, nous ramenons la précision à 14% plutôt que 30%. Je fais 1,80m à 25 cm près…

Si, avec beaucoup de méticulosité, la mesure peut s’avérer précise, le procédé employé a une tendance forte à engendrer une importante perte de précision dès que le moindre paramètre souffre d’une marge d’erreur un tant soit peu élevée.

On pourrait s’interroger sur ce qui fait les marges d’erreur, de la façon dont on évalue les parois froides (et mes vide-sanitaires ?) à la manière de procéder à un échantillonnage (est-il pertinent ?) mais, à mes yeux, retenez surtout que la réglementation thermique française, en faisant le choix d’une évaluation de l’étanchéité dépendante d’un nombre importants de paramètres, cumule les risques d’erreurs et les imprécisions.

Pour preuve que ce choix est malvenu, il n’est pas rare de constater, in situ, pendant un test, qu’alors qu’un artisan rebouche une fuite, le n50 diminue (amélioration de l’étanchéité bien sûr) mais le Q4 remonte !!! mad myopera smiley

Si vous avez suivi l’explication un peu plus haut, vous aurez compris tout seul pourquoi : en abaissant la hauteur du point rouge, la pente de la courbe tendancielle diminue et le débit extrapolé à 4Pa est réévalué à la hausse suivi de la valeur Q4Pa-surf qui en dépend.drunk myopera smiley

Arrivé à ce stade de ce billet d’humeur, on peut légitimement se poser la question de l’intérêt de Q4Pa-surf.

Je vous avoue mon ignorance complète quant à l’historique de cet indicateur et au pourquoi de son existence. Évidemment, on peut penser que c’est un souci de réalisme, un bâtiment étant plus souvent exposé à un vent de 5km/h que de 35 km/h… Mais qui est à même de se représenter, qu’exposé à un vent de quelques kilomètres par heure, un bâtiment souffre d’infiltrations dont le débit est de 0,18 m³/h… par mètres carrés de surface déperditives ? Vous ? Pas moi en tout cas !

Il est, en revanche, aisé de se faire une idée mentale d’une perte représentant 90% du volume chaque heure sous un vent capable d’agiter la cîme des arbres.

Là où le bas blesse, encore, c’est que je ne connais pas de méthode de calcul des déperditions par renouvellement d’air qui ne se base pas sur n50 et qui adopte Q4Pa-surf d’emblée. Généralement, on use d’une transformation de ce dernier indicateur vers celui de la norme européenne avant tout calcul d’infiltrations annuelles moyennes… pour vous dire comme on cumule les erreurs…

Reconnaissons tout de même une qualité à Q4Pa-surf, il a le mérite de tenter de signer non pas l’étanchéité d’un bâtiment mais d’une paroi moyenne ! En effet, en donnant une valeur de débit de fuite par m² de façade, il vous donne une idée de la porosité moyenne des murs et du toit d’un bâtiment. Par exemple, si mon bâtiment affiche le même Q4Pa-surf mais des n50 très différents, cela signifie que les entreprises ont réalisé la même qualité de mise en œuvre mais que l’architecte, lui, a réussi à faire un bâtiment plus ou moins compact* ! wizard myopera smiley Finalement, si le n50 est le vrai indicateur d’étanchéité d’un bâtiment, le Q4Pa-surf, lui, est un indicateur de la compétence des entreprises à rendre étanche une unité de surface d’enveloppe… pour peu qu’on puisse se fier à sa valeur…

* Moins le bâtiment est compact, plus il est facile d’avoir un bon score en Q4Pa-surf alors que c’est l’inverse pour le n50.

5 commentaires sur “Q4uelques remarques sur l’étan50chéité à l’air des bâtiments

  1. Il faut savoir que pour le moment tout cela reste trés théorique.

    Effectivement les tests d'infiltrométrie ne seront jamais bon, pourquoi? Je suis confronté tous les jours à ces problémes. Si vous n'avez pas des artisans trés respectueux dans la conception des ouvrages, vous avez toujour des fuites d'air parasites. Alors il est dit dans la RT 2012 qu'un test d'infiltrométrie devra avoir lieu à la réception des travaux, pour valider l'étude thermique. Je pense que souvent et surtout en auto-construction, nous serons obligé de déroger à certaines régles, car à la fin des travaux nous aurons pas mal de problémes.

  2. Originally posted by ECOBE 09:

    Il faut savoir que pour le moment tout cela reste trés théorique. Effectivement les tests d'infiltrométrie ne seront jamais bon, pourquoi? Je suis confronté tous les jours à ces problémes. Si vous n'avez pas des artisans trés respectueux dans la conception des ouvrages, vous avez toujour des fuites d'air parasites. Alors il est dit dans la RT 2012 qu'un test d'infiltrométrie devra avoir lieu à la réception des travaux, pour valider l'étude thermique. Je pense que souvent et surtout en auto-construction, nous serons obligé de déroger à certaines régles, car à la fin des travaux nous aurons pas mal de problémes.

    Théorique ? Comment ça ? Je ne vois pas ce qu'il y a de théorique dans une mesure concrète des fuites d'air :confused:

    Je ne dis pas que les tests ne sont pas bons, je suis même très fier de ce que j'ai vu être réalisé par quelques artisans ; je pense en revanche que les objectifs 2012 sont abscons voire spécieux et que les mesures sont sujettes à caution.

    Résultat intermédiaire du Pôle Scolaire

    Je ne suis pas certain que les autoconstructeurs seront moins minutieux quant à étanchéifier leurs maisons, en revanche, je pense qu'ils auront de moins bons résultats oui. 😆

  3. Bravo à nouveau pour votre billet d'humeur.

    Il faut que je prenne l'habitude de venir plus souvent visiter votre blog !

    Je suis d'accord à 98% avec votre analyse.

    1% de désaccord pour votre phrase de conclusion que j'aimerais vraie mais qui ne reflète pas la réalité du terrain. Après de nombreux efforts, il n'est pas rare de faire baisser le n50 et voir monter sensiblement ou en tout cas stagner le Q4. Vous le mentionnez d'ailleurs dans un paragraphe !

    1% enfin pour l'oubli des coïncidences sur les niveaux exigés en RT et en passif : toujours un n50 de 0,6 vol/h pour ce dernier et un étonnant Q4 de 0,6 (m3/h/m2) également en RT2012 pour les maisons individuelles et 1,0 en collectif.

    Enfin, j'ai tenté (en vain) de piéger une huile du CETE lors d'un colloque fumeux, ses réponses : la non prise en compte des planchers bas tiendrait du fait qu'il n'y a pas de vent sous les sols (!), les américains d'USA utilisent aussi un ersatz de Q4… quant à la similitude des valeurs (le fameux 0,6) réponse embarrassé de l'interessé : je reconnais que c'est "confusing" (silence de réflexion…) mais je ne suis pas responsable de cette décision ! Entendez par là : j'ai assisté au discussion et je ne dirai rien… même sous la torture !

  4. Le Q4Pa-surf serait finalement un indicateur de la compétence des entreprises à rendre étanche une unité de surface d’enveloppe. Sauf que la compétence des entreprises est mise en doute de façon implicite par le choix de cet indicateur. Car si la norme EN13829 n’a pas été suivie, il y a bien une raison à cela.

    Je veux bien croire à la volonté d’afficher une exception culturelle française. Mais il y a plus banal : il fallait modérer les exigences pour avoir une chance d’atteindre de « bons » résultats avec nos entreprises françaises (ou turques), sans vouloir se comparer aux entreprises allemandes ou autrichiennes. Et quitte à ne pas écrire n50 ≤ 0,6 h-1, ou une autre valeur plus élevée, il était plus convenable de choisir une autre méthode de calcul pour mieux masquer notre modestie. Ainsi nous restons au milieu du gué, alors qu’il aurait été aussi simple d’appliquer une norme européenne.

    Qu’on tienne compte des spécificités régionales lorsque celles-ci modifient une approche trop standardisée, je veux bien. Je pense en particulier au climat méditerranéen qui, en l’occurrence obligerait à une réflexion plus poussée dans la RT2012. Mais si c’est pour justifier un échelon de décision dont la logique échappe aux spécialistes, que sommes-nous en droit de penser ?

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