« Quand on fait descendre la température dans la journée, le soir il faut relancer très fort et donc au final ça consomme plus ! »

mis à jour en cours : mise en température de 2 semaines (P+C 3.4.6.0)

Aujourd’hui, je vous propose une petite dissertation. Vous aurez 4 heures pour répondre 😀

Le sujet en est le suivant : il y a-t-il ou non intérêt à passer le chauffage en mode réduit durant les périodes de temps qui ne nécessitent pas une température de confort élevée ou, comme l’indique l’aphorisme populaire cité dans le titre, est-ce inutile ?

La surprise

Figurez-vous que ce n’est pas si évident que cela, et que tout dépend du type de bâtiment sherlock myopera smiley

Si l’on regarde les résultats des simulations, sur une semaine d’hiver, ci-dessous, on constate qu’une réduction de consigne est efficace pour un bâtiment dispendieux en énergie (- 27 % de consommation) mais presque contre-productive pour un bâtiment très-basse-énergie (- 3 %).

comparaison_passifpaspassifconsignereduite

Avant de se demander pourquoi cela ne marche pas dans un bâtiment passif, posons-nous la question de pourquoi c’est efficace dans un bâtiment plus classique.

Le plus simple est de faire une analogie avec la conduite automobile. En roulant doucement (la fameuse éco-conduite !), on met plus de temps à parcourir un trajet donné mais on fait une économie conséquente de carburant. Remplacez la mesure de la vitesse par la consigne de chauffe, la consommation de carburant par celle d’énergie nécessaire au chauffage, et vous voilà au fait du pourquoi la réduction de consigne est efficace.

Mais alors qu’est ce qui explique que l’on ne retrouve-t-on pas cette économie dans un bâtiment économe ?

Hé bien, tout simplement pour la même raison qui fait que vous consommez plus de carburant en ville que sur route : vous ne cessez d’accélérer, freiner et ré-accélérer.

Reprenons notre simulation mais cette fois-ci intéressons-nous aux appels de puissance d’une seule des zones, heure par heure, associés aux deux bâtiments équipés de la même double consigne 16 °C et 19 °C :

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Il apparaît 3 zones sur le graphique :
– la première correspond à une puissance de base permettant le maintien à 16 °C (➊ : P < Q1),
– la seconde est matérialisée par des pics de puissance pour assurer le passage de la consigne basse à la consigne haute (➋ : P > Q2),
– la dernière rend compte d’une puissance intermédiaire pour contenir les précieux 19 °C (➌ : Q < P < Q2).

La première observation concerne les pics de puissance : dans les deux cas, ils sont en effet du même ordre de grandeur, tout du moins en début de cycle. Quel que soit le bâtiment, il va falloir lutter contre son inertie, indépendante de l’isolation, pour le faire monter en température. En cours de cycle, les pics déclinent dans le bâtiment passif, tout simplement parce que les masses thermiques n’ont pas eu le temps de se décharger entre deux consignes.

En revanche, la puissance de base et la puissance intermédiaire diffèrent. Un bâtiment passif exige moins de puissance pour compenser les déperditions plus faibles que celle d’un bâtiment énergivore. Rien d’étonnant, c’est même l’effet principal recherché ! idea myopera smiley

Cela se manifeste notamment par l’écart entre le pic de puissance maximale et la puissance de base (cf. ce commentaire). Quand elle est d’un facteur 6 pour un bâtiment classique, elle est d’un facteur 22 pour le bâtiment passif. Sur un même temps, il faut donc 22 fois plus d’énergie pour faire passer mon bâtiment très basse-énergie de 16 à 19 °C que pour le maintenir à 16 °C (ou à 19 si on se permet une approximation).

Notons enfin que quand l’écart entre puissance de base et puissance intermédiaire est de 100 % dans le cas du bâtiment « conventionnel », il est de 200 % pour le bâtiment très-basse-énergie. Cela explique que la moindre augmentation de consigne dans ce dernier type de bâtiment soit immédiatement sanctionné par une augmentation relative de la facture fort conséquente (plus près de 20 % que des 7 % des publicités).

Regardons maintenant la répartition entre ces 3 états de puissance :

Cela ne pourrait être plus flagrant ! Alors que l’épave énergétique met toute son énergie (ou dit avec moins d’emphase : 60 %) à maintenir les consignes de température, le bâtiment passif s’épuise (presque 60 % aussi) lui à assurer la montée de 3 °C. S’abstenir des pics de puissance qui permettent les montées en température est donc une voie sûre pour améliorer encore la consommation de ce dernier.

Ma maison passive est comme une voiture qui consommerait presque rien en carburant pour conserver sa vitesse mais en userait autant voire plus en accélérations.

Remarquons, enfin, que le maintien de la consigne à 16 °C ne consomme presque pas d’énergie* : comme une voiture profitant de son inertie, le bâtiment le moins énergivore se contente de laisser tomber la température depuis la consigne haute sans plus d’effort que celui nécessaire au retour à la consigne haute.

* les quelques pourcentages affichés correspondent à une « anomalie » dans la méthode de détection utilisée.

Finalement, l’expression populaire est effectivement fausse… ou alors elle était en avance sur son temps et parlait déjà de bâtiments passifs !

C’est quand qu’on va où ?

On ne peut clore le sujet sans chercher à mieux définir le moment de la bascule ! ⭐

Pour qu’il y ait économie, il faut que l’énergie dépensée durant le scénario à double consigne soit inférieur à celle dépensée pour maintenir la consigne haute. Cela signifie donc que le cumul des énergies des 3 zones décrites plus haut doit être inférieure à celle du maintien monotone à 19 °C.

Imaginons que nous n’ayons réalisé qu’une simulation avec une réduction de consigne, pouvions-nous appréhender le résultat précédent par avance ?

Oui, il nous suffit de reprendre les deux derniers résultats et, non pas de les comparer entre eux, mais avec ce que nous pouvons deviner (si nous nous refusons à une nouvelle simulation) de l’énergie nécessaire au maintien de 19°C.

Pour cela, nous avons estimé — choix critique attention — la puissance moyenne pour assurer la consigne haute en calculant la moyenne des zones à 19 °C (176 et 592 resp. pour le passif et le non passif). Dès lors, en multipliant cette valeur par la durée, nous obtenons une estimation de l’énergie nécessaire pour avoir 19°C de façon monotone.

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Nous retrouvons une baisse du besoin estimée à 13 % (proche du 20 % trouvé toutes zones confondues), grâce à la réduction de consigne, pour le bâtiment énergivore.

En revanche pour le bâtiment passif, cette méthode fait apparaître une hausse des besoins de 5 % – du fait de la réduction – qui doit nous alerter.

En procédant ainsi, on constate qu’il est possible, sans plus de simulation, d’anticiper sur le résultat. Si la méthode décrite ici — qui part sur des hypothèses favorables à la réduction de consigne pour un bâtiment économe — n’annonce pas une réduction conséquente, il faut, par de nouvelles simulations, tester l’efficacité de la réduction.

Ce que nous venons de réaliser par le calcul, on peut également en avoir l’intuition visuellement. Imaginez que la graphique de puissance soit comme une photo instantanée d’un enchainement de vagues. Lorsque le calme va revenir, que les pics vont se vider dans les creux, le niveau va-t-il monter ou descendre par rapport au plateau intermédiaire ?

S’il vous parait évident qu’il va baisser, pas de doute, la réduction sera efficace. Mais au moindre doute sur le niveau final, vérifiez par le calcul l’efficacité de la réduction sur votre bâti passif (vous pouvez aussi essayer ce calcul très simple).

Conclusions ?

Cette démonstration n’a pas vocation à prouver que la réduction de consigne est inutile dans tous les bâtiments passifs. En revanche, elle démontre qu’il y a des situations, pas si rares, où dans ce type de bâtiment, mieux vaut laisser le chauffage allumé en continu plutôt que de se risquer à des relances qui, si dans un bâtiment classique ont peu d’impacts, ici peuvent faire basculer sur une surconsommation par rapport à une consigne haute continue.

Quelles sont ces situations ? Énoncer des généralités dans ce domaine est un art difficile mais on voit bien que ce qui est marquant c’est à la fois l’allure des pics de puissance et leurs fréquences.

Un bâtiment passif soumis à des sauts de consigne rapprochés fera de fréquents appels de puissance et donc sera entraîné, sans doute, à sur-consommer.

Plus ce bâtiment sera inerte et plus le pic sera haut et plus également nous irons vers une surconsommation.

En revanche, un bâtiment passif avec peu d’inertie et soumis à des sollicitations espacées trouvera des économies dans les réductions de consigne.

Et qu’en pense le Dr Feist ?

Le Dr Feist, inventeur du standard Passivhaus, fait, comme souvent, preuve de pragmatisme et de goût pour la simplicité. Il indique en effet, que dans un bâtiment qui consomme déjà très peu, il y a vraiment très peu d’économies à attendre en valeur absolue, même si en valeur relative, le pourcentage semble élevé.

Imaginons par exemple, un bâtiment passif dont les charges de chauffage sont de 150 €/an. Économisez 25% – ce qui est énorme – équivaut à 37,50 €, pas de quoi fouetter un chat. Dans un même temps surdimensionner le chauffage pour permettre les relances risque fort de coûter bien plus cher en investissement comme à l’usage (entretien p. ex.).

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Le sol, ce mal-aimé de la thermique, acte 1

On dit que faute avouée est à moitié pardonnée. Alors permettez-moi de vous confesser les raisons de cet article.

Au départ, c’est une conversation avec un collègue thermicien. À propos de l’évolution de notre métier et des difficultés nouvelles apportées par la RT2012. Partageant un intérêt commun pour l’inertie dans nos régions relativement chaudes en été, nous relevions la même difficulté à traiter avec le BBio pour, en particulier, l’isolation des planchers bas.

N’y allons pas par quatre chemins, que la RT2012 juge les qualités bioclimatiques d’un bâtiment — si c’est une idée intéressante — passe pour certains pour une infatuation norris tant réduire l’art climatique au pontifical indicateur BBio peut sembler grossier.

Dans les régions chaudes, l’expérience montre qu’il vaut généralement mieux profiter de l’inertie du sol et se protéger, en périphérie, de l’influence de l’air sur les premiers mètres ceinturant le bâtiment. En procédant ainsi, on assure au bâtiment une isolation suffisante tout en profitant en été de la fraîcheur du sol.

Ue Par sa méthode calculatoire, la RT2012, limite, à ce que j’en sais, les solutions d’isolation en périphérie, de façon horizontale au niveau du plancher et/ou, de façon verticale, au niveau des soubassements. Il ne s’agit pas là de traiter du pont thermique de ce détail mur/plancher mais de trouver un coefficient de transmission surfacique équivalent pour traduire les échanges réels entre le sol et le plancher bas.

Dans les faits, l’outil réglementaire dicte la solution. La sensibilité du BBio à ce contact au sol est telle que l’isolation continue, sur toute la surface du plancher, s’est imposée dans toutes les maisons individuelles ou presque, quelle que soit la région, tout juste voit-on varier l’épaisseur d’isolant. Que ceux qui dérogent à la règle lève le doigt !

Pourtant, on peut imaginer – on a déjà imaginé – des solutions différentes comme les trottoirs isolants. Kézako ? bigeyes

trottoirisolant_schéma C’est très simple, il suffit juste de renvoyer l’isolation périphérique à l’extérieur du bâtiment de façon à le protéger non pas au plus près mais d’abriter le sol environnant, dans l’espoir de créer un bulbe de terre tiède sous le bâtiment qui, de par sa nature, limitera les déperditions comme les « imperditions » (= flux de chaleur pénétrant dans le bâtiment en été). Bien sûr, pour que cela fonctionne, il faut qu’l y ait continuité de l’isolation et cela implique donc d’isoler par l’extérieur.

Pour ma part, je n’ai encore envisagé cette solution que pour de la rénovation mais rien ne nous l’interdit expressément dans le neuf, sauf à supposer que cela ne soit pas performant. Et justement, quid de la performance ? Reprenons le petit schéma plus haut et voyons les hypothèses prises :

  • le sol est ici supposé sablonneux, plutôt sec (8% d’eau) (conductivité λ = 0,6 W/m/K),
  • la structure comme les soubassements sont en béton,
  • le plancher est supporté par l’équivalent d’un hérisson en roche conductrice,
  • le mur est isolé par l’extérieur avec 15 cm de polystyrène expansé,
  • le plancher n’est pas isolé mais le sol extérieur l’est sur plusieurs mètres avec 25 cm de verre cellulaire (aucune humidité, Ri = 5,95 m².K/W),
  • la météo est idéalisée en une sinusoïde d’amplitude 20 °C et de moyenne 15 °C, soit le profil lissé d’Agen. La simulation démarre en supposant qu’on était en équilibre avec une température nulle en extérieur (donc en déficit de calories dans le sol), un peu comme si on avait fini le chantier en plein hiver.
  • enfin, chacune des parois intérieures est maintenue à 20 °C ce qui correspond grosso-modo à une consigne de 20 °C sur le thermostat, toute l’année (chauffage + climatisation).

Oui, bon d’accord mais ça donne quoi ? Hé bien, regardez par vous-même :

Attention au temps de simulation, 1q10h veut dire qu’on est à la 10ème heure du 2ème mois !

Vous avez vu défiler 2 années en moins de 2 minutes. Difficile de conclure avec ce seul film mais vous admettrez avec moi qu’il apparaît bien un bulbe tiède qui se maintient malgré les assauts du climat aussi bien en froid (Tmin = -5 °C) qu’en chaud (Tmax = 35 °C). Quoique la climatisation intérieure participe à son maintien, sa profondeur (T > 12 °C jusqu’à 6 m sous le plancher) trahit que la protection extérieure joue un rôle.

Comme vous n’êtes pas obligé de me croire sur ma bonne tête, voici une comparaison des bulbes tièdes avec ou sans isolation du trottoir périphérique :

Le
Le « bulbe tiède » d’un trottoir s’étend en largeur et protège les fondations.

Hé oui, avec un trottoir isolant, mon bulbe tiède tient plus de la soucoupe volante que de la bulle de savon !

Si on s’intéresse à la limite des 12,5 °C, en terme de profondeur, on ne voit pas de différence mais, en revanche, on constate qu’avec le trottoir isolant, elle s’étend et s’effiloche au delà du double de la largeur du trottoir.

Bien que la solution du trottoir classique présente une rupture du pont thermique (isolant vertical enterré de 10 cm), elle protège mal le soubassement contrairement à la solution alternative qui maintient même le massif de fondation au chaud. Par conséquent, le trottoir isolant joue un rôle de rupteur thermique et, de plus, modifie le comportement du sol.

Dès lors, la méthode de calcul réglementaire ne peut plus rendre compte de façon réaliste de l’échange thermique qui se déroule au niveau de ce contact. D’une part parce que le pont thermique n’est pas référencé (mais la RT autorise à faire le calcul aux différences finies comme ici) mais surtout parce que l’équivalence qu’elle emploie si elle est, a priori, capable de rendre compte d’un bulbe tiède sous le bâtiment n’a pas les armes pour simuler une soucoupe tiède.

Par darwinisme réglementaire, voilà donc une solution amenée à disparaître…

Oh, je sens bien qu’il y en a parmi vous qui se disent : « Oui, bon mais est-ce vraiment une réelle perte , Non parce que vous avez comparé une isolation périphérique exotique à aucune isolation sous la dalle mon vieux ! ». Oh, comme vous avez raison, vils rouspéteurs !

Ces quelques simulations démontrent un comportement plus original que ce qu’appréhende la réglementation ainsi qu’une rupture de pont thermique visible mais ne disent pas si tout cela est concurrentiel avec des solutions plus classiques de rupture de pont thermique et d’isolation du plancher bas. Je vous propose de reprendre la simulation avec les mêmes conditions mais en supposant maintenant quelque chose de plus classique dans la construction française (RT2012) d’aujourd’hui :

  • les murs sont isolées par l’intérieur avec le même produit de même épaisseur,
  • la dalle est isolée en sous-face sur toute sa surface avec 8 cm de polystyrène expansé,
  • le pont thermique est traité* par une planelle isolante (encore du polystyrène expansé, 5 cm) traversée ici par une broche métallique unique (simplification) de 2 cm d’épaisseur,
    * notez que rien ne nous y oblige, il n’y a pas de garde-fou réglementaire ici, juste un seuil à ne pas dépasser sur la moyenne de tous les ponts thermiques que l’on voudra bien ne pas oublier, ramenée à la surface du bâtiment (Faites de grands bâtiments svp ! ;))

Enercoblog, le poids des mots, le choc des images, v’là la vidéo :

« — Hé, vu, ici aussi on a une soucoupe tiède ! — Heu… oui… attendez qu’on regarde… »

Dalle isolée ou trottoir isolant ?
Dalle isolée avec rupteur de pont thermique ou trottoir isolant ?

En fait de soucoupe tiède, on a plutôt l’impression d’un bulbe écrasé mais arrêtons là les comparaisons jardino-culinaires, on s’éloigne du sujet.

Ce qui est évident, c’est qu’en isolant par l’intérieur, on ne protège plus du tout notre fondation des aléas climatiques, encore moins qu’en supposant une isolation extérieure peu enterrée. Il peut y avoir, sans doute, des conséquences au niveau de ces dernières mais je ne connais pas assez le béton pour en parler.

Et d’ailleurs, cela se voit très bien sur le zoom présentant les flux thermiques en plein hiver. Le soubassement, le nez de dalle et même le hérisson présentent ici des flux concentrés atteignant plus de 480 W/m² au niveau de la broche métallique quand dans la solution du trottoir isolant, on frôlait à peine avec les 25 W/m² de maxima.

Même si le doute nous envahit, on ne peut conclure à la seule vue d’un instantané, me direz-vous. C’est pas faux…

Je vous propose donc de lâcher l’ombre pour la proie en laissant les images pour les valeurs. Ce qui nous intéresse finalement, c’est de savoir ce qui se passe dans mon bâtiment en terme de flux pour en conclure sur mes besoins de chauffage et de climatisation. Voici donc une représentation temporelle, sur 5 ans, de la somme des flux entrant (signe -) ou sortant (signe +) de l’intérieur du bâtiment : Trottoir isolant ou dalle et planelle isolée Permettez que je vous aide dans son analyse.

La première évidence est que les vaguelettes bordeaux (dalle isolée avec rupteur présentant ou non une broche métallique) se soulèvent bien plus que les vaguelettes bleues (trottoir isolant). La technique traditionnelle laisse fuir plus de chaleur en hiver mais, aussi, en laisse entrer en été. En moyenne, le flux positif est entre 13 et 18 W/m de parois intérieures pour la dalle isolée avec son rupteur (selon qu’il y ait ou non une broche) alors qu’elle est inférieure à 10 W/m avec le trottoir isolant.

Notez qu’il s’agit des flux qui traversent le sol et le mur pour bien tenir compte des capacités dynamiques du pont thermique, c’est-à-dire de son inclination à rester froid ou chaud plus ou moins longtemps, ce qui n’est pas sans conséquence sur le comportement global.

En plein été, c’est intéressant, la dalle isolée nécessite d’être refroidie pour maintenir 20 °C en intérieur (cf. flux négatif). Cela signifie que pour les occupants, il y a au bas des murs comme une source chaude en période chaude. Tout cela est bien sûr très relatif, les – 1 à – 3 W/m de flux moyens négatifs ne constitue l’équivalent d’une personne supplémentaire qu’au bout d’un bâtiment de 25 m mais c’est une réalité qui n’apparaît pas avec le trottoir isolant. Ce dernier se traîne toujours la dette calorique initiale, vous savez celle due à la livraison en plein hiver. Le sol y était froid, « vide de chaleur », et cette isolation périphérique extérieure ne permet pas de le recharger avant plusieurs années. En réalité quand je dis plusieurs années, c’est une infinité d’année, c’est, en tout cas, ce que nous dit la courbe de régression logarithmique des minimaux.

Dit de façon plus simple, à aucun moment, la dalle ne demandera à être refroidie pour maintenir la consigne intérieure comme dans l’exemple précédent.

Justement dans l’exemple de la dalle isolée, c’est tout l’inverse : en période chaude, année après année, il faudra de plus en plus refroidir la dalle (là aussi, c’est la régression justement plus logarithmique, qui crache le morceau).

Dans la réalité, il y aura une limite liée à la taille du bâtiment mais ici en situation disons semi-infinie, elle n’apparaît pas. dalle isolée flux négatif

Mais qu’est-ce que cela signifie que cette tendance à tendre vers un infini négatif ? Hé bien, tout simplement, la dalle isolée, si elle protège bien l’intérieur, ne protège ni ses fondations ni même son hérisson (et/ou sol sous la dalle) si bien qu’année après année, ces derniers se chargent en chaleur.

Là aussi, nous sommes sur des nuances fines et subtiles mais, pour autant, le phénomène existe ! On pourrait aussi évoquer les déphasages différents selon la solution et la saison mais l’article deviendrait interminable.

Vous me direz, tout cela est intéressant, mais n’est valable que pour ceux qui habitent en haut des dunes, tout le monde sait qu’en France, on vit tous sur des éponges humides, à en croire la réglementation en tout cas.

Th-U_conductivité du solAh mince, tout est à reprendre, en supposant, cette fois-ci, une argile bien bien saturée en eau (conductivité x 3 ⇒ λ = 1,5 W/m/K), splouich !

trottoirisolant2Si on fait la moyenne des flux – qui sont ici tous positif donc jamais de besoins de rafraîchir la dalle – on constate une inversion sur la moyenne : le trottoir isolant engendre un flux moyen de 21 W/m (10 précédemment) contre 20 W/m (13 à 18 précédemment) pour la dalle isolée.

Mais, si on s’arrêtait là, on oublierait un point important : comparer les besoins associés de chauffage ou refroidissement principalement de la dalle.

En effet, quand la température extérieure est inférieure à 20 °C, le flux tend à réchauffer l’ambiance intérieure alors que c’est l’inverse quand la température dépasse les 20°C. On peut donc distinguer des périodes qu’on peut appeler de climatisation et de chauffage.

Et dans ce cas, les choses changent. En période « froide », le flux moyen pour la dalle isolée est de 30 W/m alors qu’il est de 24 W/m pour le trottoir isolant. Maintenir la chaleur en hiver sur un sol argileux humide est plus efficace avec le trottoir :O

En revanche, en période chaude, dans les deux cas, il faut chauffer la dalle puisque le flux est positif (les deux solutions ont donc un effet clim’), de 9 W/m pour la dalle et de 15 W/m pour le trottoir. C’est donc que l’effet climatisant est supérieur pour le trottoir (la solution absorbe plus de flux positif) pour un plancher sur terre-plein argileux et humide. Si l’on reprend l’étude sur sable à l’aulne de cette nouvelle méthode d’analyse, on se rend compte que :

  • en période froide, la dalle va demander 22 W/m contre 15 W/m pour le trottoir isolant validant le meilleur impact hivernal de ce dernier,
  • en été, le trottoir isolant maintient un effet clim’ puisqu’il faut chauffer de 5 W/m pour maintenir l’ambiance intérieure à 20 °C. Avec la dalle, il faut d’abord chauffer de seulement 4 W/m (effet climatisant inférieur) puis contrecarrer les – 3 W/m évoquées plus haut qui sont des pénétrations de chaleur inopportunes qui n’existe pas avec le trottoir isolant.

Voilà qui est fort intéressant d’autant plus que la dalle « hors-sol » tend, dans les deux cas, à perdre son effet climatisant pour un effet chauffant alors que le trottoir isolant tend lui, plutôt, à perdre tout effet climatisant mais sans s’abandonner à réchauffer la dalle.

Vous qui êtes arrivés jusque là, je vous remercie !

Pour ceux qui auraient sautés 2 ou 3 raisonnements, je résume : le trottoir isolant montre un comportement original, différent d’une solution d’isolation en contact avec le bâtiment, non modélisable réglementairement mais qui démontre son efficacité à casser le pont thermique de nez de dalle et soubassements. Mieux encore, quel que soit le sol (meuble) présent, son efficacité pour limiter les besoins de chaud et de froid est supérieure à une isolation plus conventionnelle.

On a bien travaillé, je vous propose de vous détendre avec un 2 minutes d’arpège. Soufflez avant que nous n’attaquions la dernière ligne droite… 😉


♪♫ na na na na na na na na ♪♫♫ Oups pardon !

Au point où nous sommes rendu, il serait temps de savoir si 4 m de trottoir est un optimum ou pas. Peut-on faire aussi bien avec moins de trottoir isolant ?

Hé bien, nous nous rendons compte que la largeur du trottoir a peu d’impact. Si le type de sol influence bien la moyenne du flux (et l’amortissement), déphasage et amplitude reste peu variables en fonction de la largeur de l’isolation en trottoir, comme on peut le voir dans le graphique ci-dessous qui donne des modèles simplifiés (sans amortissement) des flux :

trottoirisolant3 Comment cela s’explique-t-il ? Je vous donne mon avis…

D’abord, il faut bien avoir en tête que les premiers centimètres d’isolants sont toujours les plus efficaces, le flux est vite contrarié par leur présence mais en revanche plus ce flux est petit et plus il est difficile de le réduire encore malgré les compléments d’isolation. Pour les ponts thermiques, on oublie également que l’important n’est pas tant l’épaisseur de l’isolant que son emplacement, j’en veux pour preuve l’impact de la broche métallique dans le rupteur thermique que vous avez pu voir un peu plus haut.

isolation par trottoirEn présence de la forte épaisseur d’isolant dans le sol, le flux ne trouve guère d’autres moyens de fuir le bâtiment qu’en contournant cette barrière sans faille, il doit donc parcourir au minimum 1,30 m de terre soit l’équivalent de 4 à 10 cm d’isolant selon la nature du sol. Le flux qui part du massif doit, lui, parcourir 2 m de terre soit l’équivalent de 5 à 16 cm d’isolant (même grandeur que l’isolation extérieure du mur !), de quoi bien épuiser ses forces. Pas si mal avec seulement un mètre de trottoir. Avec un trottoir plus large, on gagne encore, tout doucement, des points mais comme pour les « derniers » centimètres d’isolant, l’effet est moins spectaculaire.

Mais, alors, pourquoi ne généralise-t-on pas cette solution ? Au-delà de la difficulté réglementaire à supposer une isolation déportée, il ne faut pas oublier que ceci n’est pas applicable à tous les climats. Plus votre sinusoïde de température va descendre et plus celle de flux va monter. Vous allez vous retrouver avec un effet climatisant quand il ne fera pas chaud, ce qui est, évidemment, contre-productif. Moins il y aura d’amplitude de température et moins il y en aura pour le flux ce qui maintiendra un effet climatisant d’autant plus fort, là, encore, quand il y en aura pas besoin.

Tout cela méritera d’être testé avec des conditions moins simplifiées, c’est-à-voir, mais pédagogiquement, un exemple simple est plus facile à analyser.

Il reste qu’il y a sans doute une très grande méconnaissance des capacités du sol, et de l’inertie en général d’ailleurs. Les thermiciens ont toujours une vision liée aux flux (régime statique) alors que l’inertie, justement, ne réagit qu’aux variations de flux, pas directement aux flux.

Je vous l’expliquais plus tôt, une maison avec des murs de pierre épais est une épave énergétique au cœur de l’hiver pourtant, quand l’inertie peut jouer, il y a un écart qui va jusqu’à 10% avec les prévisions statiques, sans même prendre en compte le rayonnement solaire.

inertie analogie hydraulique L’inertie est encore comprise comme un réservoir, on peut y stocker des flux gênants, certains ont aussi saisi qu’il fallait les déstocker à un moment donné mais ce n’est pas évident pour tout le monde. Pourtant l’inertie tient plus d’une suite de réservoir que d’un réservoir unique, cette image là traduit bien mieux la réalité physique. On comprend alors, d’ailleurs, qu’en régime statique (pas de variations), le flux s’écoule de droite à gauche quelle que soit l’allure des réservoirs verticaux. On pressent aussi que cela va se compliquer quand tout cela va quitter son équilibre !

Le sol est un système inertiel encore plus complexe et incompris, parce que semi-infini, si bien qu’on peut imaginer qu’il nous chante :

J’ai besoin qu’on m’aime
Mais personne ne comprend
Ce que j’espère et que j’attends
Qui pourrait me dire qui je suis ?
Et j’ai bien peur
Toute ma vie d’être incompris
Car aujourd’hui : je me sens mal aimé

Vous ne croyez pas ?

Si chez vous, vous avez un trottoir isolant et que vous voulez nous faire part de vos retour d’expériences, n’hésitez pas à le faire en commentaire ! Je serais aussi curieux de voir ce que donne vos suivis de température …

Nota Bene : Quelque spécialiste des ponts thermiques (il se reconnaîtra hihi p myopera smiley) m’a « reproché » une limite adiabatique en sous-sol ainsi qu’un maillage grossier. Avant que d’autres ne le suivent, je me permets de répondre !
Outre le fait que la norme EN13370 recommande une telle condition aux limites, le choix d’une température fixe en cet endroit me parait inadapté parce qu’elle rendrait compte d’un apport géothermique alors que l’existence d’une telle température est due à une réaction inertielle en condition semi-infinie à une variation de température pseudo-sinusoïdale en surface du sol. En clair, si le sous-sol est chaud, ce n’est que du fait de son exposition solaire (cf. mes travaux sur le puits canadien qu’un jour je rapatrierai ici) ! Quoiqu’il en soit, cela modifie très peu les résultats, et uniquement en été.
Pour ce qui est du maillage grossier sur les vidéos, c’est un choix motivé par les temps de calculs qui peuvent sans cela dépasser plusieurs heures et permettent difficilement de vous présenter un film avant des mois. Comprenez que le bénévole que je suis n’ait pas les moyens financiers d’assurer une telle réquisition de mon outil de travail. Il s’avère qu’un maillage grossier (100 x 100) est d’ailleurs largement suffisant pour avoir une précision sur les flux à 2 % près et à 10-6 % pour les températures. Suffisant pour cette démonstration, non ?

La perméabilité à l’air des isolants

Je le dis sans ironie : la RT2012 permet une belle avancée en s’intéressant à l’étanchéité à l’air. Les exigences restent, somme toute, modestes mais aux niveaux d’isolation où nous sommes rendus, il aurait été insouciant de ne rien imposer sur ce critère.

J’en veux, pour exemple,ce qui a été réalisé sur un de nos chantiers primés : le gain en étanchéité réalisé par l’entreprise a permis une diminution du besoin de chauffage théorique qui approche les 40%. Sans rien faire d’autre. Mais en ayant suivi un cheminement qui passe par l’incontournable « super-isolation » !

On le voit sur le graphique, on suit finalement le chemin ouvert par Passivhaus en bénéficiant de plus de tolérance grâce à notre climat doux. Au final, nous flirtons avec les performances du passif, mais sans franchir le rubicon du n50 < 0.6 h-1, le portail des 15 kWh/m²/an nous est resté fermé.

Oh, il n’y a pas à en rougir, la performance à l’air reste exceptionnelle pour cet hébergement : 10 fois mieux que les standards RT2012, trois fois mieux que ce qui est demandé pour une maison individuelle depuis cette année !

Voilà nos bâtiments rendus étanches et bien isolés. Sommes-nous enfin engagés sur la route de la sobriété des consommations ?

On peut l’espérer. Mais on peut aussi s’inquiéter que nombre de bâtiments s’écartent des prévisions de consommations. Jusqu’à présent, on a fait peu d’analyses des consommations en ramenant aux mêmes hypothèses que les calculs (pas simplement des relevés). Alors, et c’est normal, cela diverge tout le temps.

Aujourd’hui, les monitorings se font plus nombreux et l’on s’interroge sur les sources de désaccord.

Le choix est vaste pour expliquer les différences mais il est une source peu connue – peut-être peu impactante jusqu’à aujourd’hui du fait de la mauvaise étanchéité de nos bâtiments ante-RT2012 –, c’est la perméabilité à l’air intrinsèque des parois et en particulier des isolants.

Pour comprendre cela, prenons un schéma :

L’air est sournois et ne se contente pas de traverser les parois, il y a 4 phénomènes de convection distincts qui peuvent refroidir notre bâtiment en hiver (ou le réchauffer en été) :

  1. le premier est celui qui nous préoccupe actuellement, ce sont les infiltrations et les exfiltrations parasites qui font que notre ambiance intérieure se refroidit parfois rapidement en saison froide. En augmentant l’étanchéité de nos réalisations, nous luttons directement contre ce phénomène, par ailleurs inévitable (dans le sens que même une maison passive coule si on la jette à l’eau, l’étanchéité étant une chose relative !).
  2. le deuxième est lié à ce qu’on appelle l’étanchéité au vent, il s’agit d’un phénomène de convection forcée un peu comme quand vous soufflez sur vos doigts après avoir touché quelque chose de trop chaud. Le débit forcé va arracher plus de calories que de coutume à vos doigts si bien que vous allez les refroidir. Le « lavage du vent », c’est la même chose mais sur un bâtiment. Vous allez me dire : « oui, mais il y a un isolant ?! ». Bien sûr, mais ce forçage va tout de même arracher plus de calories à l’isolant, et donc au bâtiment, que sans contact direct avec le vent. Voilà pourquoi, il fait souvent froid dans les maisons (mal) isolées mais exposées au vent. On y reviendra… En attendant vous pouvez toujours coller de petits bouts de matériaux de toute sorte sur votre peau puis soufflez pour voir quand votre respiration atteint ou non sa cible. :p
  3. le troisième phénomène est liée à de la convection naturelle : si l’étanchéité à l’air de ma paroi intérieure est mauvaise, alors il se crée une boucle de convection qui va elle aussi être en capacité d’accélérer le refroidissement de mon bâtiment en hiver parce qu’il y aura un contact plus direct que prévu avec l’isolant. Là aussi, améliorer l’étanchéité à l’air (de la paroi intérieure) est une bonne façon d’éviter cela.
  4. le dernier phénomène est extraordinaire de subtilité et de sournoiserie ninja myopera smiley il s’agit de convections autour et dans l’isolant ! irked myopera smiley Si vous aussi, vous avez essayer de boucher un trou dans un mur avec de l’isolant, vous aurez remarqué combien… c’est inefficace ! La majorité des isolants sont perméable à l’air (ne pas confondre avec la perméabilité à la vapeur d’eau) et se feront donc un plaisir d’accueillir de la convection en leur sein et bien évidemment autour d’eux si on leur en laisse le loisir !

Ces phénomènes convectifs posent question. Nos façon de faire actuelles sont-elles bonnes, ne posons nous pas de l’isolation en toute inutilité ?

Hé bien, ce qui est sûr, c’est que l’étanchéité à l’air, parce qu’elle lutte contre deux des quatre phénomènes présentés ci-dessus, est un passage obligé pour amélioré la performance. Sans elle, on risque de refroidir directement l’ambiance intérieure (je me place souvent en hiver sans vous le dire, désolé worried myopera smiley) mais aussi de faciliter le refroidissement de l’isolant sur son côté chaud (et par conséquent augmenter les déperditions). C’est donc un passage obligé maintenant que l’on isole correctement.

On constate également, qu’au moins dans les zones concernées, il est essentiel d’assurer une protection au vent efficace pour éviter qu’Éole ne vienne à laver nos isolants des précieuses calories que nous souhaiterions garder pour nous. Se pose alors la question de la pertinence de certaines techniques, comme les isolations par l’extérieur avec pour seule protection de l’isolant un simple bardage ventilé (chez vous un indice, ventilé = ouvert au vent).

Pour lutter contre les phénomènes convectifs autour de l’isolant, on ne peut compter que sur de la bonne mise en œuvre ou sur des techniques de pose plus efficace que d’autres. On peut penser en particulier au bouvetage des panneaux isolants qui assure une moins bonne perméabilité à l’air tout au moins autour du panneau. Cette seule spécificité du produit ne résout pas tout, la mise en œuvre est là aussi primordiale.

blockquoteLFor large gaps and large temperature differences, reductions in thermal performance of 25 to 33% were measured. (Bomberg and Brown (2003))

Enfin, on ne peut passer à côté de la question qui vous titille sans doute : mais quels sont les isolants les moins perméables et quels sont les manche à air ?


Disons-le, clairement, les fabricants ne se battent pas en duel sur cet indicateur. Sauf ceux qui justement savent qu’ils ont là un avantage 🙂

Si on en entend peu parler ici en France, c’est que les laines minérales — de la barbapapa de verre ou de rocher si vous préférez — dont nous sommes de gros producteurs et de gros consommateurs, ne brillent pas par leur performances dans ce domaine. Elles sont, par exemple, 4 à 40 fois plus ouvertes au courant d’air et donc aux convections internes que la ouate de cellulose. Mais c’est très variable en fonction du type de fibres : ainsi un matelas avec des fibres mono-orientés sera bien moins perméables que de la laine de verre en vrac.

Autre point essentiel : la densité ! Plus votre isolant sera dense et moins il laissera l’air lui faire des misères. Cette constatation est une invitation à l’usage d’isolants dense. Mais attention qui dit densité dit beaucoup de matière dans peu de volume donc plus d’énergie grise, « sauf » à se tourner vers des isolants biosourcés ! Encore, je sais…

En zone ventée, il y aura couplage entre le lavage du vent et le les convections internes. Il faut donc là être précautionneux : assurer une bonne protection au vent avec un produit réellement « coupe-vent », user d’un isolant dense pour éviter les échanges convectifs en son sein, assurer une pose minutieuse… et bien sûr atteindre une étanchéité à l’air élevée, cela va sans dire. On comprend bien cette situation parce qu’on s’imagine bien à la place de la maison exposée au vent. On n’aurait pas idée de porter un gros pull en laine avec un © k-way dessous. S’il fait vraiment froid, on aurait même pas idée de mettre un © k-way par dessus la laine, on en mettrait tout bêtement un au dessus et un autre au-dessous ! Oh ben vous venez d’inventer la veste grand froid… Notez que ma veste a beau être grand froid, étanche à l’air comme à l’eau, elle peut très bien être « respirante » grâce au fameux GORE-TEX® (évacuation de la vapeur). Il en va de même pour mon bâtiment, que ce soit clair headbang myopera smiley

Bon okay, personne n’aurait l’idée de s’exposer en plein vent avec un simple pull en laine. Personne n’aurait non plus l’idée de se mettre, même en climat hivernal doux, sur le toît d’une maison sans un minimum de coupe-vent. Hé bien, c’est pourtant notre façon courante d’isoler nos combles : on déroule de la laine minérale à même le sol (parfois avec le pare-vapeur du bon côté tout de même) et c’est fini. Exposé ainsi mon isolant va subir la lavage du vent, pour sûr, mais également des phénomènes convectifs internes à partir d’une différence de température entre ces faces de 18°C à 29°C pour une laine minérale et plus de 40°C pour de la ouate.

On le comprend, la convection interne concerne donc surtout les zones à hiver rigoureux mais aussi… les zones à été chaud ! En effet plus l’isolant sera exposé à une surchauffe (d’où l’intérêt de zone tampon comme un grenier), plus il subira une pression convective faisant chuter la protection thermique qu’il assure. Alors que la densité amène de la masse thermique souvent bien opportune en été, cette même densité a aussi une utilité en tant que frein convectif !

Mais, même sans intenses mouvements convectifs à l’intérieur des isolants, le lavage du vent et les mouvements convectifs autour des isolants sont une source de fuites thermiques qui, si on y prête peu attention, sont une réalité de tous les jours même pour les chantiers les plus récents :

Ce que vous voyez-là, c’est un plafond intérieur qui donne sur un grenier. La couche d’isolant au-dessus est importante puisque la résistance thermique est proche de 7 m²K/W, pourtant des phénomènes convectifs, sans doute couplés à du lavage par le vent, est clairement apparent entre chaque jonction de panneau de laine minérale ou chaque défaut du plancher du grenier. Autant vous dire que ce chantier, que je connais très bien, nous a fait réviser notre vision de la bête isolation des combles !

La photo a été réalisée en hiver et l’écart thermique entre le plafond et l’extérieur est autour de 25°C bien que nous soyons en climat doux océanique. Finalement, même ici, on n’est pas loin de démarrer des phénomènes convectifs internes dans les laines minérales !

Là, il faudrait conclure non ?! 🙂

Ce n’est pas simple, il y aurait tant à dire. Je soulignerai simplement quelques points.

Tout d’abord que l’étanchéité à l’air n’est pas une lubie de thermicien. À partir du moment où l’on s’engage vers la basse-énergie, elle est incontournable. Et non, elle n’empêche pas forcément la vapeur de migrer par les parois. Et non on est pas comme dans un thermos, ou plutôt si, un thermos qui maintient votre café à la bonne température sans résistance électrique et qui en plus s’ouvre ! Tout ça pour dire que, oui, oui, on peut ouvrir les fenêtres dans une maison très-basse-énergie comme on ouvre le bouchon de son thermos. En général, on le referme aussi pour pas refroidir son café. C’est exactement la même chose dans la maison monkey myopera smiley

Ensuite, il est important de dire qu’il existe des phénomènes de convections naturelles et forcées dans les parois. Et que ces phénomènes risquent bien de gâcher la fête si on y prête garde !

blockquoteLImperfections that could in the past be ignored because they had a small impact on thermal control must now be understood and dealt with to meet the goals of high thermal performance building enclosures. (John Straube)

Entropie ?! Toi-même !

Quelle est la différence entre une forêt naturelle et un champ cultivé ? L’ordre, mon lieutenant !

Il est indéniable que dans un champ, tous les plants sont bien ordonnés, ou presque, de façon à ce que les tracteurs et autres machines agricoles puissent travailler à l’aise. À l’inverse, dans une forêt primaire, on ne retrouve pas cette propension à l’alignement et au rangement, même si on peut deviner, avec beaucoup de connaissances du milieu, une certaine logique.

C’est donc maintenant clair, la Nature n’aime pas l’ordre ! Il faut dire que ce n’est pas par inclination poétique que Mère Nature laisse le souk dans sa chambre, c’est tout bêtement parce que c’est une loi physique et donc naturelle, celle de l’entropie.

L’en-trop-quoi ? L’entropie !

L’entropie est une grandeur fondamentale de la famille de l’énergie qui — alors que sa cousine qualifie une capacité à produire un travail ou son équivalent — caractérise le degré de désordre d’un système. Figurez-vous que, dans notre univers, l’entropie ne cesse d’augmenter, depuis la nuit des temps, du fait de la tendance de l’énergie à se dissiper, allant d’un état concentré à un état diffus.

Reprenons notre champ. Bien ordonné, peu désordonné, son entropie est faible. Mais si on le laisse évoluer selon sa propre volonté, il va bien vite être colonisé par des plantes adventices puis verra bientôt arriver des buissons, des arbres pionniers et finira peut-être même en forêt. Ma forêt toute désordonnée de tout à l’heure, avec une forte entropie donc.

Durant cette évolution, mon entropie n’a cessé d’augmenter, proportionnellement au désordre. Il en va de mon champ qui s’ensauvageonne comme la goutte de colorant se répand dans le verre d’eau, il y a diffusion et dilution du composant initial.

Mon système a, naturellement, évolué d’un état ordonné à un état désordonné, son entropie a augmenté.

Mais ne suffit-il pas que le paysan désherbe pour que l’entropie cesse son envol ? Oui et non.

Si quelqu’un extérieur au système intervient, bien sûr l’entropie du système stagne mais si on élargit le focus et qu’on y inclut le paysan, elle augmente d’autant plus rapidement que l’agriculteur intervient avec force et régularité.

Tout simplement parce que l’énergie qu’il va mettre dans son activité est issue elle-aussi d’une augmentation du désordre.

Imaginons par exemple que cet agriculteur moderne désherbe chimiquement. Pour appliquer son produit, il lui faudra surtout beaucoup de pétrole (pour le tracteur comme les composés pétro-chimiques sans parler de sa propre activité) et cette ressource-là aura été extraite d’un lieu où elle était concentrée pour être diffusée, entre autres, à tous les désherbeurs chimiques du monde.

Sans mouvement perpétuel donc, il n’existe nulle autre alternative que la création entropique perpétuelle.

En quoi est-ce un souci ?

Prenons une ressource non combustible comme le cuivre. Lorsque les gisements de cuivre connus seront presque tous épuisés, cela signifiera que le cuivre aura été réparti plus ou moins régulièrement sur la terre et que l’entropie aura de fait augmenté.

Pour revenir à un état de faible entropie, donc une ressource concentrée, il faudra encore de l’énergie. Donc à chaque fois qu’on augmente l’entropie, il faut prévoir encore plus d’énergie pour compenser ses effets, ce qui créera de toute façon encore de l’entropie à l’échelle planétaire. Quel cercle vicieux, n’est-ce pas ?

Si demain, tout mon cuivre est diffusé sur la planète et que j’ai besoin d’une grande quantité de cuivre, il me faudra dépenser beaucoup d’énergie pour le récupérer, bien plus que si la ressource était restée concentrée.

Dans un monde globalisé où l’énergie se fait rare, c’est donc un truisme que d’affirmer qu’il est raisonnable de ralentir la création entropique parce que nous ne pouvons ni la contenir totalement ni l’inverser.

Vous allez me dire : « oui, mais comment ? ».

Pour savoir comment faire, il faut bien avoir en tête que l’entropie est liée à sa cousine l’énergie…

Souvenez-vous de l’exercice de la luge, grand classique du baccalauréat en physique, l’énergie mécanique n’existe que sous deux formes : l’énergie cinétique, liée au mouvement (= flux), et l’énergie potentielle, liée à la masse (= matière).

Hé bien, pour limiter la création entropique, je vais considérer ces deux formes d’énergie, l’une liée au flux, l’autre à la matière.

Considérons, donc, tout d’abord les flux énergétiques et demandons-nous comment ralentir la création d’entropie. Prenons un exemple simple : celui de la production d’électricité par une centrale nucléaire.

Entre le contenu énergétique de la ressource primaire (fossile ou fissible) et ce qui arrive chez vous, il y a des pertes voire même beaucoup de pertes comme le montre le schéma ci-dessus.

Toute cette énergie qui réchauffe le ciel et les cours d’eau est inutile (ni les poissons ni les oiseaux ne la réclame explicitement 😆 ), elle ne sert qu’à remplir la poubelle entropique qui se réjouit d’accueillir un peu plus de désordre.

Il n’est guère besoin d’être visionnaire pour comprendre qu’il n’y a que deux moyens de réduire l’anergie et donc la création entropique qui lui est liée : il faut soit augmenter le rendement de production d’exergie, soit diminuer le besoin d’exergie. Ou encore mieux : faire les deux en même temps !

Voilà comment on en arrive aux deux piliers fondateurs de la démarche Négawatt : la sobriété et l’efficacité. Être sobre, ce n’est jamais que réduire la demande exergétique, être efficace, c’est diminuer le rapport anergie sur exergie. Il n’y a pas besoin d’être militant pour comprendre cette démarche, il suffit d’avoir quelques notions de physique.

Maintenant, l’entropie ne se cache pas que dans les flux énergétiques mais aussi dans la matière qui est, en quelque sorte, de l’énergie gelée, stockée. Comment fait-on avec la matière, les matériaux, nos ressources ?

Hé bien, comme pour les flux énergétique, il faut réduire les flux de matière mais aussi éviter de les mélanger, ce qui est essentiel ! Pourquoi ? Parce que le mélange de matière, c’est un accroissement du désordre problématique puisqu’il rend la séparation difficile voire impossible, c’est donc une voie de remplissage de la poubelle entropique. Une voie qu’on a tendance à oublier…

Il en va finalement de la matière comme des flux énergétiques, réduire la création entropique est une question de réponse appropriée et efficace aux besoins, qui passe donc dans le bâtiment par :
– la revalorisation des matériaux anciens ou déchets de fabrication,
– le séparation nette et la production de produits dérivés recyclables purs,
– les emballages minimisés,
– des distances de transports limités,
– de faibles énergies grises,
– le choix de matériau et de mode de construction facilitant la séparation et l’accès aux matériaux,
– le choix de matériaux durables.

Peut-être, comprenez-vous, mieux, dès lors mon penchant pour la paille, brute et pure, sans manufacture outrancière. spock

« Le bois n’a pas de capacité d’accumulation de chaleur, il reste à la température de surface ». Vrai ou faux ?

« Le bois est un matériau « chaud », il jouit d’une faible effusivité (ou faible chaleur subjective), qui fait qu’il a une tendance forte à maintenir une température constante. »

Holalala, on dirait une définition encyclopédique 😦

Reprenons !

Vous avez, je suis prêt à prendre le pari, fait l’expérience de poser votre main sur un revêtement de bois et sur un mur de béton. Vous avez noté combien votre main vous a paru chaude sur le bois alors que vous avez eu une sensation de froid sur le béton. Voilà deux matériaux qui présentent une chaleur subjective différente.

Mais d’où vient ce phénomène ?

Un matériau est caractérisé, thermiquement, par deux paramètres : le premier est la conductivité thermique, que l’on ne peut ignorer dès lors qu’on a déjà acheté de l’isolant, le second est la chaleur volumique, qui signe la capacité de stockage.

On pourrait très bien représenter cela par de petits ballons. En effet, si on imagine la chaleur comme un souffle alors le diamètre de l’embout du ballon serait à l’image de la conductivité du matériau et le volume du ballon lui-même serait une bonne représentation de la capacité de stockage du matériau.

Dessinons donc quelques un de ces ballons :

Ces petits ballons sont bien sympathiques pour comparer, sans migraine, les capacités inertielles de matériaux.

Regardez-y à deux fois et vous ne pourrez que constater que bois lourd (ex: le chêne) et le béton armé jouissent de la même chaleur volumique (à même volume donc), comme le bois léger (ex: les résineux ou le peuplier) a un capacité voisine de celle des parpaings.

Il est faux de dire que le bois (lourd) n’a pas de capacité d’accumulation de chaleur, si, si, tout autant que le béton en réalité ! Cela signifie que pour un même échauffement et un même volume, il « contiendra » le même nombre de calories.

Si les chiffres vous manquent, sachez qu’élever un m3 de bois (lourd toujours) comme de béton de 1 °C nécessitera 600 Wh, dans les 2 cas.

Mais si le bois (lourd, oui, oui) et le béton ont la même capacité de stockage, ils n’ont pas la même inclination à stocker. Un peu comme deux millionnaires peuvent être plus ou moins enclins à partager, une question de générosité quoi 🙂

Et à ce petit jeu, celui qui est le moins enclin au partage, c’est le bois. Regardez comme son embout est petit comparé au béton. Il a le ventre plus gros que les yeux à l’inverse de son cousin minéral qui lui est tout aussi obèse mais plus boulimique.

On peut reprendre les chiffres, ou utiliser Wall-T, pour mener une comparaison sur, par exemple, une paroi épaisse de 20cm. Du fait d’une plus grande conductivité, l’inertie du mur de béton est plus du double de celle du mur de bois (I = 72 Wh/m²/K contre 27 Wh/m²/K).

Un matériau avec une telle capacité de stockage et un caractère aussi « généreux », voilà qui en fait le choix idéal pour de l’inertie d’absorption, c’est-à-dire celui qui s’efforce d’empêcher les variations de la température intérieure. À la façon d’un pisé qui se prendrait pour un refend

Pour autant, mon mur de bois (lou…) ne démérite pas, il se permet de concurrencer la brique en tant que mur d’inertie d’absorption de même épaisseur (I = 36 Wh/m²/K). Les refends en chêne vont-ils remplacer ceux en brique ? 💡

Mais là où il montre une qualité que n’ont pas les autres, c’est dans sa capacité à apporter de l’inertie à la transmission d’un flux de chaleur. Alors que mon mur de béton va transmettre l’onde de chaleur extérieure avec un décalage de 4 h et une réduction de son amplitude au tiers de la valeur initiale, le mur de bois va lui occasionner un retard de 7 h et une réduction de l’amplitude de 85 %.

De cette seule comparaison de deux matériaux, on comprend bien que les matériaux de forte masse thermique (chaleur volumique) ont des intérêts différents selon leur inclination à l’échange : quand on va placer le plus généreux au cœur d’un bâtiment pour stabiliser les fièvres qui pourraient y naître, les moins partageurs se verront muter en périphérie pour retarder et affaiblir les assauts du climat extérieur.

Sur le graphique ci-dessus, on distingue bien ces matériaux : les plus effusifs sont les plus à même de stocker et les moins effusifs présentent eux des capacités de protection contre les variations thermiques.

Mais, il y a une particularité qui saute aux yeux. On constate, en effet, qu’il existe plus d’écart d’attributs thermiques entre la laine de verre et une botte de paille qu’entre un béton armé et un bois léger !

Bien qu’étant un isolant comme la laine de verre (λ = 52mW/m²/K < 65mW/m²/K qui définit les isolants dans la Réglementation thermique), son effusivité comme sa diffusivité se rapproche de celle du béton cellulaire, de la brique ou du bois léger.

Qu’est ce que cela implique ?

Prenons un exemple estival théorique mais concret : une vague de chaleur sinusoïdale faisant monter la température à 35 °C à 17 h, et descendre à 15 °C la nuit et qui viendrait à frapper une toiture isolée soit avec 36 cm de paille soit avec 28 cm de laine minérale de faible densité (résistances thermiques équivalentes).

Du fait de ces caractéristiques thermiques (notamment visible sur le graphe plus haut), une botte de paille de 36 cm transmettra la vague de chaleur sur sa face interne avec un retard de 17 h et un amortissement réduisant l’amplitude extérieure à 1 % de sa valeur initiale. Le pic sur la face interne de cette paroi a lieu à 10 h du matin et dépasse à peine 25,1 °C !

Avec la laine minérale peu dense, l’atténuation n’est qu’à 43% de l’amplitude initiale et le déphasage que de 3h, le pic a donc lieu à 20h et vaut 29,3°C tout de même !

paille_VS_laineminRefaites les calculs vous-même avec Wall-T, si vous voulez 😉

S’agissant de combles, il y aurait relativement peu de surfaces d’échange avec l’ambiance intérieure, alors selon les caractéristiques du bâtiment, ce phénomène pourrait être plus ou moins dilué. Mais avec des rampants (aménagement de combles en particulier), on a peu de volume pour beaucoup de surfaces de toiture — proches des occupants qui plus est — la différence risque donc de se faire bien sentir !

Avec moins d’isolant, c’est encore plus rigolo ! Par exemple, chez moi (:jester:) les 8 cm de laine de verre de quelques rampants amènent un pic de la face interne à 18 h pour 41 °C. Autant vous dire que la pièce monte bien en température et qu’on sent fort bien le rayonnement du rampant. Imaginons que je puisse remplacer cette couche isolante par la même – ridicule – épaisseur de laine de bois, alors le pic ne serait que de 28 °C à minuit…

paille_VS_lainemin_incendieAutre cas intéressant : un incendie. Supposons que la face interne (ignifuge, bien sûr) de ma toiture soit amenée à une température de, disons, 200 °C à midi. Si ma charpente est cachée derrière 8 cm de laine de verre, elle montera à plus de 150 °C dès 13 h et s’auto-enflammera sans nul doute. Si c’est une botte de paille de 37 cm, la charpente atteindra son pic dans la matinée du lendemain, vers 5 h du matin, à moins de 30 °C :o, largement le temps de sortir les meubles et d’intervenir sur l’incendie avant que le toit ne menace de tomber sur la tête des pompiers.

Regardez donc ici, en vidéo, comme la paille brûle mal et comme elle se maintient à basse température :

« 420°C à l’intérieur… et au niveau des murs de paille : on est à 23°C au plus chaud… »

50 quilles aux waters

Vous n’avez pas les moyens d’acheter une maison BBC ou passive, tout juste un pécule suffisant pour une rénovation d’une petite maison défraîchie ? Dès lors, vous vous dites que vous êtes un méchant pollueur ?!

Pas de panique et avant de nous faire une dépression, voyons ensemble si vous méritez d’être aussi mal jugé !

En 2011, la famille Dupont a acheté un pavillon de 150 m² en périphérie d’une grande ville. Ils ont fait appel à un architecte qui leur a livré une maison certifiée BBC.

La même année, la famille Durand a fait l’acquisition une bâtisse (100 m²) plus que centenaire, toute de moellons, situé en zone rurale, mais pour un coût inférieur à celle des Dupont de 25% tout de même. Bon, en revanche, l’étiquette DPE annonce une catégorie F.

Lorsque, l’hiver dernier, M. Dupont est venu raconter à Gaston, le papi des Durand, non sans une certaine fierté, qu’ils avaient fait l’achat d’une maison presque passive, le vieux monsieur n’y a pas compris grand chose :

« — Vous voyez, Gaston, dans notre maison, on a beau être peu nombreux, notre chaleur est suffisante pour chauffer toute la maison.
— …
— Du coup, on consomme moins de 50 kilowatts-heures chaque année !
— Bah… nous, quand j’étais jeune, on était nombreux dans la maison mais on chauffait pas alors… pis, on mettait pas les quilles aux waters, d’ailleurs on avait pas de vater. »

Veuillez m’excuser pour le jeu de mots laid… Remarquez en revanche, le bon sens de M. Gaston Durand : alors qu’aujourd’hui, chaque personne consomme peu par mètre carré mais jouit de beaucoup de surface, hier on consommait beaucoup pour moins de mètres carrés et … avant-hier on consommait peu pour encore moins de mètres carrés ! knockout myopera smiley

surface à vivre et efficacité énergétique

Revenons à nos 2 bâtiments, les foyers respectifs des Durand et Dupont.

La maison des Dupont est une maison parallélipipédique (j’ai bon ? confused myopera smiley) en brique, isolée avec 15 cm de polystyrène dans les murs et 40 cm de laine de verre dans les combles. L’ensemble des murs est doublé de placo-plâtres recouverts de toile de verre (miam ! chefb myopera smiley). Chaque façade est ouverte sur 25% de sa surface et équipée de menuiseries double-vitrage PVC, performantes bien sûr. Au final, la consommation de chauffage est de 25 kWh/m²/an.

La maison des Durand est de même forme mais plus petite et ne bénéficie d’aucun de ces matériaux si ce n’est quelque isolation en toiture. Elle est moins ouverte sur l’extérieur (20% des façades). Sa consommation de chauffage est de 200 kWh/m²/an, le DPE ayant surestimé la consommation réelle de ce bâti très ancien.

Cette dernière maison ne peut guère faire concurrence à la première et c’est évident quand on regarde les consommations cumulées de chauffage : ce que la maison des Durand aura consommé dans 40 ans est équivalent à ce que la maison des Dupont aura consommé… en 2 223 !

Mais les Durand ont l’espoir de faire quelques travaux conséquents, avant 2015, en isolant leur maison tout autant que celle des Dupont. Une telle intervention divisera par 4 leurs consommations de chauffage et infléchira la courbe précédente, réduisant à 30 ans l’écart de temps de consommation des deux maisons. Nul doute, rénover, ça marche !

Cependant, raisonner ainsi, c’est ignorer un paramètre essentiel : les Durand n’ont pas fait construire leur maison, elle existait avant eux, pas celle des Dupont.

Pour faire sortir de terre la maison des Dupont, il a fallu fabriquer et mettre en œuvre des matériaux, et cela a coûté de l’énergie, dite grise pour caractériser son aspect caché. Alors, oui, bien sûr, cette énergie-là ce n’est pas celui qui l’utilise qui la paye forcément mais, au final, son coût est à la charge de tous !

Les Durand n’ont eu à faire appel qu’aux matériaux de rénovation, qu’ils ont pris soin de choisir : laine de chanvre, ouate de cellulose, terre et bois. L’énergie grise qui a servi au gros œuvre de leur bâti n’est pas attribuable à leur seule personne, et, qui plus est, elle est très faible puisque la maison est faite des matériaux issus du terrain qui l’entoure (pierre et terre).

Ces énergies grises représentent tout de même l’équivalent de 17 années de consommation conventionnelle BBC (fixée à 50 kWh/m²/an) pour la maison Dupont, et seulement 8 années pour la maison Durand. Finalement, la maison des Dupont ne sera BBC que dans 17 ans, quand elle aura amortit sa construction cry myopera smiley

Et puis, figurez-vous que l’énergie économisée, entre les deux projets, pourraient nourrir les deux familles pendant 200 mois (soit 17 ans, encore) ! 363 114 pizzas margherita …

Maintenant que nous avons intégré cette externalité, regardons ce que deviennent les courbes comparatives précédentes :

Voilà qui change tout !

Le bâtiment des Dupont, alourdi de sa charge grise, ne commence plus la course en tête, il ne la reprend d’ailleurs qu’en 2035 soit dans plus d’une une vingtaine d’années ! Sans même rénover leur maison, le bâtiment des Durand restera moins impactant sur l’environnement jusqu’en 2018.

Nous pourrions ramener tout cela en kWh/m², mais ce serait évidemment handicaper la maison la plus petite et favoriser celle des occupants les plus aisés. Est-ce bien juste ?

Intéressons-nous, plutôt, à ramener ces dépenses énergétiques au nombre de personnes. Souvenez-vous, nous vous avions laissé imaginer un scénario catastrophe où la fiscalité se mêlerait de consommations énergétiques (mobilité, logement, alimentation), et dans lequel nous aurions un décompte si ce n’est des personnes, en tout cas des parts fiscales liées.

La famille Dupont est un couple avec un enfant unique, la famille Durand également, mais elle héberge aussi papi Gaston !

Le résultat est très intéressant. La famille Durand maintient une dépense énergétique par personne constamment plus faible que celle de la famille Dupont grâce à 3 facteurs-clefs que sont la taille plus réduite de leur maison, le plus fort taux d’occupation et la rénovation efficace basée sur des matériaux bio-sourcés.

Finalement, ce conte a une morale en 4 actes, une par comparaison temporelle happy myopera smiley :
– la construction basse ou très-basse-énergie fait montre d’une efficacité indubitable. Ne pas s’engager sur cette voie aujourd’hui serait idiot,
– les rénovations – du même type ! – sont indispensables pour éviter d’avoir un parc immobilier à deux vitesses,
– limiter les matériaux à forte énergie grise, privilégier les matériaux biosourcés, dans les bâtiments à rénover, permet de réduire l’écart avec le neuf, surtout si on n’a pas eu une telle démarche dans le neuf,
Quel que soit le projet, limiter l’énergie grise est avantageux, de toute façon, puisque c’est conserver du capital pour produire autre chose !
– les kWh/m²/an sont un indicateur comme les autres dont la vocation est d’amener les bâtiments vers la plus grande sobriété énergétique mais ils ne doivent amener aucune culpabilité, d’autant plus qu’il ne rendent pas compte de facteurs améliorant très notablement la performance absolue (« moins de m² » = limitation des surfaces artificialisées, « moins de m² superflus » = mutualisation des moyens, ce qui est l’inverse de ce qu’on constate [en]).

Voilà, j’espère que papi Gaston aura maintenant plus d’arguments à opposer à son voisin yes myopera smiley