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BUT Génie Civil – Construction Durable
SAE 2.5 : Performance d'isolation d'un élément
d'ouvrage simple et solutions pour satisfaire des contraintes hygrothermiques
Étude hygrothermique des parois
d'une maison individuelle
Mathilde DALIGUET et Alexia MACÉ - Le 24/05/2023
BUT Génie Civil – Construction Durable SAE 2.5 : Performance d'isolation d'un élément d'ouvrage simple et solutions pour satisfaire des contraintes hygrothermiques
INTRODUCTION
Lors de cette SAE, nous avons réalisé une étude hygrothermique des parois d'une maison individuelle. Cette étude porte sur une maison individuelle de plain-pied. Les objectifs de cette SAE sont d'étudier la performance hygrothermique des parois extérieures de cette maison en calculant la résistance thermique à la chaleur et à la vapeur ainsi qu'en déterminant les flux de chaleur. Grâce à ces résultats, on a pu déterminer d'une part, le profil de température au sein de quatre parois, le mur extérieur, le plafond, le plancher bas et les portes. D'autre part, conclure sur le risque de condensation interne dans deux de ces parois, le mur extérieur et le plafond. Dans un premier temps, nous étudierons les transferts thermiques puis les transferts d'humidité. A partir de ces résultats, nous tenterons de proposer des solutions d'isolation pour les murs extérieurs et le plafond.
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BUT Génie Civil – Construction Durable SAE 2.5 : Performance d'isolation d'un élément d'ouvrage simple et solutions pour satisfaire des contraintes hygrothermiques
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I) Transferts thermiques
Lors de cette première partie, nous avons étudié quatre parois : les murs extérieurs, le plancher bas sur terre-plein, le plafond sur combles faiblement ventilés, la porte donnant sur l'extérieur et celle de service donnant sur l'extérieur. Nous avons donc calculé les résistances thermiques et les coefficients de transmission thermique à l'aide des formules suivantes. L'ensemble des résultats sera mis dans un tableau et nous détaillerons seulement les calculs des murs extérieurs.
Calculs détaillés des murs extérieurs :
Résistances thermiques e R mur = Σ + Rsi + Rse = λ
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Résultats du plafond combles :
R1 = Risolant + Rplâtre + Rsi + Rse
R2 = Rplâtre + Rlambourdes bois + Rsi + Rse 1 1 U1 = et U2 = R1 R2 U1 x l1 + (U2 x l2) x 2 Up = U moyen = (l1 + l2) x 2 1 RT = R totale = Up
Résultats de la porte donnant sur l'extérieur :
Résultats de la porte de service donnant sur l'extérieur :
On a ensuite calculé les surfaces déperditives de chaque paroi opaque en considérant les dimensions intérieures. C'est à dire, celle des murs, de la dalle, du plafond et des portes.
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On a ensuite continué avec les calculs du flux de chaleur pour chaque paroi, puis le flux total perdu par l'ensemble des ces parois.
Calculs détaillés des murs extérieurs :
Flux de chaleur
Φ = Up x S x (θi - θe) Φ = 0.332 x 74.245 x (19-(-4)) Φ = 566 W
Résultats des autres parois :
Pour le mur extérieur et le plafond seulement, on a calculé la densité de flux ainsi que les températures d'interface.
Calculs détaillés des murs extérieurs :
Densité de flux φ = Up x (θi - θe) φ = 3.332 x (19-(-4)) φ = 7.636 W/m²
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Résultats du plafond combles :
Densité de flux φ = Up x (θi - θe) φ = 0.334 x (19-5) φ = 4.2 W/m²
Calculs détaillés des murs extérieurs :
Températures d'interfaces Φsi = Φi - φ x Rsi Φ1 = Φsi - φ x Rplâtre Φ2 = Φ1 - φ x Risolant Φ3 = Φ2 - φ x Rbéton Φse = Φ3 - φ x Renduit Φe = Φse - φ x Rse
Sur papier millimétré, on a réalisé le profil de températures au sein de ces deux parois. Nous avons remarqué que c'est à travers l'isolant qu'une grande partie de la chaleur s'évaporait. On propose ainsi d'installer un pare vapeur pour limiter au maximum les déperditions de chaleurs ou d'augmenter l'épaisseur de l'isolant. (Voir Fig 7 et Fig 8 en annexe).
II) Transferts d'humidité
Lors de cette deuxième partie, nous avons étudié deux parois : les murs extérieurs et le plafond. A partir des compositions de parois données en annexe, nous avons calculé les résistances à la diffusion de vapeur d'eau. Puis, en utilisant la méthode de Glaser, on a calculé et tracé les profils de pressions de vapeur saturante ainsi que le profil de pression de vapeur pour chacune des deux parois. On a pour finir pu déterminer, si il y avait un risque de condensation ou non.
Calculs détaillés des murs extérieurs :
Résistances à la diffusion de vapeur d'eau : Rd
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On a ensuite utilisé la méthode Glaser pour calculer et tracer les profils de pressions de vapeur saturante ainsi que le profil de pression de vapeur pour chacune des deux parois.
La méthode Glaser évalue le risque de condensation dans la masse par comparaison entre Pvap et Psat. SI, dans l'épaisseur de la paroi, la courbe Pvap est plus haute que Psat, alors il y aura condensation. Il y a différentes étapes : tout d'abord, on convertit les températures d'interfaces trouvées précédemment en degré, en Kelvin. On calcule Psat et Pvap entre chaque composant. Puis, gv qui est le coefficient de perméabilité du matériau considéré à la vapeur.
Psat
( ) 17.269 x T - 4717.03 T - 35.85 Psat = 610.5 x exp
Pvap, si et Pvap,se HR Pvap, si = ( 100 ) x Psat, si Avec une humidité relative intérieure à 50%
HR Pvap, se = ( 100 ) x Psat, se Avec une humidité relative extérieure à 80%
Coefficient de perméabilité, gv
Pvap, si - Pvap, se gv = Rd
Pvap 1
Pvap 1 = Pvap, si - gv x Rd plâtre
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Pression de vapeur : Pvap
Résultats du plafond combles :
Résistances à la diffusion de vapeur d'eau : Rd
Pression de vapeur : Pvap
Y'a t-il un risque de condensation dans ces parois ?
Comme on peut observer sur les profils de pressions de vapeur saturante, il n'y a pas de risque de condensation dans le plafond (Fig 1). Cependant, dans le mur le risque est relativement élevé (Fig 2). Psat suit la température : elle chute au niveau de l'isolant, donc sur la face intérieure du mur. Il y a un risque de condensation à l'interface isolant/béton, car l'isolant n'influence pas le flux de vapeur.
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Fig 1 : Profil de pression du plafond combles
Fig 2 : Profil de pression des murs extérieurs
III) Amélioration des performances
A partir de nos résultats de calculs effectués précédemment, on a pu remarquer que notre
isolation n'était pas optimale et que cela créait de grandes déperditions de chaleur. En effet, nos valeurs de résistance thermique ne correspondent pas aux recommandations ci dessous pour atteindre les performances réglementaires actuelles.
Notre résistance du mur extérieur est de 3.008 m².K/W et celle du plafond est de 2.994 m².K/W. On peut observer que cela ne correspond pas aux normes. Afin de régler ce problème, on modifiera l'épaisseur de l'isolant.
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Modification de l'épaisseur de l'isolant
Pour le mur :
Notre R mur est inférieur aux recommandations , on va donc modifier l'épaisseur afin qu'elles correspondent aux normes. Il doit être compris entre 4 et 6 m².K/W.
e 6 = 0.011 + 0.21 + + 0.052 0.039 e 0.039 = 6 - 0.011 - 0.21 - 0.052 - 0.17 → e = 217 mm
Il faudra avoir une épaisseur d'isolant compris entre 138 et 217 mm pour être en accord avec les réglementations. On prendra alors 200 mm.
Pour le plafond combles :
Notre R plafond est inférieur aux recommandations , on va donc modifier l'épaisseur afin qu'elles correspondent aux normes. Il doit être compris entre 7 et 10 m².K/W.
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Minimum de R = 7 m².K/W
R plafond = Rplâtre + Rlaine de verre + Rsi + Rse
e R plafond = 0.052 + + 0.14 0.041 e 7 = 0.052 + + 0.14 0.041 e 0.041 = 7 - 0.14 - 0.052 → e = 279 mm
Maximum de R = 10 m².K/W
R plafond = Rplâtre + Rlaine de verre + Rsi + Rse
e R plafond = 0.052 + + 0.14 0.041 e 10 = 0.052 + + 0.14 0.041 e 0.041 = 10 - 0.14 - 0.052 → e = 402 mm
Il faudra avoir une épaisseur d'isolant compris entre 279 et 402 mm pour être en accord avec les réglementations. On prendra alors 300 mm.
En modifiant l'épaisseur de notre isolant, nous avons réalisé de nouveau les calculs de départ afin de recalculer notre flux de chaleur perdu. On a lors obtenu ceci :
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On peut conclure qu'en modifiant l'épaisseur de notre isolant, cela apporte de réelles améliorations sur les performances thermiques de nos murs extérieurs et de notre plafond. De plus, on réalise des gains de 46% pour les murs extérieurs et de 26% pour le plafond ce qui peut représente beaucoup notamment sur les factures d'électricité car l'utilisation du chauffage ne sera moins nécessaire
Modélisation des parois sur le logiciel Ubakus
En dernier point, nous avons modélisé nos parois initiales sur le logiciel ubakus afin de mieux nous rendre compte de la condensation qu'il y a entre paroi.
Fig 3 :Thermogramme du mur extérieur sur ubakus
Fig 4 :Thermogramme du plafond sur ubakus
Cependant, lorsque nous avons voulu modifier nos parois initiales avec les améliorations vues précédemment cela n'a pas marché pour une raison inconnues.
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CONCLUSION
Cette étude qui porte sur une maison de plain-pied nous a permis tout d'abord d'appréhender l'ensemble des calculs vus durant les cours de TTH (Transferts Thermiques et Hygrothermiques). Les calculs de transferts d'humidité nous a permis de comprendre le rôles de la condensation dans une paroi grâce à la méthode de Glaser. De plus, on a pu se mettre à la place d'un bureau d'études dans le but d'améliorer les performances thermiques et hydriques de ce bâtiment en proposant des solutions d'amélioration au niveau de l'isolation pour réduire le risque de condensation.
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Fig 5 : Plan de façade de la maison étudiée
Fig 6 : Plan côté de la maison étudiée
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Fig 7 : Thermogramme du plafond combles
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Fig 8 :Thermogramme du mur extérieur
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Devoir de Contrôle N°1 Avec Correction - Math Etude de Fonctions-Fonctions Réciproques-Suites Réelles-Nombres Complexes - Bac Math (2014) MR Mhamdi Abderrazek
Devoir de Contrôle N°1 Avec Correction - Math Etude de Fonctions-Fonctions Réciproques-Suites Réelles-Nombres Complexes - Bac Math (2014) MR Mhamdi Abderrazek
