Produits minces réflechissants
Sommaire
- Produits minces réfléchissants : mise à jour de la note du GS 20
- La performance thermique des Produits Minces Réfléchissants s'exprime exclusivement par la résistance thermique R
- Résistance thermique des parois intégrant des produits minces réfléchissants
- Etude des déperditions thermiques au travers des produits réfléchissants en parois opaques en hiver par mesures en environnement extérieur (essais in situ)
- Produits minces réfléchissants : neuf Avis Techniques délivrés
Produits minces réfléchissants : mise à jour de la note du GS 20
Certaines conditions de mise en œuvre et d'application dans les ouvrages pouvant conduire à des insuffisances de performances ou à des désordres : il est essentiel d'avertir les acteurs concernés et d'apporter des réponses aux questions que les artisans et les particuliers se posent dans leur quotidien.
Le Groupe spécialisé n°20, constitué de professionnels représentant les différentes composantes de l'acte de construire, a estimé nécessaire de faire un point de l'état des connaissances en actualisant la note d'information publiée en juin 2004 " Performances des produits réfléchissants opaques utilisés dans l'enveloppe des bâtiments en tant que complément d'isolation thermique".
La performance thermique des Produits Minces Réfléchissants s'exprime exclusivement par la résistance thermique R
La majorité des industriels de l'isolation s'est appliquée à développer d'excellents produits et à justifier les performances des Produits Minces Réfléchissants selon les exigences de protocoles reconnus par la communauté scientifique internationale et les professionnels de la construction. D'autres sont cependant susceptibles d'annoncer des performances plus élevées que celles qu'il conviendrait d'attribuer à leur produit, sans aucune justification probante.
Les utilisateurs s'exposent alors à de graves déconvenues. Non seulement les économies escomptées ne seront pas au rendez-vous, mais encore les travaux réalisés pourraient contrevenir aux nouvelles exigences réglementaires sur les bâtiments neufs et les bâtiments existants.
Le CSTB rappelle aux particuliers et aux professionnels que la performance thermique des isolants s'exprime exclusivement sous la forme d'une résistance thermique R mesurée en unités du système international de mesure (m²K/W) à l'exclusion de toute autre appellation.
Par communiqué du 7 novembre 2007, le ministère de l'Ecologie, du Développement et de l'Aménagement Durable (DGUHC) a rappelé que seule cette résistance thermique R doit être utilisée pour l'application de la réglementation de manière à garantir aux occupants la performance qu'ils sont en droit d'attendre dès lors que les ouvrages sont conçus et réalisés conformément aux règles de l'art.
Dans le cas particulier des produits minces réfléchissants, la résistance thermique R peut être déterminée dans le cadre d'un Agrément Technique Européen ou d'un Avis Technique.
A ce jour, huit produits de cette nature ont fait l'objet d'un Avis Technique (voir article plus bas). Ces avis sont disponibles sur le site internet du CSTB. Pour deux de ces produits, un Agrément Technique Européen est en cours d'instruction en vue de leur marquage CE. Pour les produits minces réfléchissants qui ne disposent pas d'un Agrément Technique Européen ou d'un Avis Technique, la valeur de la résistance thermique R à utiliser par défaut, conformément aux dispositions réglementaires rappelées par le ministère, est fournie par les règles d'application THBât.
Résistance thermique des parois intégrant des produits minces réfléchissants
AVERTISSEMENT
Dans le cadre d'un Programme de Recherche et d'Expérimentation sur l'Energie dans le Bâtiment (PREBAT), l'Etat français a financé, via l'Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie (ADEME), deux études de Recherche concernant les produits minces réfléchissants ; l'une réalisée par le CNRS et la société KDB, l'autre réalisée par l'Ecole des Mines de Paris et le CSTB. Ainsi, par convention, l'ADEME a financé la réalisation d'une étude par le CSTB et l'Ecole des Mines de Paris sur les « méthodes d'évaluation et performances thermiques des produits réfléchissants (hiver et été) ». Les résultats des deux études ayant convergé scientifiquement ont donné lieu à une communication commune CNRS, Ecole des Mines de Paris et CSTB dans le cadre des journées du PREBAT d'Aix les Bains le 21 mars 2007. Plus récemment, l'ADEME a autorisé et validé la communication du rapport d'avancement d'étude du CSTB du 13 juin 2007. De même, l'ADEME a autorisé et validé la présente communication dans la mesure où les méthodes d'essais et les résultats de mesure qui y sont exposés sont par nature définitifs. Enfin, il convient de souligner que le contenu de ces communications a pour objectif de faire progresser la connaissance dans le domaine considéré et que l'étude a été réalisée indépendamment de tout intérêt commercial et que par conséquent ni ses auteurs ni l'ADEME ne sauraient être tenus responsables de toute utilisation qui pourrait en être faite.
Cette communication, présentée aux Journées PREBAT du 21 mars 2007, donne les premiers résultats définitifs des deux projets PREBAT, financés par l'ADEME, évaluant la résistance thermique des parois intégrant des produits minces réfléchissants.
Dans un premier temps, l'ensemble des normes de mesures et de calculs disponibles sont passées en revue.
Dans un second temps, une méthode de mesure originale développée au LET a permis de déterminer la résistance thermique globale d'une paroi constituée d'un produit réfléchissant et deux lames d'air.
Le dispositif de mesure consiste en un cube chauffant, entouré des parois à étudier elles-mêmes intégrées dans une enveloppe.
La connaissance en régime permanent du flux thermique et la mesure des températures aux parois interne et externe permettent de remonter à la résistance thermique des parois étudiées.
Ce dispositif a permis de déterminer l'ordre de grandeur de la résistance thermique de différentes configurations et de déterminer l'efficacité d'isolation de produits minces réfléchissants en les comparant à une situation théorique de référence sans rayonnement ni convection.
L'orientation de la paroi, son inclinaison et les propriétés de la face réfléchissante jouent un rôle significatif sur la valeur de la résistance thermique de la paroi dont l'ordre de grandeur a été déterminé expérimentalement.
Dans un troisième temps, une modélisation détaillée de la paroi est effectuée. Cette modélisation a permis de déterminer la résistance thermique dans la majorité des situations rencontrées dans le bâtiment.
Enfin, des essais comparatifs in situ ont été réalisés pour vérifier qu'ils sont bien en ligne avec les méthodes conventionnelles normalisées. Ces essais consistent à comparer les consommations d'énergie en conditions climatiques réelles, entre deux cellules identiques dont l'une est isolée avec un complexe constitué d'un Produit Mince Réfléchissant de 2 cm d'épaisseur et de deux lames d'air non ventilées telle que l'ensemble fasse 20 cm d'épaisseur (cellule A) et l'autre avec un isolant traditionnel de 20 cm d'épaisseur (cellule B).
Les résultats démontrent que la cellule A consomme deux fois plus d'énergie que la cellule B pour une même température intérieure et ceci pour les mêmes conditions climatiques extérieures. Compte-tenu des déperditions par les autres parois (sol, porte), par les ponts thermiques et par renouvellement d'air, cet écart de consommation confirme l'ordre de grandeur des résultats obtenus selon des méthodes normalisées.
Il a été démontré qu'en période froide, et dans les conditions les plus favorables, la résistance thermique maximale d'un Produit Mince Réfléchissant courant de 2 cm d'épaisseur avec deux lames d'air adjacentes, ne peut pas dépasser 2 m².K/W.
En conclusion, les résultats des différentes approches convergent entre eux et avec ceux obtenus par l'application des normes existantes reconnues, notamment les résultats des essais à la boîte chaude gardée ou calibrée avec un écart de 5% environ sur la résistance thermique de la paroi entre la simulation numérique et les normes européennes.
François PENOT, LET ENSMA, CNRS
Nada CHAMI, Assaad ZOUGHAIB, Denis CLODIC, CEP Mines Paris
Salem FARKH, Bernard ABRAHAM, CSTB
Etude des déperditions thermiques au travers des produits réfléchissants en parois opaques en hiver par mesures en environnement extérieur (essais in situ)
Les caractéristiques thermiques des produits réfléchissants sont définies par les règles de calcul thermique des bâtiments et par les normes. Il a cependant été jugé important de confronter ces caractéristiques à celles obtenues sur un bâtiment en conditions extérieures.
AVERTISSEMENT
Par convention, l'ADEME a financé la réalisation d'une étude par le CSTB et ARMINES (Centre Energétique et Procédés de l'Ecole des Mines) sur les "méthodes d'évaluation et performances thermiques des produits réfléchissants (hiver et été)". L'ADEME a autorisé et validé la présente communication du rapport d'avancement car les méthodes d'essais et les résultats de mesure qui y sont exposés sont par nature définitifs. Il convient de souligner que le contenu de cette communication ayant pour objectif de faire progresser la connaissance dans le domaine considéré et qu'il a été réalisée indépendamment de tout intérêt commercial et que par conséquent ni ses auteurs ni l'ADEME ne sauraient être tenus responsables de toute utilisation qui pourrait en être faite.
La présente étude a été réalisée par le CSTB en lien avec l'Ecole des Mines dans le cadre du "Programme de Recherche sur l'énergie dans le Bâtiment : PREBAT" soutenu par l'ADEME.
L'objectif de cette étude est l'évaluation de l'ordre de grandeur de la contribution thermique d'un produit réfléchissant associé à deux lames d'air non ventilées, à la consommation d'énergie en période d'hiver d'une cellule placée en environnement extérieur. Cette contribution est ensuite analysée par comparaison à une cellule de référence isolée avec un produit isolant traditionnel en laine de verre ayant une résistance thermique certifiée de 5 m²K/W.
Les deux cellules sont maintenues à la même température moyenne intérieure par le biais d'un dispositif de régulation associé à un chauffage électrique.
Les murs et la toiture ont été isolés selon le même procédé; le plancher bas et la porte d'entrée ont été fortement isolés. La perméabilité à l'air et certains ponts thermiques, ont été traités pour limiter les déperditions autres que par les parois.
La consommation d'énergie des cellules étant liée, entre autres, à la mise en œuvre des deux produits, les conditions les plus favorables de mise en œuvre ont été choisies :
- Le produit réfléchissant est un multicouche à l'état neuf (émissivité non vieillie et absence d'empoussièrement) placé entre deux lames d'air non ventilées de 6 et 8 cm d'épaisseur.
- La laine de verre en deux couches d'épaisseur totale égale à 200 mm a été recouverte côté extérieure d'un pare air fixé sur les ossatures et de panneaux OSB.
Sur toute la période de mesure (3 mois en période de chauffage), la cellule A avec produit réfléchissant a consommé environ deux fois plus d'énergie que la cellule B avec laine minérale.
Par exemple les consommations d'énergie pour la période du 15 au 19 février 2006 ont été de 50 793 Wh par la cellule avec le produit réfléchissant et de 25 289 Wh pour la laine minérale (voir schéma en bas de page).
Consommation et températures observées – Période du 15 au 19 février 2006
La consommation d'énergie des cellules ne permet pas de remonter jusqu'aux résistances thermiques intrinsèques des produits puisqu'elle dépend de bien d'autres paramètres comme les apports solaires, le taux de renouvellement d'air, les ponts thermiques intégrés et de liaisons, la mise en œuvre des produits ainsi que les conditions aux limites des parois (températures, vitesse du vent et coefficients d'échanges superficiels).
En revanche la détermination d'un bilan énergétique par mètre carré de paroi (murs et toitures) et par degré d'écart de température permet de déduire sous certaines hypothèses un ordre de grandeur de la résistance thermique de la paroi inférieur à 2 m².K/W.
Les ordres de grandeur obtenus sont conformes aux valeurs issues de calculs ou d'essais en laboratoire conformément aux normes européennes et internationales.
Ce calcul approché ne peut en aucun cas se substituer aux méthodes normatives du CEN/TC89 où les conditions aux limites et la mise en œuvre sont mieux maîtrisées.
Il est à noter que la comparaison des consommations d'énergie de deux cellules isolées par deux produits différents ne permet pas de déterminer la résistance thermique intrinsèque d'un produit par comparaison avec celle de l'autre. En effet la résistance thermique du produit est loin d'être l'unique facteur pouvant avoir un impact déterminant sur la consommation d'énergie. On cite notamment la mise en œuvre des produits, les ponts thermiques, l'orientation des flux, la stratification de l'air dans le local, les apports solaires, et la perméabilité à l'air du bâtiment. Concernant la mise en œuvre, il faut souligner l'attention qui doit être apportée aux règles de l'art spécifiques des nombreuses techniques de construction visées et la nécessité de respecter strictement ces règles.
Produits minces réfléchissants : neuf Avis Techniques délivrés
Les produits minces réfléchissants suscitent un vif intérêt auprès des professionnels du bâtiment. Actuellement, plusieurs Avis Techniques ont été délivrés pour des procédés ayant recours à cette technique.
Parmi l'éventail des isolants thermiques proposés sur le marché, les produits minces réfléchissants (PMR) font l'objet de plusieurs Avis Techniques (AT). Ainsi, actuellement, neuf procédés utilisant ces PMR sont titulaires d'un AT, contre seulement trois il y a deux ans. Ces Avis recouvrent vingt-quatre marques commerciales. Tous ont été délivrés par le Groupe spécialisé "Produits et procédés spéciaux d'isolation" (GS 20) de la Commission chargée de formuler les Avis Techniques. Sur les neufs AT délivrés, huit portent sur des procédés possédant des caractéristiques d'isolation plus orientées pour la thermique d'hiver. Le dernier d'entre eux concerne un procédé de barrière radiante, ce qui en fait un complément d'isolation été-hiver.
Aluminium et couches intermédiaires
Les PMR suscitent un intérêt croissant auprès des professionnels du bâtiment. Pour preuve, la note d'information technique réalisée par le GS 20 et mise en ligne sur le site du CSTB* a fait l'objet de nombreux téléchargements. Sur le plan concret, les produits minces réfléchissants sont composés de feuilles d'aluminium ou aluminisées. Celles-ci sont assemblées sur des couches intermédiaires de différentes natures, telles que mousse souple, feutre d'origines diverses (animale, végétale, minérale ou de synthèse), polyéthylène à bulles, etc. Les complexes ainsi formés possèdent une épaisseur moyenne variant entre cinq et trente millimètres. De véritables millefeuilles permettant d'assurant un complément d'isolation thermique des bâtiments.