Principes de base de la thermique
Huit principes de base de la thermique du bâtiment
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Ces principes permettent d’optimiser la performance énergétique d’un bâtiment ainsi que son confort thermique.
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1.1 Limiter les déperditions thermiques
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Le principe est d'appliquer une isolation adaptée sur les différentes parois, murs, sols, plafonds en fonction de leur nature et de leur exposition et une continuité de cette isolation, autant que possible.
Exemple d’isolation de sol avec deux couches croisées de liège expansé
1.2 Traiter les ponts thermiques
Le principe est de traiter les points singuliers du bâtiment, notamment les jonctions murs /plancher, mur/toiture, refend/plancher, angles de mur, mur/menuiseries,...
Ce traitement est opéré par une mise en œuvre judicieuse des couches isolantes sur les parois.
1.3 Minimiser l’effet de paroi froide :
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En effet, le confort thermique est fortement influencé par le rayonnement des parois et, comme l’indique le schéma ci-dessous, par la température de la paroi !
Ceci conduit, pour le confort d’hiver et de demi-saison dans notre région, à privilégier une bonne isolation d’enveloppe et des matériaux ayant une faible effusivité*.
*Effusivité thermique : exprime la vitesse avec laquelle un matériau absorbe des calories. Une effusivité élevée signifie que le matériau absorbe rapidement la chaleur.
Sa surface s’échauffera lentement (ex : marbre, pierre, ...). Une effusivité faible signifie que le matériau absorbe lentement les calories : la chaleur reste en surface qui s’échauffe ainsi plus rapidement (ex : bois, textile, ...)
1.4 Réguler l’hygrométrie intérieure
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Dans un bâtiment, l’humidité est responsable de nombreux désordres :
· augmentation du besoin de chauffage si elle est trop élevée
· développement de moisissures
· détérioration du bâti via condensation
· etc...
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On parle parfois de cancer du bâtiment !
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Lors de la conception du bâtiment, on va s’assurer de la bonne perspirance des parois, c’est-à-dire une migration harmonieuse de la vapeur d’eau sans condensation intempestive dans la paroi qui pourrait dégrader le bâti.
L’hygrométrie nécessite donc une attention particulière afin d’être régulée convenablement.
Le taux d’humidité relative dans un logement doit être compris entre 40 % et 60 % pour assurer un confort minimum aux occupants.
1.5 Renouveler l’air intérieur
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Ce renouvellement est nécessaire pour la qualité de l’air (évacuation du CO2 et des pollutions intérieures mais aussi régulation de l’humidité intérieure).
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C’est le rôle de la ventilation qui est le plus souvent mécanisée et qui idéalement régule les débits en fonction des taux d’humidité intérieur et extérieur. Certains systèmes de ventilation permettent également la récupération des calories sur l’air extrait : il s’agit des systèmes de ventilation double-flux.
Exemple d’échangeur permettant la récupération de calories sur un caisson de ventilation double-flux
1.6 Garantir une bonne étanchéité à l’air du bâti
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Le pouvoir isolant d’un matériau est fortement réduit s’il n’est pas mis en œuvre dans un volume étanche à l’air.
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C’est le même phénomène qu’avec un gros pull de laine sur notre corps dés lors qu’il y a du vent : si on enfile par-dessus un coupe vent perspirant (type Gore-tex®), on évite que ce vent froid pénètre dans le pull et disperse les calories tout en permettant à la vapeur d’eau de s’échapper naturellement à travers cette membrane : c’est le rôle du pare-pluie dans une construction !
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A l’intérieur du bâtiment, la membrane d’étanchéité à l’air
va permettre d’empêcher l’air chaud de pénétrer dans l’isolant
et ainsi de disperser les calories mais aussi de ralentir la migration
de vapeur d’eau vers l’extérieur et ainsi éviter la condensation
dans l’isolant, facteur de détérioration de performance et de durabilité des matériaux.
On parle parfois de continuité au crayon de l’étanchéité à l’air : on doit pouvoir suivre la couche étanche sans jamais lever le crayon du plan du bâtiment !
Pour mémoire, une fissure de 1mm dans l’étanchéité à l’air d’une paroi peut diviser par 5 la performance d’un isolant ! (source : Institut allemand de physique du bâtiment, Stuttgart).
L’étanchéité à l’air concerne tous les corps d’état: maçon, plaquiste , menuisier, charpentier, plombier, électricien,… ainsi que l’équipe de Maîtrise d’œuvre : architecte, bureaux d’études, Maître d’œuvre,…
Elle nécessite un vrai travail d’équipe c’est-à-dire une bonne communication entre tous les acteurs!
Les défauts de mise en œuvre sont systématiquement détectés par le contrôle d’étanchéité à l’air final.
C’est pourquoi ce contrôle est obligatoire: il valide la qualité de réalisation du bâtiment.
Quelques exemples de traitement des points singuliers :
1.7 Tirer parti de l’inertie du bâti
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Il s’agit ici de récupérer les apports solaires l’hiver et d’éviter les surchauffes l’été.
En effet, les échanges thermiques entre l’intérieur d’un bâtiment et l’extérieur sont complexes et vont pouvoir être optimisés grâce à l’inertie selon un rythme jour/nuit et hiver/été.
L’inertie va permettre de lisser les transferts de chaleur en permettant d’absorber, de stocker puis de restituer les apports instantanés de chaleur.
1.8 Réguler, programmer, règler correctement les systèmes
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Cette mesure a été trop longtemps négligée.
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Il s’agit tout d’abord de s’assurer que les systèmes (chauffage, eau chaude sanitaire, rafraîchissement, ventilation,…) sont finement ajustés aux besoins du bâtiment et permettent ainsi d’offrir une performance énergétique optimale et conforme à ce qui a été prévu au cahier des charges. Une prestation de commissionnement peut permettre de contrôler la bonne réalisation et pertinence de ces réglages durant la première année de fonctionnement d’un bâtiment.
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Par ailleurs, les organes de régulation (minuterie, détecteurs de
présence, détecteur crépusculaire, variateur de fréquence, sonde
CO2, sonde d’hygrométrie, …) peuvent permettre de faire des économies
spectaculaires à coût marginal
Minuterie électronique
Exemple : réguler le fonctionnement de la chaudière en fonction de la température extérieure et intérieure, en utilisant une courbe de chauffe et en installant une programmation pour ajuster la température en fonction de l’occupation des locaux.
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La GTB ou GTC (Gestion Technique du bâtiment ou Gestion Technique Centralisée) permet de centraliser la gestion de tous les systèmes de régulation dans les grands bâtiments.
Exemples d’usages :
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Tout éteindre en fermant la porte d’entrée (interrupteur à clé)
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Allumer automatiquement l’éclairage extérieur à la tombée de la nuit
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Réguler le chauffage, la ventilation, le rafraîchissement en fonction des horaires
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Fermer les fenêtres de toit motorisées quand il pleut
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Rentrer les stores en cas de vent
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Simuler une présence dans un bâtiment déserté
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Programmer l’arrosage automatique
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Créer des ambiances particulières
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Piloter le système et contrôler les bâtiments à distance (par internet)
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Etre informé d’une intrusion
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Effectuer un suivi précis des consommations du bâtiment
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