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Fiches techniques Enveloppe perspirante
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Conception d'une enveloppe perspirante

Mécanismes de transfert de l’humidité dans les matériaux 

Perméabilité à la vapeur d’eau  
  •  Du fait de la petite taille de la molécule d’eau, la vapeur va diffuser en fonction de la pression partielle de vapeur de part et d’autre de la paroi (p1, p2) selon la loi de Fick. Cette loi est largement prédominante dans les matériaux non poreux ou à larges pores (rayon > 1µm). Elle ne devient négligeable par rapport à d’autres mécanismes (effusion) que pour les matériaux à très petit pores (rayon < 1nm). Chaque matériau présentera donc sa propre valeur résistance à la diffusion de la vapeur d’eau (μ), définie par référence à la résistance à la vapeur d’eau dans de l’air immobile. µ est sans unité (µ=1 pour l’air immobile).  
  •  Pour un matériau membranaire dont l’épaisseur e n’est forcément connue, on définit l’épaisseur d'air équivalente sd de la membrane, comme l’epaisseur d'air immobile qui aurait la même résistance à la diffusion de vapeur que le matériau. Elle est donnée par :  
                                                                  Sd = μ . e                  , où e et Sd sont donné en mètres.
Transferts hydriques dans les matériaux hygroscopiques 

Pour les matériaux poreux et hydrophile, matériaux largement représentés dans le domaine du bâtiment, les deux phases de l’humidité (eau et vapeur) coexistent : une phase vapeur et une phase d’eau condensée. Ces matériaux sont dits hygroscopiques.  
  • Tandis que la phase vapeur va obéir à la différence de pression partielle selon la loi de Fick mentionnée ci-dessus, la phase liquide (résultant d’un mécanisme de dépôt moléculaire d’eau en surface des pores ou des fibres du matériau) obéira à une diffusion surfacique. Ce phénomène dépend de l’humidité relative de part et d’autres de la paroi (HR1, HR2), et donc à la fois de la pression partielle de vapeur et de sa pression saturante, qui est directement liée à la température de part et d’autres de la paroi. Le processus de diffusion surfacique s’établit donc généralement du milieu le plus froid au milieu le plus chaud en sens inverse du processus de diffusion de vapeur. 
  • Pour des niveaux d’humidité très importants dans la paroi, cette dernière devient saturée en eau, et c’est un autre mécanisme qui en contrôle alors le transport : la capillarité. 
Selon la nature des matériaux et le degré d’humidité, l’importance relative de ces différents mécanismes peut varier. La figure ci-dessous illustre la possibilité (dans l’absolu) que les 2 flux d’humidité (phase vapeur et phase liquide) soient co-courants ou à contre-courant.
Figure 1 : Sens des flux de vapeur et d'eau liquide dans les pores, en fonction des conditions climatiques intérieures et extérieures
Sous nos latitudes, les conditions hivernales sont prédominantes : le gradient de pression de vapeur entrainera alors un flux de vapeur « sortant » tandis que la plus forte humidité relative extérieure entrainera un flux capillaire rentrant. 
 
Principe de constitution des parois par rapport à l’humidité 

Les assemblages de matériaux constituant les parois doivent permettre de ne pas accumuler trop d’eau dans les parois afin de ne pas risquer de développer des pathologies pour les matériaux qui les constituent. Pour cela, il faut que le mur ait en toutes circonstances une forte capacité à évacuer l’humidité et un apport en humidité aussi faible que possible. Les éléments de la construction qui limiteront les apports sont, par rapport aux risques de pénétration d’eau liquide : 
  • Les protections contre la pluie et les infiltrations 
  • Les barrières de capillarité (notamment au niveau du sol) 
  • Les enduits extérieurs 
 
Par rapport à la vapeur d’eau, les apports d’humidité seront limités par : 
  • En hiver : les parements intérieurs ou s’ils ne peuvent assurer cette fonction les films pare-vapeur ou frein-vapeur que l’on ajoutera dans le mur 
  • En été : les matériaux situés en partie extérieure des parois.
A l’inverse les matériaux qui assureront l’évacuation de l’humidité seront : 
  • En hiver : les matériaux en partie extérieure des parois,
  • En été : les matériaux situés en partie intérieure des parois
On le voit : il y a une contradiction entre les niveaux de perméabilité attendus en été par rapport à l’hiver. En Basse-Normandie, ce sont les conditions de type hivernales qui sont les plus fréquentes (température extérieure inférieure à la température intérieure). Le flux de vapeur est donc essentiellement sortant. Dans ces conditions, il y a 2 types de solutions : 
  • Des murs perméables dans leur masse à la vapeur d'eau et capables de stocker une quantité non négligeables d’eau (matériaux hygroscopiques). Ces murs ont une perméabilité plus forte (typiquement d’un facteur 5) pour la face extérieure par rapport à la face intérieure. En hiver, ceci permet à ces murs d’évacuer l’humidité vers l’extérieur. L'humidité pénétre sous forme de vapeur dans leur face intérieure, mais aussi par capillarité à partir du sol (les murs anciens ne comportaient pas de membrane de rupture de capillarité). En été, c'est la capacité de stockage d'humidité du mur qui compte. 
  • Des murs peu perméables à la vapeur et peu hygroscopiques. Ces murs ne peuvent donc stocker d'eau. L’ajout nécessaire d’une isolation thermique (par l’intérieur ou par l’extérieur) modifie profondément leur fonctionnement et nécessite l’ajout d’une membrane de régulation de la vapeur d'eau 
 
Dans tous les cas, le comportement de la paroi en période estivale doit également être considéré, car dans certains cas il s’avérera que des risques de condensation existent en été. C’est notamment l’inconvénient du film pare-vapeur (sd>15m). Les films frein-vapeur hygrovariables remédient à cet inconvénient grâce la variation de leur perméabilité à la vapeur en fonction de l’humidité ambiante. Ils permettent en outre un séchage plus rapide de la paroi à la construction ainsi que en cas d’une infiltration d’eau dans le mur. A titre d’exemple, l’épaisseur d’air Sd du frein vapeur Intello de ProClima varie typiquement de 0.25m à 10m .
Figure 2 : Illustration du fonctionnement d'un film frein-vapeur hygrovariable
Source : Pro Clima
Apports d’humidité par convection

Pour une paroi peu étanche à l’air, un flux traversant par convection peut devenir le vecteur prédominant d’apport d’humidité. 
  • En hiver, un flux d’air sortant à travers la paroi peut apporter 800g d’eau par jour au travers d’une fente de 1mm sur 1 mètre de long. Ceci correspond à 1600 fois plus que le flux d’humidité qui, dans les mêmes conditions, traverserait par diffusion 1m² de paroi au travers d’un frein-vapeur avec un de Sd de 30m.
Fugure 3 : Illustration d'un problème d'apport d'humidité par convection au sein d'une paroi (source : Pro Clima)

  • En été, ce sont les flux d’air entrant qui sont susceptibles d’apporter de l’humidité et de générer des dégâts au sein des parois.
  • Etanchéité à l’air de l’enveloppe
  • Les niveaux d'étanchéité requis pour les constructions basse énergie (BBC) en maisons individuelles est deux fois supérieure à la valeur par défaut de la réglementation thermique, mais permet tout de même une certaine quantité de fuites. En construction passive, la valeur préconisée est trois fois plus exigeante que le niveau BBC.  
    Nous avons dessiné un schéma explicatif (Figure 4) d’une convection traversante pilotée par tirage thermique . h est la hauteur entre 2 défauts d’étanchéité situés sur la même façade du bâtiment.

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    Figure 4 : Illustration d'un problème de convection traversante, source de pertes thermiques par infiltrations
    Afin d’atteindre un niveau d’étanchéité satisfaisant, il faut à la fois assurer l’étanchéité des matériaux surfaciques qui composent les parois (murs, plancher bas, toiture), et assurer la liaison étanche entre eux aux différentes jonctions : menuiserie/maçonnerie, mur/toiture, joints de dilatation, passage de fourreaux, trappes, coffres de volets roulant, cage d’ascenseurs,…)