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Fiches techniques
Caract. hygrothermiques
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Caracteristiques hygrothermiques des materiaux
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Conductivité thermique et résistance à la diffusion de vapeur d’eau
La molécule d’eau (H20) est plus petite que les autres molécules constituant l’air (N2, 02, C02, …), elle peut donc pénétrer dans certains matériaux étanches à ces dernières. Les parois des bâtiments peuvent ainsi être étanches à l’air mais présenter une certaine perméabilité à la vapeur d’eau. On désigne par le symbole "µ" la résistance à la diffusion de vapeur d’eau. µ est sans unité, et est défini relativement à la résistance à la diffusion de vapeur d'eau d'une lame d'air immobile (c'est à dire que µ=1 pour l'air).
Nous indiquons ci-dessous des valeurs typiques de la conductivité thermique et de la résistance à la diffusion à la vapeur d’eau de quelques matériaux courants dans le bâtiment. Nous les avons rassemblés « par familles », dans le but d’en retirer quelques enseignements sur la perméabilité des parois constituées. Attention : les valeurs ci-dessous ne sont pas précises, elles doivent être prises comme un ordre de grandeur à vocation pédagogique et non comme des valeurs de modélisation. Pour des valeurs plus précises voir, par exemple, l'ouvrage de Jean-Pierre Oliva et Samuel Courgey : "L'isolation thermique écologique", ou les certifications ACERMI des isolants thermiques.
La molécule d’eau (H20) est plus petite que les autres molécules constituant l’air (N2, 02, C02, …), elle peut donc pénétrer dans certains matériaux étanches à ces dernières. Les parois des bâtiments peuvent ainsi être étanches à l’air mais présenter une certaine perméabilité à la vapeur d’eau. On désigne par le symbole "µ" la résistance à la diffusion de vapeur d’eau. µ est sans unité, et est défini relativement à la résistance à la diffusion de vapeur d'eau d'une lame d'air immobile (c'est à dire que µ=1 pour l'air).
Nous indiquons ci-dessous des valeurs typiques de la conductivité thermique et de la résistance à la diffusion à la vapeur d’eau de quelques matériaux courants dans le bâtiment. Nous les avons rassemblés « par familles », dans le but d’en retirer quelques enseignements sur la perméabilité des parois constituées. Attention : les valeurs ci-dessous ne sont pas précises, elles doivent être prises comme un ordre de grandeur à vocation pédagogique et non comme des valeurs de modélisation. Pour des valeurs plus précises voir, par exemple, l'ouvrage de Jean-Pierre Oliva et Samuel Courgey : "L'isolation thermique écologique", ou les certifications ACERMI des isolants thermiques.
Matériaux naturels (pierres et terre)
Usage : matériaux de construction traditionnels
Technique : la chaux et la terre sont utilisés comme liant et pour réaliser les enduits
Isolation thermique : très faible (terre) à médiocre (pierres)
Perméabilité à la vapeur : la perméabilité du mur est assurée par les joints (en terre ou chaux) et par les enduits de finitions (chaux)
Matériaux à base de ciment artificiel
Usage : matériaux de construction de 1920 à aujourd’hui
Isolation thermique : médiocre, sauf pour le béton cellulaire
Perméabilité à la vapeur : modérée. Les enduits ciments sont peu perméables, ce qui les rend inadaptés aux murs en calcaire tendre. Le béton cellulaire se distingue par sa forte perméabilité
Bois brut et OSB
Usage : charpente, ossature, bardage
Isolation thermique : faible
Perméabilité à la vapeur : forte à modérée. Les bois légers sont davantage perméables. La perméabilité est nettement plus élevée dans la direction longitudinale (cad parallèlement aux « veines » du bois)
Matériaux légers pour l'isolation rapportée
Usage : charpente, ossature, bardage
Isolation thermique : élevée (R=5m²/W.K pour 20cm)
Perméabilité : forte sauf pour le polystyrène
* N.B. : le polystyrène présente plusiseurs défauts importants (outre sa faible perméabilité à la vapeur) : mauvaise isolation acoustique, dangerosité par rapport au risque incendie. C'est pour ces raisons un matériau mal adapté à l'isolation des murs et des toits. Il est donc un matériau à éviter autant que possible.
| λ (W/mK) | µ | |
| Granites, marbres | 3 | 5000 |
| Calcaires durs | 2 | 200 |
| Calcaires tendres | 1 | 30 |
| Enduit chaux | 0.55 | 12 |
| Enduit terre | 0.6 | 7 |
| λ (W/mK) | µ | |
|
Béton plein |
2 |
70-250 |
| Enduit ciment |
1.15 |
50 |
| Parpaing de ciment | 1 | 10 à 15 |
| Béton cellulaire | 0.1 à 0.3 | 5 à 12 |
| λ (W/mK) | µ | |
|
Bois de feuillus |
0.17 |
50 |
| Bois de résineux |
0.14 |
30 |
| OSB | 0.13 | 40 |
| Chêne (longitudinal) | 0.3 | 8 |
| Epicéa (longitudinal) | 0.23 | 4 |
|
|
λ (W/mK) | µ |
|
Polystyrène * |
< 0.04 |
50 |
| Fibres de bois |
~ 0.04 |
2.7 |
| Ouate de cellulose | ~ 0.04 | 1.5 |
| Laine de verre | ~ 0.04 | 1.3 |
| Laine de chanvre | ~ 0.04 | 1.3 |
On voit donc bien que certains matériaux de construction ont une forte résistance aux transferts d’humidité (le béton lourd en fait partie) tandis que d’autres sont assez perméables (murs traditionnels en pierres et terre par exemple).
Caractéristiques propres aux matériaux hygroscopiques
Un matériau hygroscopique est un matériau poreux et à pores ouverts (c'est-à-dire reliés entre eux). Il possède la propriété de fixer une certaine quantité de l’humidité contenue dans l’air (la quantité d’humidité absorbée dépend alors de l’humidité relative de l’air) ou d’eau liquide (à son contact). Le fait expérimental qui met en évidence ce phénomène est la variation de sa masse lorsqu’il est mis en présence d’humidité. Un état d'équilibre s'établit après un certain temps. Une grande partie des matériaux utilisés dans le bâtiment sont hygroscopiques, c’est notamment le cas dans la plupart des matériaux naturels des constructions traditionnelles.
Caractéristiques propres aux matériaux hygroscopiques
Un matériau hygroscopique est un matériau poreux et à pores ouverts (c'est-à-dire reliés entre eux). Il possède la propriété de fixer une certaine quantité de l’humidité contenue dans l’air (la quantité d’humidité absorbée dépend alors de l’humidité relative de l’air) ou d’eau liquide (à son contact). Le fait expérimental qui met en évidence ce phénomène est la variation de sa masse lorsqu’il est mis en présence d’humidité. Un état d'équilibre s'établit après un certain temps. Une grande partie des matériaux utilisés dans le bâtiment sont hygroscopiques, c’est notamment le cas dans la plupart des matériaux naturels des constructions traditionnelles.
Photographie au microscope d'un matériau hygroscopique
L’adsorption physique peut être décomposée en trois phases. Dans un premier temps, les molécules d’eau recouvrent en une couche la surface des pores où elles sont maintenues sous l’effet des forces de Van Der Waals : c’est l’adsorption monocouche ou monomoléculaire. Puis, lorsque l’humidité devient plus importante, d’autres couches de molécules d’eau se fixent à la première. Il s’agit de l’adsorption multicouche ou polymoléculaire. Enfin, aux humidités relatives plus fortes les couches polymoléculaires se rejoignent et forment un pont liquide séparé de la phase gazeuse par un ménisque. L’eau est retenue à la surface des pores par les forces capillaires. Ceci entraîne le remplissage des pores les plus fins puis des pores plus importants : c’est la condensation capillaire.
Une deuxième représentation du comportement hygroscopique d’un matériau est donnée dans les figures A, B et C ci-après, en fonction de l’humidité relative (les seuils en HR sont purement indicatifs : chaque matériau possède des propriétés physiques différentes et donc des seuils différents)
- Pour des valeurs d’humidité inférieures à 80%, il y a essentiellement de l’adsorption moléculaire (figure a).
- Pour des taux d’humidité importants (à partir de 80 ou 90%) : la diffusion surfacique et la condensation capillaire (figure b) rendent le mouvement de l’eau au sein du matériau par capillarité également possible.
- Pour un taux d’humidité de l’ordre de 100%, le matériau est « gorgé » d’eau et la capillarité domine.
La condensation capillaire a lieu pour des humidités relatives inférieures à 100%. En effet, dans l’interface courbe d’un pore, la pression de vapeur est plus élevée, et ce d'autant plus que la courbure est forte. Il y a alors condensation capillaire à des humidités nettement plus faibles que 100%. Il faut noter que cette condensation ne ruisselle pas dans le matériau : c'est uniquement la teneur en eau du matériau qui augmente.