Un des ressentis du confort s’opère par contact direct… Le seul qui le soit de façon permanente ou, au moins, très courante, concerne nos pieds en contact avec le sol de l’habitat.
Indéniablement, ressentir du froid à ces points de contact est très désagréable et génère un ressenti d’inconfort.
Alors, y a-t-il une fatalité de la perte des calories ou du ressenti de froid aux pieds sur le sol ?
La question est d’importance et a, manifestement, souvent été posée, à tel point que des industriels nous ont proposé des solutions diverses ayant quasi toujours pour objectif de prendre le contrepied de l’inconfort : chauffer le sol pour ressentir du chaud.
Est-ce la seule solution, en est-ce seulement une bonne ? LA bonne solution ?
Cet article a pour objet de comprendre les phénomènes qui nous amènent à ce ressenti d’inconfort et de proposer des voies alternatives, révolutionnaires pour certains, non reconnues ou ignorées pour d’autres et, en tout cas, non préconisées par les autorités de tutelle.
Pourquoi un ressenti d’inconfort ?
Nous abordons les phénomènes sous l’angle de l’inconfort car il est beaucoup plus facile d’exprimer le ressenti sous ses aspects négatifs. C’est donc naturellement que le commun des mortels se plaint du mal-être et n’exprime que rarement son bien-être.
Fort de cette approche, quel impact les sols ont-ils sur le ressenti de confort ?
Nous avons déjà abordé le ressenti d’inconfort, dans divers articles dédiés.
Il en ressort que les éléments déclenchant ce ressenti négatif sont, en tout premier, les échanges par rayonnement (nous perdons 60% de nos calories par rayonnement et n’en “re-captons” que peu via ce vecteur de transport de la chaleur).
La 2ème cause de désagrément thermique est liée à la teneur d’eau dans l’air, au-delà de 55% d’Humidité Relative (HR) dans l’air ambiant.
Viennent ensuite l’instabilité de la température et les mouvements d’air.
Toutes ces pertes sont indirectes, à savoir que le froid attire le chaud et, soit par rayonnement infrarouge (vidéo), soit par convection (vidéo), les calories se déplacent d’un point chaud vers un point froid. Les mouvements se quantifient selon la loi de refroidissement de Newton.
Les pertes de calories liées au sol (et donc ressenti d’inconfort) s’opèrent principalement par conduction, un peu par rayonnement et, enfin, par convection.
Prépondérance de la conduction
Qu’est-ce qu’une conduction (vidéo) ?
La conduction est un transfert direct de chaleur (vidéo) par contact et déplacement, dans l’épaisseur même du matériau. Ici, en présence de deux éléments différents en contact, c’est l’excitation des particules de la matière la plus froide (le sol) par celles de la matière la plus chaude (nos pieds) qui nous intéresse.
Influence de la nature du sol
Les pertes de calories de nos voûtes plantaires vers le sol vont dépendre de trois données. Tout d’abord, la température du support va impacter selon 2 principes, la conduction et le rayonnement; ensuite la nature même du sol influencera les échanges thermiques selon que les matériaux de contact seront, ou non, caloporteurs; enfin, l’équipement de protection de nos pieds.
Type de structure
La nature du sol, ses composants et ses techniques de réalisation auront une grande influence sur les échanges thermiques, leur intensité et la durée de l’échange.
Ceci est d’autant plus important que les matériaux utilisés se laissent traverser par les calories, les captent ou les transportent. Ces capacités dépendent de plusieurs critères : la chaleur spécifique (capacité thermique massique ou volumique), la diffusivité et l’effusivité des matériaux. Nous avons développé ici un tableau qui les présente pour une centaine de matériaux, représentatifs de grandes familles..
Dalle béton au ciment
Les dalles en béton sont, généralement, réalisées avec des systèmes constitués de poutrelles (métalliques autrefois, en béton désormais) et d’entrevous ou hourdis (autrefois en terre cuite, puis en béton et, maintenant, soit en polystyrène (sur vides sanitaires), soit en copeaux de bois compressés (entre étages chauffés). Ces ensembles sont ensuite recouverts d’une chape dite de compression, au ciment Portland, armée d’un treillis métallique et destinée à répartir la charge uniformément.
Plus rarement, elles sont réalisées en béton plein, on parle alors de dalle pleine.
Elles peuvent, selon les besoins, être directement recouvertes d’un revêtement carrelage, terre cuite, travertins ou autres, généralement sur un support minéral de type chape maigre ou anhydrite destiné à assurer la planéité de l’ensemble. Selon les besoins, il est aussi possible de leur adjoindre un isolant entre la dalle et la chape finale. Enfin, elles peuvent aussi recevoir d’autres parements de type parquet, moquette, revêtements PVC ou linoléums.
Inconvénient 1 : thermique par convection ou rayonnement
Une dalle béton, du fait de ses ancrages dans les murs extérieurs, sauf Isolation Thermique par l’Extérieur (ITE), est en contact avec l’extérieur et, l’hiver, favorise le transfert des calories de l’intérieur vers l’extérieur. Ceci contribue à créer une zone plus froide de cette dalle dans sa périphérie (l’impact, par temps très froid et au-delà d’une durée de quelques jours, peut se ressentir jusqu’à 60 à 80 cm à l’intérieur de l’habitat).
Une dalle en béton liée au ciment Portland transportera les calories plus vite qu’une dalle liée à la chaux. Cependant la réalisation de cette dernière est souvent impossible car il ne faut pas y noyer des ferraillages à base d’acier (la carbonatation de la chaux va puiser la molécule de carbone (C) du dioxyde de carbone (CO2) contenu dans l’air et ainsi en libérer les deux molécules d’oxygène (O2), le même phénomène se produit avec le monoxyde de carbone (CO)). Cet présence d’oxygène favorise l’oxydation des métaux et, dans le cadre de l’acier, cette oxydation c’est la rouille. Celle-ci diminue la solidité du ferraillage par diminution de section des barres métalliques et, surtout, en provoque la dilatation, ce qui nuit à la solidité du “béton armé” car provoque des micro-fissurations, puis fissurations et, au final, éclatements de l’ensemble.
Des rupteurs thermiques permettent de limiter les échanges, mais ce n’est effectivement qu’une limitation, pas une annulation du pont thermique, loin s’en faut. Seule une ITE permet l’annulation totale des phénomènes décrits ci-avant.
La nature même du béton au ciment Portland (un très mauvais lambda, capacité thermique, diffusivité et effusivité plus que moyennes) fait qu’il n’est absolument pas en capacité de rayonner correctement, entre autres au niveau des infrarouges.
Il transmet facilement les calories et donc ne reste pas chaud, au moins dans sa périphérie proche des parois extérieures sur lesquelles il est appuyé. En ces endroits, les dalles sont relativement froides en leur surface, ce qui provoque des convections entre les points chauds et ces points froids. Ces mouvements d’air pénalisent le confort car ils sont analysés par notre organisme comme une captation de calories (c’est pourquoi, par exemple, l’été, on ressent un sentiment de frais alors qu’on se situe dans un courant d’air … chaud. Ce qui est bien l’été est beaucoup moins intéressant l’hiver !).
Inconvénient 2 : transfert des calories par conduction
Comme évoqué ci-avant, ses piètres capacités au plan thermique donnent au béton au ciment Portland, donc aux dalles avec lequel elles sont construites, le fâcheux handicap de capter les calories et de les transporter plus loin.
Or nous posons nos pieds dessus et leurs calories sont donc captées par le béton de la dalle ou de la chape et déplacées plus loin, ce qui fait que, continuellement, nous perdons cette précieuse chaleur, jusqu’à ce que notre organisme nous en prévienne : la fameuse sensation de “pieds froids” ou “froid aux pieds”, une importante source d’inconfort !
Inconvénient 3 : rigidité
Si une bâtisse est édifiée de façon “rigide”, avec une structure porteuse globale, y compris les fondations, en béton armé au ciment Portland, des piliers et linteaux en béton armé, alors une dalle en béton armé au ciment Portland est en parfait accord avec l’ensemble.
Par contre, dans des bâtisses anciennes, avec murs en pisé, bauge ou pierre hourdées à la terre ou au mortier de chaux, élevées sur des fondations cyclopéennes, donc à structure globale en capacité de se déformer, de bouger selon diverses contraintes, entre autres de mouvement ou tassement différencié du terrain d’assiette, couler une dalle et y amener un élément très rigide tel qu’une dalle en béton peut provoquer de graves désordres.
Inconvénient 4 : pont à condensations
Attendu que, tel que développé ci-avant, une dalle est très souvent plus froide en sa périphérie qu’ailleurs, l’air en contact avec elle en ces endroits se refroidit plus qu’ailleurs, au point, souvent, d’y voir se développer une condensation, un point de rosée.
Si cette situation est répétée et durable, des moisissures vont se développer, des auréoles peuvent y apparaître, des désordres visuels donc, mais pire encore, des sources de pathologies pour les occupants (pdf) (entre autres, maladies des voies aériennes du fait des spores émises par les moisissures).
Ce phénomène peut aussi, s’il est important et récurrent, provoquer la rouille des ferrailles des bétons et affaiblir la dalle ou, à tout le moins, générer d’autres désordres visuels tels que microfissures de surface, à l’extérieur et aux points de liaisons murs/dalles.
Avantage 1 : phonique
Heureusement les dalles présentent quelques avantages, parmi lesquels de bonnes performances au plan phonique. La masse du béton absorbe les ondes sonores et, si elles sont bien réalisées, elles transmettent moins les bruits aériens. Par contre, si elles ne sont pas pourvues de rupteurs phoniques, tels qu’une plaque résiliente dans le complexe d’empilage décrit ci-avant, les bruits d’impact ne sont pas traités.
Avantage 2 : incendie
Que ce soit pour la progression vers le haut ou vers le bas, donc incendies montants ou descendants, indéniablement une dalle béton résiste bien au feu. Cependant, diverses techniques permettent d’amener les planchers bois à des niveaux de sécurité tels qu’ils sont désormais autorisés (pdf) dans des Etablissements Recevant du Public (ERP).
Donc l’avantage apparent n’en est plus réellement un.
Traitement souvent conseillé : isolation en sous-face
Si elles sont sur vide sanitaire ou sous-sol non chauffé, il est souvent conseillé de les isoler en sous-face.
Ceci “corrigera” en partie les fuites de calories. “En partie” seulement car si, dans le même temps, une ITE ne vient pas corriger le pont thermique de “nez de dalle”, isolée ou non en sous-face, les fuites liées à la dalle continueront en périphérie…
Les bénéfices sur la consommation seront très faibles car ayant résolu partiellement un problème peu important au regard du total des fuites de calories, une isolation en sous-face ne peut avoir un impact important (Les spécialistes estiment les fuites liées aux planchers bas à hauteur de 7 à 10 % des fuites totales avant travaux. Une résolution par exemple de 50 % de ces fuites engendre un gain sur la facture de chauffage d’environ 4 %…).
Mais surtout, la source d’inconfort venant de la captation des calories de notre voûte plantaire par les matériaux constitutifs de la dalle et du revêtement, ceux-ci demeurant nettement plus froids que nos pieds, demeurant également caloporteurs, l’isolation en sous-face d’une dalle, à elle seule, n’a quasiment aucune influence sur le ressenti d’inconfort…
Ces 2 constats (faibles économies financières et de ressources consommées à l’exploitation, non-traitement du ressenti d’inconfort) posent la question de la pertinence de cette opération…
Dallage sur hérisson
Au niveau du sol, au lieu de réaliser une dalle pleine ou poutrelle/hourdis sur vide sanitaire, il est possible de réaliser une dalle sur hérisson (pdf).
Il s’agit alors de creuser suffisamment pour empiler successivement des cailloux, sur une hauteur suffisante pour empêcher les remontées d’eau par capillarité (de l’ordre de 25 à 30 cm, si possible en pierres roulées). Cet ensemble sera ventilé et drainé par des lignes de drain posées à même le fond de terrassement. Afin que la ventilation soit efficace (elle est destinée à assécher le hérisson), les lignes de drain doivent déboucher aux deux extrémités.
L’ensemble est réalisé avec une granulométrie dégressive et une chape de compression, si possible liée à la chaux (il faut se l’imposer dans le cadre d’habitat ancien), est coulée soit directement sur les cailloux, soit sur une membrane géotextile, jamais sur une barrière étanchéifiante telle qu’un film polyane.
(Il est aussi possible de réaliser cette chape de compression avec de la terre compactée.)
Avantage 1 : conduction
Si le béton est réalisé avec un agrégat faiblement caloporteur (tel que du liège ou de la pouzzolane) en lieu et place de gravier à béton et un liant chaux ou terre, ce sera tout bénéfice au plan de la conduction et donc de la captation des calories de notre voûte plantaire tel que décrit dans l’inconvénient 2 des dalles béton ci-avant.
(En milieu humide, pour des raisons d’imputrescibilité, nous conseillons les agrégats ci-dessus plutôt que de la chènevotte chanvre qui, même si elle est majoritairement composée de silice, est tout de même un peu putrescible.)
Avantage 2 : la thermie générale
Le sol sur lequel ces ensembles peuvent être réalisés, hormis en très proche périphérie et si l’ensemble n’est pas enterré, est, naturellement, à une température de l’ordre de 12 à 15°, relativement stable entre l’été et l’hiver.
Isoler une dalle sur le sol ou la réaliser sur vide sanitaire, c’est se priver de cette source de chaleur (par opposition à la température extérieure), de nature à maintenir l’ensemble d’une maison relativement frais l’été et apporter de précieuses calories lorsqu’il fait très froid à l’extérieur l’hiver.
Si la bâtisse est bien pensée globalement, entre autres au niveau de l’isolation de son toit et du traitement de ses murs extérieurs, si des parements à bonne effusivité y sont installés, alors le sol recevra du rayonnement infrarouge en quantité, ce qui contribuera à le faire monter en température et, ainsi, passer de 12° à quelques degrés supplémentaires.
Ceci ne sera bien sûr pas suffisant pour le rendre confortable attendu que notre voûte plantaire sera toujours à une température supérieure, mais plus le sol est chaud, moins la captation de calories par conduction directe, telle que décrite ci-avant, sera source d’inconfort.
Si, en plus, un soin correct est apporté pour la sélection des matériaux, tel que décrit ci-après, alors l’ensemble sera confortable sans apport de calories extérieures tel qu’avec un plancher chauffant.
Poutraison ou dalle bois
En cas d’étages successifs, pour diverses raisons, hormis à cause de son avantage sur le plan phonique, il est préférable de réaliser les planchers autrement qu’avec du béton.
Tout naturellement, le bois, traditionnellement et des siècles durant, principal matériau utilisé dans cette fonction, revient en force.
Les techniques traditionnelles de poutres et solives porteuses sont les plus utilisées pour les réalisations avec système porteur en bois.
De nouvelles techniques, à base de panneaux CLT (pdf) (Cross Laminated Timber) ou, en français, panneaux massifs lamellés-croisés, prennent aussi des parts de marché.
Ces panneaux, de grande dimension (jusqu’à 2,95 m de large et 16 m de long, la limitation étant celle des capacités de transport) pouvant atteindre des épaisseurs de plusieurs dizaines de cm d’épaisseur, autorisent de grandes portées sans obligation de reprise de charge intermédiaire par des poutres ou des poteaux.
Avantage 1 : ponts thermiques
Même si les bois massifs ne sont pas, en soi, des isolants, du fait de leur nature de fibre à base de cellulose, les ponts thermiques qu’ils peuvent générer sont beaucoup moins pénalisants que ceux générés par du béton ou de l’acier.
Avantage 2 : thermique par rayonnement, convection et conduction
Comme nous allons le développer ci-après, le matériau bois, du fait de ses excellentes capacités thermiques massiques, de diffusivité, d’effusivité et de gestion de l‘eau liquide ou à l’état de vapeur, représente ce qui est probablement la meilleure alternative connue et maîtrisée à ce jour pour la réalisation et le confort des planchers des divers niveaux d’un habitat.
L’effusivité du bois permet le renvoi des rayonnements infrarouges, ce qui représente son premier apport au ressenti de confort. Du fait de ses bonnes capacités de diffusivité, il contribue à la stabilisation de la température de l’espace intérieur, sa chaleur spécifique, excellente, lui apporte, à poids volumique moyen, de bonnes capacités d’inertie.
Type de matériau
C’est des matériaux et de leurs qualités ou limites que vont découler les avantages ou les inconvénients des planchers avec lesquels ils seront construits.
Le confort ressenti du fait des planchers des habitats est lié principalement au rayonnement infrarouge émis (au même titre que toutes les autres parois) et au contact direct de nos pieds qui, de ce fait, vont perdre une partie de leurs calories par conduction.
Sauf à ce que le sol soit à une température équivalente ou proche de celle de notre voûte plantaire ou à ce que nous empêchions ce transfert(via des matériaux ad hoc), nous sommes condamnés à avoir froid aux pieds.
Lutte contre la conduction
La plupart des matériaux classiquement utilisés pour la réalisation des dalles et planchers d’étage depuis 1948 (année charnière) sont fortement transporteurs de calories du fait de leur diffusivité de niveau moyen à médiocre.
On compte parmi ceux-ci les bétons liés au ciment Portland et les poutrelles métalliques. Il faut donc les éviter ou contrer leurs inconvénients.
Eviter les matériaux caloporteurs
Il faut leur préférer des matériaux non capteurs et conducteurs de calories. Ce sont ceux d’origine végétale qui, du fait de leur nature, répondent le mieux à ce défi.
Compensation des matériaux caloporteurs des dalles et planchers
Certains, pour bénéficier d’un ressenti de chaleur aux pieds, préconisent de réaliser des planchers chauffants. C’est une voie tentante, mais est-elle pertinente ?
Du fait de l’amélioration constante des performances énergétiques de leurs enveloppes, les bâtiments ont des besoins toujours plus faibles de calories pour compenser les pertes liées aux fuites.
Pour être réellement performants sur l’annulation du transfert de la chaleur, il faudrait que les températures de nos pieds et de la dalle soient très proches l’une de l’autre, à savoir a minima 22 à 23°, idéalement 26 à 28°.
Cette puissance de chauffe émettrait beaucoup trop d’infrarouges et ferait monter trop haut la température ambiante, bien au-delà de celle préconisée par la législation, entre 18 et 19°C. Ceci ne rendrait pas les habitats inconfortables (quoi que …), mais hors la loi et, surtout, engendrerait des consommations d’énergie trop importantes, susceptibles de manquer rapidement et accentuant (comme s’il en était besoin !) le dérèglement climatique.
Solutions de compensation
Ne pas vouloir tomber dans les excès décrits ci-avant est possible, facile à atteindre, mais nécessite d’accepter quelques contraintes.
Les solutions proposées ci-après ont été pratiquées pendant de très nombreuses années, à des époques où chauffer aux températures courantes actuelles (21, 22°, parfois plus) n’était pas même envisageable, faute de moyens techniques et, surtout financiers.
Sol en bois
La pose de revêtements de sol à bonne émissivité est une solution simple. Citons, entre autres, du parquet bois, éventuellement une moquette épaisse (bien sélectionnée !) ou encore un linoléum et bien d’autres matériaux, lesquels limiterons le transfert de la chaleur vers une dalle béton.
Tapis
La mise en place de tapis sur le sol aux endroits où nos pieds reposent sans bouger (sous une table, sous un bureau, devant un canapé ou des fauteuils…) peuvent suffire à corriger les handicaps ci-avant développés.
De telles solutions (sols en bois, tapis, moquettes, linoléums…), même si elles semblent très légères, limitent considérablement la transmission de la chaleur de nos pieds vers les planchers par conduction.
Elles limitent également les pertes par rayonnement car ces matériaux sus-cités sont tous à effusivité favorable au renvoi du rayonnement infrarouge. Ces pertes par rayonnement ont lieu principalement par les jambes et les cuisses, directement exposées aux échanges par rayonnement avec le sol, le port de caleçons longs, l’hiver, est aussi une excellente réponse à cette problématique (voir § ci-dessous).
Semelles épaisses
Des semelles épaisses, en caoutchouc, en bois ou autres matériaux non caloporteurs limiteront aussi très convenablement nos fuites de calories. Parmi les équipements traditionnels, citons les charentaises ou encore les sabots d’antan.
Caleçon
Le port d’un caleçon améliorera nos fuites par rayonnement car plus nous avons de fortes épaisseurs sur notre peau, plus nous re-capterons les calories qu’elle émet… à notre plus grand profit !
Solution non pertinente : isoler sous une dalle
Isoler sous la dalle ne changera quasiment rien au ressenti d’inconfort car, même si cette isolation limite les pertes de calories, elles permettront au mieux de gagner 1 ou 2°C de température de surface, ce qui ne changera quasiment rien au plan des échanges thermiques par contact et donc conduction. En effet, qu’une dalle soit à 12 ou 14° sera toujours insuffisant pour éviter le transfert de chaleur avec un autre élément (nos pieds) qui eux sont à 26 ou 28° de température de surface.
Conclusion
Contrairement au dogme qui, une fois encore, nous fait prendre des vessies pour des lanternes en incitant à isoler sous une dalle (ce qui permettra tout juste un gain de 3 ou 4 % des dépenses globales de chauffage), d’autres actions simples peuvent avoir de réels impacts.
Faire le choix de matériaux biosourcés, du fait de leurs excellentes capacités thermiques, lambda, chaleur spécifique, diffusivité, effusivité, déphasage et de gestion de l‘eau liquide ou à l’état de vapeur, représente probablement la meilleure alternative connue et maîtrisée à ce jour pour la réalisation et le confort des planchers des divers niveaux d’un habitat.
A nouveau preuve est faite que le simple, abordable, parfois local, relativement facile à réaliser, est totalement pertinent.
Le high tech n’est pas nécessairement la solution idéale et le low tech n’est pas forcément ringard…
Reste qu’il est difficilement compréhensible que le législateur incite à opter pour des solutions non conformes à la phrase précédente !
Images : Pixabay, site Flickr.fr, Claude Lefrançois
La lettre d'information de Claude Lefrançois, alias Papy Claude
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