Pour qui souhaite améliorer son confort thermique, l’isolation de son habitat est très souvent une des principales pistes de réalisation de travaux.
A noter que l’objectif n’est pas, en soi, d’isoler, mais bien d’accéder à un niveau de confort thermique plus élevé. Aboutir à des travaux d’isolation n’est pas l’objectif, mais le moyen d’atteindre un objectif.
Il s’agit d’un acte de même nature qu’une personne qui met un pull, elle le fait le plus souvent pour ne pas ou ne plus avoir froid ; ce n’est pas non plus, en soi, un acte que l’on pose spontanément, il répond à la résolution d’une problématique.
Ces décisions de travaux sont induites par le paradigme général qui a institué la croyance que le confort thermique est lié à la température ambiante de l’habitat, que la température doit être maintenue par du chauffage via des systèmes nécessitant de l’énergie qu’il faut acheter et que, pour en limiter la consommation et donc le coût, il faut isoler.
Nous avons de nombreuses fois dénoncé ici ce triptyque (confort thermique, chauffage, isolation).
Cet article est dédié à l’approche d’une partie des capacités des isolants, des critères qu’il faut prendre en compte pour les sélectionner.
En effet, afin d’être le plus complet possible sans pour autant proposer un article trop long, nous avons fait le choix de ne traiter qu’une partie des critères ici, un second article traitera plus spécialement des qualités les plus “oubliées » (effusivité, diffusivité, réfléchissement, perméance, sorption et désorption). Enfin, noblesse oblige (quoi que …), nous conclurons par la star des stars, le lambda !
Un troisième fera un tour d’horizon le plus exhaustif possible des propositions des industriels et des solutions à notre disposition.
Préalable
Revenons au parallèle habillement / habitat.
Mettre un pull permet de limiter les pertes de calories et donc de se sentir mieux, y compris dans une ambiance froide.
Cependant la fibre (que nous espérons naturelle…) et les mailles du pull servent à stabiliser l’air qui entoure notre corps, mais ne sont pas en capacité d’arrêter totalement les flux d’air en présence de vent.
Ces flux d’air froid viennent refroidir la surface de notre peau, d’où la sensation de froid. Ces ressentis peuvent provoquer “la chair de poule”. Attendu que nous n’avons plus une “belle” toison, notre pilosité ne permet plus d’augmenter notre “isolation” naturelle. Si le froid perdure nous sommes pris de tremblements, ce qui provoque une action de dégagement de calories et donc d’augmentation de notre température de surface, et donc augmente le sentiment de confort.
Puisque notre pull ne peut pas arrêter tous les flux d’air du fait du vent, nous mettons, en sus, un coupe-vent. Celui-ci limite un peu nos échanges avec l’air ambiant.
Si nous sommes en activité physique, notre organisme dégage des calories et nous transpirons, source d’inconfort avec une sensation de “mouillé” sur le corps. Pour limiter ce phénomène, il faut favoriser le transfert de l’eau de la transpiration vers l’extérieur, donc choisir plutôt un coupe-vent perspirant tel que le “Goretex®“ de certains équipements techniques d’habillement.
Afin de maîtriser encore mieux les conditions de confort, il est nécessaire de compléter l’équipement du parfait explorateur polaire par un vêtement au contact de la peau, destiné à gérer les émissions d’eau par notre organisme à la surface de notre peau.
Le traitement thermique de nos habitats relève du même process : le coupe-vent devient la peau extérieure (parement, membrane d’étanchéification partielle, structure de la paroi elle-même (mur extérieur par exemple)), le pull est remplacé par l’isolant et le t-shirt par la membrane pare-vapeur… Les tremblements sont remplacés par le démarrage du système de chauffage.
Tout comme les pulls peuvent être en laines véritables (aussi variables que du cachemire, de la laine de mouton ou de l’alpaga) ou en fibres synthétiques, toutes avec des capacités variables, les isolants, selon leur composition, selon les techniques de fabrication, ont des capacités différentes … et donc permettent de lutter plus ou moins efficacement contre les fuites de calories.
Plus important encore : ils ne permettent pas tous d’accéder au même niveau de confort thermique… et donc, selon le niveau ciblé, il faudra chauffer plus ou moins pour compenser…
Voyons ensemble les premiers critères développés
Ce qu’il faudrait prendre en considération pour l’isolation
Nous savons que tous les critères ci-après ne peuvent, bien évidemment, se retrouver en même temps au top, dans un même isolant … sinon probablement que nous l’utiliserions tous, sauf peut-être par défaut de disponibilité.
Nous proposons de les décrire et expliquer sommairement ce qu’ils apportent … ou pas !
A chacun, ensuite, en son âme et conscience et, peut-être, mieux informé, d’opérer son (ses) choix.
Rayonnement
Le rayonnement est une forme de transmission de calories sous forme de lumière. Nous l’avons décrit de façon relativement détaillée dans une vidéo et nous contenterons d’en rappeler sommairement les caractéristiques physiques.
Le plus important est, bien entendu, ce qu’il peut apporter en avantages ou inconvénients, lesquels nous décrirons ou rappellerons plus-avant.
Les rayons lumineux peuvent être ou non visibles à l’œil humain. Ils peuvent être captés par notre rétine et, dans le cadre de ceux que nous voyons, analysés par notre cerveau, puis nous sont restitués sous forme d’images. C’est ce qu’on appelle la vue.
Ces rayons peuvent aussi être renvoyés par un miroir.
Ceux qui nous intéressent en thermie sont les infrarouges. Nous ne les voyons pas mais nous les captons et cette captation se traduit par une dissipation sous forme de chaleur qui… nous réchauffe !
Tous les corps chauds (au-delà du zéro absolu, -273 ° Celsius) rayonnent. Leur rayonnement est plus ou moins important selon leur nature et leur composition.
Ils ne sont pas de première importance en tant que qualité pour un isolant conventionnel, sauf pour les matériaux réflecteurs qui, précisément les renvoient… pour notre plus grand profit.
Par contre ils le sont pour le confort ressenti puisque c’est sous forme d’émission de rayonnement que nous perdons environ 60 % de nos calories. Si nous en captons par le même canal, nous ressentons rapidement une sensation de confort.
Ils sont également très importants pour des parements qui peuvent se substituer en partie ou même parfois en totalité à ce qu’on appelle un isolant, ceci afin de nous assurer du confort sans un besoin déraisonnable de chauffage. Nous faisons ici allusion aux parements à forte émissivité.
Dans le passage suivant, sur la convection, nous mettons en évidence que si les corps froids que constituent les parois extérieures peuvent l’être moins, la convection sera moindre et l’inconfort également.
Ces deux caractéristiques travaillent donc de concert.
Convection
Nous nous sommes aussi intéressés à décrire la convection dans une vidéo.
Sommairement, rappelons ce qu’elle est.
Plus un matériau est à une température élevée plus les particules qui le constituent bougent les unes par rapport aux autres. Plus elles sont en mouvement, plus elles prennent de place (un corps que l’on chauffe se dilate). Plus elles prennent de place, moins elles sont nombreuses dans un volume déterminé. Donc, plus le volume en question est léger… Ceci s’applique aussi à l’air. C’est d’ailleurs grâce à ce phénomène que les ballons à air chaud montent dans le ciel : l’air qu’ils contiennent, chaud, est plus léger que l’air ambiant. Moins lourd, il monte (sous une poussée dite “poussée d’Archimède”).
L’air chaud montant “lèche” ou rencontre les parois extérieures, plus froides. Petit à petit il perd alors ses calories, lesquelles sont transférées aux parements puis à l’isolant (s’il y en a un) et, enfin, à la structure finale qui, elle, en permet la dissipation par rayonnement et/ou réchauffage de l’air extérieur par le processus inverse de celui qui a été développé ci-avant lors du contact air intérieur chaud / paroi extérieure froide.
Et comme la nature a horreur du vide, l’air froid, plus lourd, descend et prend la place libérée par l’air chaud… Voilà ce qu’est une convection. Lorsque, comme décrit ci-avant, les mouvements se situent dans un ensemble point froid/point chaud bien identifié et donc s’autoalimente, on parle de « cellule de convection ».
Tout ce qui permet d’équilibrer les températures entre les points chauds (radiateurs, poêles…) et les points froids (parois extérieures par exemple) réduira les convections et comme les convections sont source d’inconfort, moins de convection implique plus de ressenti de confort.
Dans les isolants fibreux, les multiples micro-obstacles que ces fibres constituent ralentissent considérablement les mouvements d’air et donc de transfert de calories.
Conduction
La conduction a aussi fait l’objet d’un descriptif sous forme de vidéo.
Il s’agit de la migration des calories dans un matériau sans déplacement de matière.
Les particules des matériaux, lorsqu’ils sont à une température suffisamment élevée, vibrent les unes par rapport aux autres. Selon leur nature et leur organisation via les liaisons qui permettent à des particules volatiles de s’organiser pour constituer une matière homogène, ces vibrations seront plus ou moins amples, et donc la mise en mouvement d’une particule par sa voisine sera plus ou moins facile. Ce faisant la chaleur progressera plus ou moins vite…
Chaleur spécifique
Tout matériau que l’on chauffe monte en température.
Pour ce faire, il est nécessaire de le soumettre à un chauffage par apport de calories.
Selon la composition et l’organisation moléculaire de la matière qui le constitue, il faudra plus ou moins de calories pour le faire passer d’une température d’origine donnée à une température plus élevée.
C’est ce qu’on appelle sa chaleur massique ou chaleur spécifique. On parle aussi de capacité thermique massique.
L’unité de base est le nombre de joules nécessaires pour faire monter un kilogramme de matière de 1° kelvin (J kg−1 K−1).
En partant d’un même poids de matière et d’une même température d’origine, on peut ainsi comparer les matériaux entre eux
Pour se faire une idée, qui souvent trompe (nous verrons plus avant pourquoi), pour faire gagner 1 K à 1 kg de verre, il faut 500 joules ; idem pour de l’acier ; il faut 790 joules pour du béton et … entre 1220 et 2000 pour du bois (selon sa nature, bois tendre ou bois dur) !
Donc, 1 kg de bois peut nécessiter jusqu’à 4 fois plus de joules pour gagner le même nombre de degrés que 1 kg de verre.
Ce faisant,1 kg de bois peut accumuler jusqu’à 4 fois plus de calories qu’un kg de verre.
La chaleur spécifique est la caractéristique principale qui permet d’accumuler des calories et d’apporter ce qu’on appelle l’inertie.
Ce qui est trompeur c’est qu’on parle des fortes capacités d’inertie des matériaux très denses, tel que le béton alors que sa chaleur massique est relativement faible… Ce qui lui donne ses fortes capacités d’accumulation, c’est sa densité (laquelle densité nous abordons ci-après).
Ce que l’on peut retenir de cette caractéristique pour des isolants conventionnels c’est que, en cas de variation de température intérieure d’un habitat, les isolants dotés d’une chaleur spécifique élevée auront plus de capacité à stabiliser la température et “écrêter” ces variations, sources d’inconfort.
De même, les isolants à forte chaleur spécifique monteront plus haut en température, ce qui permettra aux habitats ainsi isolés de rester chauds plus longtemps en cas de coupure de chauffage.
Enfin, plus un isolant intégré dans une paroi est chaud (pour rappel, ce que permet la chaleur massique des divers éléments), plus la surface de ladite paroi sera chaude et plus, à matière identique, elle émettra de rayonnement infrarouge, encore un gage de confort.
Densité de mise en œuvre
La densité, comme on sait, est le poids volumique une fois mis en œuvre. Le plus souvent l’unité retenue est : kg/m3.
Tel que nous venons de l’appréhender ci-avant dans la rubrique “Chaleur spécifique”, un matériau a une capacité à stocker des calories. Plus un matériau comporte de kg au m3, plus, à chaleur spécifique donnée, il pourra stocker des calories. Les isolants les plus utilisés sont de type fibreux (environ 50% du volume total). Ils emprisonnent de l’air entre les fibres. En augmentant leur densité, on diminue les écarts entre les fibres et on augmente leur conduction.
Il faut donc ajuster le curseur au niveau globalement le plus favorable.
En effet, une forte densité améliore l’inertie et permet de participer à la stabilisation de la température intérieure ainsi que de reculer la chute de la température suite à l’arrêt du chauffage, ce qui est très intéressant…
Mais cette forte densité peut aussi parfois faire chuter le lambda (ceci est très important pour les matériaux en vrac car l’opérateur peut, selon les modes de mise en œuvre, en faire varier la densité).
Ce qu’il faut en retenir : un matériau à très bon lambda et à faible poids volumique, donc à faible densité, s’il limite drastiquement les fuites de calories, ne permet pas, à lui seul, de stabiliser la température, d’en retarder la chute après arrêt du chauffage et n’écrête donc pas les variations de température. De ce fait, il n’améliore pas les ressentis de confort thermique.
Contrairement à certaines préconisations qui consistent à rechercher des isolants les plus légers possible, il y a intérêt à chercher le juste équilibre et… la densité n’est pas une ennemie mais plus souvent une alliée !
Déphasage
Il s’agit du temps nécessaire pour qu’une calorie transite d’une face à l’autre d’un matériau ou d’une paroi. Nous l’avons aussi décrite dans une vidéo.
Rappelons en les principes.
Elle dépend de trois facteurs : la chaleur massique, le lambda de la matière, et sa densité de mise en œuvre.
D’emblée, on constate que la chaleur spécifique y trouve une place de choix, au même titre que le lambda
Le déphasage est primordial l’été et, compte tenu de l’évolution du climat, risque de l’être de plus en plus.
Ce qu’il faut en retenir c’est que le lambda seul ne peut lutter contre les effets de la chaleur l’été et qu’il vaut mieux préférer un matériau disposant à la fois d’un lambda correct mais aussi et surtout, d’une chaleur spécifique élevée et d’une mise en œuvre à une densité également assez élevée.
Conclusion
L’isolation est souvent considérée comme une opération simple, réalisable en mettant en œuvre un matériau parfois choisi pour son prix le plus bas possible ou par sa facilité de mise en place.
Elle fait parfois partie des travaux dits réservés, c’est-à-dire réalisés par les propriétaires eux-mêmes, rarement aguerris à cette opération… comme si elle était de moindre importance !
Au-delà des difficultés de réalisation, il faut aussi porter le plus grand soin à la sélection des isolants.
En effet, bien que la chose soit peu connue, de ceux-ci et de leurs caractéristiques, dépendent en partie non seulement le coût d’exploitation future mais aussi le confort thermique qui sera ressenti dans l’habitat.
Cet article nous a permis de rappeler les modes de transfert de calories.
Nous y avons aussi abordé LA caractéristique qui devrait être mise au moins à égalité avec le lambda, si ce n’est être prise plus en considération : la chaleur spécifique des matériaux !
En effet, en plus d’être importante pour l’efficacité d’un isolant, elle apporte beaucoup pour le ressenti de confort.
Nous avons aussi abordé la caractéristique qui peut augmenter son intérêt, la densité de mise en œuvre, et celle qui en découle directement : le déphasage.
L’article à suivre abordera les autres caractéristiques qu’il faut prendre en compte.
Crédits photos : Astryd_MAD, ipicgr, Melanie Feuerer, jacqueline macou de Pixabay
La lettre d'information de Claude Lefrançois, alias Papy Claude
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l'analyse d’un Habitologue
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