Isolation Thermique

Pour les articles homonymes, voir isolation.

L'isolation thermique désigne l'ensemble des méthodes utilisées pour limiter les transferts de chaleur entre un milieu chaud et un milieu froid. On retrouve de l'isolation thermique dans :

• le bâtiment (diminution des besoins énergétiques des habitations) ;
• l'industrie (protection contre de grandes sources de chaleur) ;
• l'automobile

Propagation de la chaleur

La loi de Fourier donne la propagation de la chaleur selon un axe x :

Où :

• est le flux de chaleur, en W/m² ;
• λ est la conductivité thermique du matériau traversé par le flux de chaleur, en W/m/K ;
• dT est la variation de température de chaque coté de ce matériau, en kelvin ;
• dx est la l'épaisseur du matériau traversé par ce flux de chaleur, en mètre.

Le paramètre propre au matériau permettant de limiter les échanges de chaleur est la conductivité thermique.

Bâtiment

L'isolation dans le bâtiment est un point important de la thermique du bâtiment. L'isolation permet de diminuer les échanges de chaleur entre l'intérieur du bâtiment et l'environnement extérieur, et ainsi diminuer les besoins de chauffage et, le cas échéant, de climatisation. Cette isolation doit être pensée en fonction des contraintes climatiques du lieu où se situe le bâtiment. L'isolation thermique est le principe de base de la maison passive. Elle emprisonne la chaleur à l'intérieur en hiver et garde la maison fraîche en été.

La lutte contre le gaspillage d’énergie passe par l’isolation thermique des bâtiments chauffés, elle fait l’objet d’une réglementation précise datant de plus d’une trentaine d’années. L’isolation des nouveaux logements est obligatoire mais c’est aussi un moyen efficace de réduire les dépenses de chauffage et de climatisation (elle fonctionne aussi en été !) tout en améliorant le confort. Elle est encouragée par exemple par des programmes de type Isolto.

Principes

On peut considérer une maison comme un récipient percé de différentes sortes de trous :

• portes et fenêtres,
• ventilation,
• combles plafonds,
• murs extérieurs.

On aura donc intérêt à colmater simultanément et de façon équilibrée chaque sorte de trou. Toutefois une sur-isolation peut ne pas s’avérer rentable, tant par le coût des matériaux supplémentaires que par la place occupée par l’isolation.

Les sources d’évasion de chaleur

En climat tempéré, la première source de déperdition thermique des maisons est la toiture (jusqu’à 30%, voire plus). La fonte de la neige sur les toitures montre ici les défauts d'isolation entre maisons, se traduisant par un gaspillage d'énergie et des dépenses accrues, ainsi que des impacts sur l'Environnement (Effet de serre, ou risque et déchets nucléaires). En l'absence de neige, une thermographie rend visible ces pertes de calories

Les sources de déperdition de chaleur sont les suivantes^[1] :

• le toit 30 % ;
• les murs extérieurs 25 % ;
• le renouvellement d’air 20 % ;
• les fenêtres et portes extérieures 13 % ;
• le plancher 7 % ;
• les ponts thermiques 5 %.

Isolation des murs

Malgré son épaisseur rassurante, un mur de pierre de 70 cm d’épaisseur est équivalent à 1 centimètre de laine de verre sur le plan de l’isolation thermique, la conductivité thermique de la pierre étant beaucoup plus élevée que celle de l’air emprisonné entre les fibres de verre. Un mur non isolé est froid et favorisera la condensation de la vapeur d’eau, donc le développement de moisissures.

Les méthodes d'isolation des murs

Il existe 3 principes pour réaliser l’isolation thermique d’un mur, ils diffèrent par l'usage projeté de l'habitation :

• 1. l'isolation intérieure et les cloisons de doublage. Cette solution, la plus répandue, est aussi la plus facile à mettre en œuvre.
  

L'isolation intérieure sera choisie pour les cas de rénovations dans les appartements (car il est difficile d'intervenir sur l'extérieur du bâtiment) et pour les résidences secondaires. Dans ce dernier cas, l'occupation intermittente ne permet pas de chauffer durablement la masse thermique des murs. L'isolation intérieure laisse donc le mur à l'extérieur de la zone isolée et permet une montée en chauffe rapide adaptée à un usage temporaire.
Elle a l'avantage (qui est aussi un inconvénient dans certains cas) de ne pas présenter d'inertie thermique. La contrepartie de l'isolation intérieure est une réduction de l’espace intérieur et la présence de nombreux ponts thermiques restant à traiter. La qualité d'une isolation intérieure peut diminuer avec le temps (tassement des laines derrière les plaques de plâtre, trous de souris dans le polystyrène, etc.)

• 2. l'isolation extérieure et les bardages. Cette solution, souvent plus couteuse nécessite généralement une épaisseur d’isolant plus faible.
  

L'isolation extérieure est plus adaptée à l'isolation des résidences principales. Elle permet de conserver la masse thermique du mur à l'intérieur de l'enveloppe isolée. L'habitation, chauffée en continu, monte en température lentement dans toute sa masse mais se refroidit faiblement lorsqu'elle est inoccupée.
L'isolation extérieure est par contre difficile à mettre en œuvre sur certains édifices anciens (pierre apparente, façades ouvragées) et nécessite presque toujours l'intervention de professionnels qualifiés. On choisira cette dernière solution si les dépenses de chauffage sont importantes car l’isolation obtenue est forte. Une isolation extérieure est intéressante car elle n’empiète pas sur le domaine habitable. Son épaisseur, donc son efficacité, ne peut guère dépasser 15 cm mais elle supprime facilement les ponts thermiques (abouts de planchers,…) sauf au niveau des fondations. Une épaisseur de 10 cm d'un isolant extérieur équivaut à 20 à 25 cm du même isolant intérieur. On l’utilise principalement en rénovation.

• 3. L'isolation intégrée au matériau porteur. Cette solution utilise des matériaux qui intègrent un isolant dans leur structure : béton cellulaire, brique de chanvre, brique de terre cuite avec âme isolante…).
  

L'isolation intégrée est généralement utilisée en construction neuve. Cette solution est performante et durable. Le coût d'un mur monolithe de béton cellulaire ou de briques monomur est sensiblement le même que celui d'un parpaing additionné d'un isolant et d'une plaque de plâtre

Isolation des planchers

Par plancher, on entend le sol sur lequel on circule : dalle en béton, ou plancher sur solives. Le plafond d’un niveau correspond évidemment au plancher de l’étage supérieur. L’isolation thermique des planchers est importante pour le confort (en gardant les pieds au chaud) et pour l’économie d’énergie dans le cas d’une dalle chauffante.

L’isolation des planchers combat deux causes de déperditions thermiques :

• pertes vers l’étage inférieur non chauffé (sous-sol, vide sanitaire, terre-plein…) ;
• pertes par ponts thermiques (voir cette section).

Du fait que l’air chaud a tendance à s’accumuler au plafond et que la différence de température entre sous-sol et volume habitable est moins importante en hiver qu’entre l'extérieur et volume habitable, l’épaisseur de l’isolation nécessaire est plus faible (de l’ordre de 6 cm en plancher par rapport à 10 à 20 cm dans les combles).

Pour isoler un plancher on peut :

• soit isoler la sous-face de celui-ci en fixant des panneaux isolants au plafond du niveau inférieur ou en utilisant une dalle avec hourdis isolants ;
• soit réaliser une chape isolante (béton avec granulats isolants), une dalle flottante sur polystyrène expansé à haute densité (cas de la dalle chauffante), un plancher sur lambourdes séparées par de la laine de verre…

Isolation sous les toits

Comme l’air chaud monte par convection, la température est plus élevée au plafond et il est donc logique de placer une couche d’isolant plus épaisse dans les combles que sur les murs. Sous le toit les entrées d’air doivent être plus spécialement traitées car il n’y a pas d’étanchéité des murs. La couche d’isolant doit être protégée contre les intrusions de la fouine, en fermant à l’aide d’un grillage solidement fixé l’espace entre les chevrons au niveau de la sablière.

Plusieurs solutions sont possibles pour l’isolation sous le toit, en fonction de la résistance thermique souhaitée et de l’espace disponible :

• peu d’espace et isolation faible — film réfléchissant fixé sous les chevrons, coûteux et de faible efficacité en pratique ;
• peu d’espace et isolation moyenne — rouleaux de laine de verre ou de laine de chanvre agrafés entre les chevrons, de mise en œuvre délicate car l’espacement entre chevrons est rarement régulier ;
• espace disponible et isolation forte : double épaisseur de panneaux de laine de roche ou de verre ou encore de laine de chanvre fixés à l’intérieur d’une structure en caissons, entre les pannes. La structure supporte aussi les plaques de plâtre, des panneaux d’aggloméré, de la frise de pin…

L’isolation est mise en place après la pose des conduits de fumée et des fenêtres de toit. Prévoir le passage des gaines de ventilation, des câbles de télévision, des gaines électriques…

N.B. : Notez qu'à laine de verre et de roche peuvent se substituer bien d'autres matériaux plus ou moins « écologiques », soit la laine de bois, la cellulose (papier recyclé), le lin, le chanvre, la laine de mouton, etc.

Isolation des portes et fenêtres

Les ouvertures vitrées sont les points faibles de l’isolation globale de la construction. Limiter la surface de ces ouvertures est une solution pour réduire les déperditions, éviter les ouvertures au nord et côté du vent (souvent à l'ouest). Cette solution entraîne cependant une réduction de l'éclairement des pièces, une diminution des apports solaires (sources d'économies d'énergie en confort d'hiver) et une dégradation du confort. Un calcul de performance énergétique s'impose pour déterminer la bonne surface qui réalise le bon arbitrage entre gain en apports solaires et lumineux et pertes en isolation thermique.
On choisira donc de préférence les solutions suivantes :

• utiliser le double-vitrage à faible émissivité de 24 mm d'épaisseur totale minimum (RT 2005),
• choisir des huisseries épaisses en bois ou PVC de bonne qualité ou en aluminium avec rupture de pont thermique (offre standard depuis la RT 2000),
• vérifier l’étanchéité des joints, y compris en bas de portes,
• installer des volets étanches, si possible au droit de la façade pour limiter les effets du vent. Les volets roulants en PVC à double parois et caisson extérieur (dans l’épaisseur du mur) sont une des bonnes solutions. Par contre les volets roulants à lames aluminium double parois même injectées de mousse polyuréthane présentent une moins bonne isolation thermique. En effet, les lames aluminium favorisent les échanges thermiques avec l'extérieur contrairement aux lames PVC.
• installer des doubles-rideaux épais devant portes et fenêtres,
• supprimer les ponts thermiques au niveau des seuils et appuis de fenêtres.

La pose de doubles-fenêtres est une excellente solution contre :

• le bruit ;
• les entrées d’air (caissons de volets roulants, huisserie anciennes déformées, difficulté de poser des joints).

Par contre, la manœuvre et l’entretien des doubles-fenêtres est malaisée, leur esthétique discutable et leur coût élevé.

La pose de survitrages est généralement une solution bon marché et peu efficace mais qui peut rendre service en rénovation.

Pour réduire le rayonnement infrarouge pénétrant par les vitrages sud en été, il est possible de coller un film réfléchissant. Cette solution est assez efficace mais onéreuse. En plein jour, elle protège également des regards indiscrets (cas des rez-de-chaussée) sinon opter pour des doubles vitrages avec les fonctions de contrôle solaire.

En ce qui concerne le confort d'hiver, il faut compter avec les apports solaires. Il peut s'avérer optimal de préférer des fenêtres aluminium à des fenêtres PVC : les premières sont moins isolantes que les secondes mais, du fait de la finesse des profilés, l'aluminium maximise le clair de vitrage et procure de fait une meilleure performance énergétique.

Le pare-vapeur\coupe-vent

La face intérieure de l’isolation (côté chaud) doit être munie d’un film étanche à l’air qui remplit deux fonctions : celle de pare-vapeur et celle de coupe-vent. Ce film étanche fonctionne donc dans les deux sens :

• interdire à l’air chaud et chargé de vapeur d’eau de pénétrer dans l’isolant et d’y provoquer de la condensation ;
• empêcher le vent de s’infiltrer, au travers de l’isolation, dans le volume chauffé.

Les canalisations électriques et autres gaines qui traversent l’isolation ne doivent pas favoriser le passage des courants d’air, il faut les immobiliser fermement, les entourer d'isolant et les boucher aux extrémités (un morceaux de papier ou un peu d'enduit, facilement retirable en cas de besoin) pour éviter la circulation d'air parasite par celles-ci entre les différentes pièces, les combles, les vides sanitaires et les pièces non chauffées. Idéalement, entre la finition intérieure et le pare-vapeur, on laisse un passage technique pour l'électricité et la plomberie, ainsi, on ne troue pas le pare-vapeur.

La résistance thermique

La résistance thermique d’une paroi dépend de son épaisseur et aussi de la conductivité thermique du matériau utilisé. Dans le cas d’un mur composé de plusieurs matériaux différents, il faudra additionner les résistances thermiques de chacun des composants. Dans la pratique c’est la couche d’isolant (ouate de cellulose, liège, laine de roche, laine de verre…) qui représente la plus grande partie de la résistance thermique.

Matériaux isolants

La résistance thermique d’un isolant est assurée par l’air ou autre gaz enfermé dans les bulles ou entre les fibres du matériau (laine de roche, chanvre, bois, polystyrène…). Préférer l’isolant en panneau dont la tenue mécanique est meilleure, voire l'insufflation en vrac, technique moins couteuse et qui évite les ponts thermiques.

La pose de l’isolant

Les matériaux isolants à base de fibre de verre ou fibre de roche sont désagréables à poser. Utiliser des gants, un masque à poussière, des lunettes de sécurité et une combinaison de travail au col et aux poignets serrés. Essayer de ventiler le local.

L’isolation des sous-pentes peut se faire à l’aide de laine en rouleau munis d’un pare-vapeur que l’on agrafe sur les chevrons. Cette solution n’est possible que si l’écartement des chevrons correspond exactement à la largeur des rouleaux. En pratique l’épaisseur d’isolant ne dépassera guère 8 cm, ce qui est insuffisant dans la plupart des régions. Il est certainement plus pratique d’utiliser des panneaux découpés à l’écartement des chevrons ou de placer l’isolant en sous-face.

Vérifier que les recoins sont comblés d’isolant, si nécessaire bourrer de la laine de verre ou de roche dans les moindres trous. Condamner tous les orifices où des rongeurs pourraient pénétrer. On peut utiliser de la mousse de polyuréthane pour reboucher les trous ou remplir des alvéoles.

L’isolation par l'extérieur

L'isolation par l'extérieur est une solution meilleure que l'isolation intérieure. Elle augmente l'inertie thermique de l'habitation ce qui présente un avantage important en régime transitoire. Elle permet à qualité d'isolant égale, de ralentir les pertes de chaleur l'hiver et de conserver la fraîcheur de la nuit dans la maison pendant l'été.

Ses avantages sont :

• la suppression de tous les ponts thermiques des dalles de plancher, des murs de refend et autres cloisons,
• l'utilisation de l'inertie des murs pour récupérer les apports extérieurs, les apports ménagers, et qui deviennent avec un chauffage adéquat de véritables radiateurs basse température,
• un meilleur confort thermique du fait que les murs lourds et donc conducteurs thermiques absorbent mieux la chaleur rayonnée par les occupants des lieux,
• pas de condensation dans les murs qui sont à la même température que l'air ambiant intérieur.
• on peut utiliser la chaufferie la nuit en période hivernale uniquement pour la production ECS en coupant le chauffage deux à trois heures sans perte de température significative, ce qui simplifie la régulation dans le cas d'une chaufferie à base de pompe à chaleur aquathermique.
• pas d'émanation de gaz nocif de polystyrène et colle dans l'air du logement, pas de problème d'accrochage des meubles de cuisine et de salle de bain, et des tringles à rideaux, pas d'apparition des bandes de collage,
• elle ne diminue pas la surface habitable.

Ses inconvénients :

• un coût un peu plus élevé à résistance thermique égale qui s'amortit en deux ans sur les économies du chauffage, et sur le confort qu'on ne peut pas chiffrer,
• quelques difficultés de réflexion à la conception pour l'implantation des combles et du garage ou sous-sol,
• une technologie moins abordable pour l’autoconstructeur mais néanmoins réalisable,
• elle modifie l'aspect extérieur du bâtiment ce qui, dans le cas de rénovations, peut poser problème.

Isolation des canalisations

Les tuyauteries d’eau chaude doivent être isolées par mesure d’économie et celles d’eau froide pour éviter le gel. Les écoulements (gouttières, égouts, évacuations des eaux usées et des eaux vannes) ne doivent pas être oubliés. Pour les tuyaux de faible diamètre (10 à 30 mm), il existe des gaines cylindriques en mousse qui se découpent facilement et peuvent se poser sur des canalisations en place. Les robinets et autres accessoires peuvent être emmaillotés dans de la laine de verre maintenue par un film mince de polyéthylène et du ruban adhésif. Bien repérer à l’aide d’une étiquette visible la position et le rôle du robinet, ce peut être capital en cas de problème ou lors des opérations de maintenance.

Les regards extérieurs abritant des vannes (voire le compteur de chantier) doivent être isolés avec du polystyrène expansé s’ils ne sont pas suffisamment enterrés.

À propos de la sur-isolation

On peut être tenté de doubler l’épaisseur de l’isolation des murs. Ce n’est pas une mauvaise chose mais il faut tenir compte des points suivants :

• doubler l’épaisseur de la laine de verre coûte 2 fois plus cher et ne diminue (au maximum) les déperditions que de moitié. Cependant, le coefficient d'isolation thermique (dénommé R) sera doublé. Par exemple, 10 cm de laine de verre apportent un coefficient R de 2.5, donc 2 fois 10 cm apporteront un coefficient R de 5. Une pose croisée des deux couches permettra aussi de limiter les déperditions.
• l’épaisseur de l’isolant intérieur est autant de place perdue pour l’espace habitable : 10 cm d’isolant sur un pourtour de 40 mètres (étage de 10×10m) correspond à 4 m² de surface perdue.
• l'isolant extérieur (en rénovation) résout ce problème. A partir des matériaux renouvelables (bois, déchet agricole...chanvre, paille) réduire l'énergie grise vis-à-vis d'un isolant classique (laine de roche, verre ou plastique)
• au niveau de la norme Passivhaus (ép. environ 35cm), vous dépensez avec un système de chauffage et investir dans la sur-isolation. Le retour sur investissement est cependant le prix d'énergie (plus cher dans la futur).
• pour être optimisée l’isolation doit être cohérente. Les efforts pour isoler doivent être identiques pour les murs, la ventilation et les portes et fenêtres…

Ponts thermiques

Les ponts thermiques, sortes de courts-circuits dans l’isolation intérieure, doivent être réduits au maximum. Pour ce faire, on peut agir dès la conception en préférant un plancher sur solives, une ferme intérieure plutôt qu’un mur de refend ou plus simplement en construisant son mur avec un matériau isolant (béton cellulaire, brique monomur, etc.). Une autre solution consiste à isoler par l'extérieur avec l'inconvénient de laisser un pont thermique au niveau des fondations.

Lors de la réalisation on pourra appliquer différentes solutions :

• détacher les murs de refend pour pouvoir insérer la couche d’isolation entre l’extrémité du refend et le mur extérieur ;
• isoler le tour de dalle à l’aide d’une brique creuse ou d'une planelle en béton cellulaire ;
• doubler les murs de refend avec une couche d’isolant de quelques centimètres ;
• poser un faux plafond isolé ou isoler les planchers en sous-face ;
• réaliser des dalles flottantes.

Le développement de moisissures sur les parois trahit la présence de condensation, donc d’une zone froide provoquée par un pont thermique. Comme il est difficile de traiter un pont thermique a posteriori, on peut essayer de tapisser les murs concernés à l’aide d’une couche mince d’isolant (quelques millimètres) recouverte d’un papier peint ou d’un revêtement mural (tissus...).

Dans un bâtiment non isolé, les ponts thermiques représentent de faibles déperditions (en général inférieures à 20%) car les pertes globales de chaleur par les parois sont très importantes. En revanche, lorsque les parois sont isolées de manière importante, le pourcentage de déperditions causées par les ponts thermiques devient élevé (plus de 30%) mais les déperditions globales sont très faibles. C’est pour cette raison que dans des bâtiments à faible consommation énergétique, il est primordial d’avoir de très fortes résistances thermiques pour les parois et de s’assurer d’avoir de faibles pertes de chaleur au niveau des jonctions.

L'inertie thermique

Dans une pièce isolée par une couche d'isolant et une cloison de doublage légère (isolation intérieure), l'inertie thermique est faible et il suffit de peu de temps pour réchauffer l'air de la pièce. Cette propriété est un avantage dans le cas d'un chauffage programmé pièce par pièce.

Par contre, en été, le moindre rayon de soleil fera monter la température brutalement et cette dernière baissera aussi vite qu'elle aura monté lorsque le soleil disparaîtra. La sensation d'inconfort est nette.

L'utilisation d'une isolation extérieure ou de mur isolant massif en béton cellulaire ou brique alvéolée permet d'augmenter l'inertie thermique donc la réduction des variations de température.

Notes et références

Voir aussi

• Isotherme (ligne)
• résistance thermique
• Inertie thermique
• Réglementation thermique (France)
• Habitat passif
• Facteur 4 (objectif d'économies d'énergie et de diminution d'émission de Gaz à effet de serre ;
• Facteur 9 (")

Liens externes

• (fr) Fiche de l'Ademe
• (fr) Utilisation des panneaux isothermes