Les notions sur la RT 2012

Claude PRECHEUR

  • Energie primaire : Energie brute, c’est-à-dire non transformée après extraction
  • Liste : énergies fossiles (pétrole brut, gaz naturel, charbon), géothermie, solaire, éolien, biomasse, énergie nucléaire.
  • Energie secondaire : Toute énergie obtenue par la transformation d’une énergie primaire (en particulier électricité d’origine thermique).
  • Energie finale : Energie livrée au consommateur pour sa consommation finale
  • Liste : Gaz naturel, fioul, charbon, GPL (propane, butane), électricité.
  • Combustibles (hors bois) : 1 kWhEF _ 1 kWhEP
  • Electricité : 1 kWhEF _ 2,58 kWhEP
  • Bois : 1 kWhEF _ 1 kWhEP (pour RT 2005) ; 1 kWhEF _ 0,6 kWhEP (pour RT existant)

Le climat se réchauffe

Pour limiter les effets irréversibles du réchauffement climatique il faudra diviser par 2 les émissions de gaz à effet de serre de la planète d’ici 2050 et diviser par 4 les émissions des pays industrialisés à cette date. Le secteur du bâtiment représente 25% du rejet de CO2 et représente 43% de la consommation d’énergie de notre pays.

Une maison d’habitation indépendante construite en 1970 de 100 m² raccordée au fioul consomme en moyenne 35000 kWh/an et produit plus de 10 tonnes de CO2 par an !

La même maison construite en 2010 et raccordée au gaz naturel c’est moins de 15000 kWh/an pour moins de 3 tonnes de CO2 par an !
La même maison construite en RT 2012 consommera moins de 7500 kWh/an et rejettera moins de 1 tonne de CO2 par an. Une voiture émet, en moyenne, 3 tonnes de CO2 par an ! Depuis les accords de Kyoto en 1997 la réglementation n’a cessé d’être révisée progressivement pour arriver à la maison passive en 2020.

Fondamentaux de la thermique du bâtiment

Notion de confort thermique
La température du corps dépend de nombreux facteurs :
— La température de l’air
— La vitesse de déplacement de l’air
— La teneur en humidité de l’air
— La quantité de rayonnement thermique reçue
— L’activité neuromusculaire.

  • Le confort : L’homme échange en permanence sa chaleur avec son environnement. Une perte trop rapide de chaleur provoque une sensation de froid. L’organisme parvient à maintenir son équilibre thermique en faisant intervenir des mécanismes régulateurs complémentaires désagréables tel que le frissonnement. Il est donc nécessaire d’obtenir un point de neutralité thermique coïncidant avec une perte imperceptible des calories du corps, sans déséquilibre et sans malaise, ce qui correspond à la température de confort. Cette dernière est définie par la température de l’air, la température des parois, la vitesse de l’air et l’hygrométrie. On peut dire que la température de confort est définie par la règle suivante ; Température de confort (Tr) : (dite température résultante). TR = Température des parois + température de l’air / 2.
    Pour apporter un confort optimum, la température résultante doit être obtenue à partir des deux paramètres (température des parois et température de l’air) les plus proches l’un de l’autre.
    — La température de l’air est au environ de 19°C à 20°C (l’hiver), et de 25°C l’été. Si la température extérieure est supérieure à 30°C, il faudra un écart de - 5°C pour se sentir bien.
    — L’écart de température parois/air n’est pas supérieur à 5°C.
    — Le taux d’humidité relatif de l’air intérieur est compris entre 40% et 60%.
    — La vitesse de l’air ne dépasse pas 0.3 m/s.
    — La température du sol doit pouvoir être maintenue à 17° Dans tous les cas > à 15°.
  • Théorie générale du transfert de chaleur
    Le transfert de chaleur se produit entre deux corps dont les températures sont différentes, la chaleur se déplaçant du corps le plus chaud vers le corps le plus froid jusqu’à ce que les températures des deux corps soient équilibrées. Le transfert de chaleur à travers une paroi s’effectue de trois manières différentes :

— Par conduction : La chaleur se propage en traversant la paroi de la face la plus chaude vers la face la plus froide. C’est par la conduction que la chaleur traverse les parois de notre habitation. Nous verrons plus tard que le rôle d’un isolant est de freiner se transfert. On parlera de la résistance thermique du matériau.

— Par convection : L’air en contact avec la surface des parois s’échauffe ou se refroidit se ce qui créé un flux d’air qui transporte la chaleur. On verra dans notre étude thermique que c’est l’un des facteurs d’échange thermique superficiel.

— Par rayonnement : Le transfert de chaleur par rayonnement se produit entre deux corps non en contact, ayant une température différente. C’est d’ailleurs le seul mode naturel de propagation de chaleur au travers du vide. Contrairement à la convection, ce n’est pas l’air qui transporte l’énergie mais les rayons de chaleur. C’est le deuxième facteur d’échange thermique superficiel.


Conduction
Convection
Rayonnement


Propriété des matériaux au transfert de chaleur

Propriété du matériau à résister à ce transfert de chaleur pour une étude thermique. Le coefficient de conductivité thermique d’un matériau λ (lambda) W/m°C. Le coefficient de conductivité thermique est la quantité de chaleur traversant en 1 seconde un matériau de 1 m d’épaisseur et d’une surface de 1 m². Lorsque la différence de température entre les deux faces est de 1°C. Plus la conductivité est basse plus le matériau est isolant. Ce coefficient vous est fournit par le fabriquant de l’isolant.

Exemple de conductivité thermique des isolants les plus rependus :

Matériaux de constructionλ (lambda) (W/m.K)Isolants manufacturésλ (lambda) (W/m.K)
Parpaing creux de ciment 0,90 polystyrène expansé 0,038
Brique pleine (terre cuite) 0,64 Laine de bois 0,042
béton cellulaire 0,22 Laine de verre 0,041
brique creuse standard 0,45 Laine de roche 0,041
Brique « monomur » 0,12 Ouate de cellulose 0,043
Pierre calcaire 2,4 panneau de bois 0,05
Béton banché 1,75 Liège expansé 0,049
Bois lourd 0,23 Laine de mouton 0,06
Bois léger 0,12 Lame d’air 0,222
pisé 1,1

Exercice d’application

Exemple de calcul : Nous allons prendre deux exemples de paroi constituée des composants suivants.

  • Cas N° 1 : mur en parpaing de 20 cm enduit ext 1,5 cm - isolation de 120 mm en laine de roche - Une plaque de plâtre de 13 mm (BA13).
  • Cas N° 2 : Mur en brique de 30 cm enduit ext 1,5 cm - Isolation de 100 mm en polystyrène - Une plaque de plâtre de 13 mm (BA13) Valeurs par défaut suivant tableau ci-dessous.
MURλ (lambda) (W/m.K)E (m) épaisseurR(m.K/W)
Enduit ext Cas N° 1 1,15 0,015 0,01
Enduit ex tCas N° 2 1,15 0,015 0,01
Parpaing .Cas N° 1 1,05 0,20 0,19
Brique creuse Cas N° 2 0,45 0,20 0,44
Laine de roche Cas N° 1 0,041 0,12 2,93
Polystyrène Cas N° 2 0,038 0,10 2,63
BA13 13mm Cas N° 1 0,32 0,013 0,04
BA13 13mm Cas N° 2 0,32 0,04
Rés therm sup Int Rsi 0,13
Rés therm sup Ext Rse 0,04
Sous total cas 1 3,34
Sous total cas 2 3,29

R = Épaisseur / λ (lambda) soit Épaisseur = R x λ (lambda) soit λ (lambda) = Épaisseur / R

La résistance thermique des parois est donc 3,35 [m2 K /W] U = 1/R [W/m2 K] U=1/3,30 = 0,303
[W/m.K] Cela signifie que la déperdition de la paroi sera de 0,303 Watt par M² pour un écart de température de 1°C entre la face intérieure et extérieure de la paroi.

Ces deux murs correspondent aux exigences de la RT 2005 qui demandait une résistance d’environ 3. Pour la RT 2012 il n’y a pas d’exigences pour ces murs mais il est conseillé de tourner vers un R ≥ 4. Il faudra donc augmenter les épaisseurs de la structure ou de l’isolation ou encore prendre un isolant plus performant.
— Pour une épaisseur de 10 cm de polystyrène expansé avec un lambda de 0,032 soit R= 3,12 dans le cas N°2 les murs seraient de 0,01+ 0,44 + 3,12 + 0,04 + 0,13 + 0,04 = 4,14.
— Pour une épaisseur de 12 cm de laine de roche avec un lambda de 0,032 soit R= 3,44 dans le cas N°1 les murs seraient de 0,01 + 0,19 + 3,75 + 0,04 + ,013 + 0,04 = 4,16.

Notion de flux déperdition de chaleur au travers d’une paroi

  • Les transferts de chaleur c’est-à-dire les échanges de calories se font naturellement d’un milieu chaud vers un milieu froid.
  • Ces échanges de calories constituent un flux de chaleur du chaud vers le froid.
  • Le flux de chaleur par unité de surface à travers une paroi s’exprime φ en W/m2. Il caractérise l’écoulement d’énergie par unité de temps et de surface.


\varphi (W/m^2)={T surface  intérieure-T surface  extérieure (K)\over R paroi (m^2.K/W)}

Le flux de chaleur varie proportionnellement avec la différence de température entre les ambiances intérieure et extérieure en degré Kelvin K ou Celsius °C.
R paroi est la résistance thermique totale de la paroi aux 3 phénomènes de transfert thermique (conduction, convection et rayonnement).

Réécrivons la relation précédente mais uniquement aux bornes de la paroi, c’est-à-dire de la surface côté intérieur à la surface du côté extérieur et non plus de ambiance à ambiance. La relation est quasi identique à la précédente, à la différence près que ce n’est plus la résistance thermique totale de la paroi R paroi qui est prise en compte ici, mais uniquement la résistance thermique au phénomène de conduction thermique au sein de cette paroi, notée R conduction par la suite.

\varphi (W/m^2)={T  surface intérieure-T  surface extérieure (K)\over R conduction (m^2.K/W)}

Résistance thermique R conduction (m²K/W)

La résistance thermique R représente la résistance du matériau au passage de la chaleur. C’est donc l’inverse de la conductivité thermique. Plus le matériau est épais, mieux il résistera au transfert de chaleur. La résistance thermique d’une paroi constituée d’un seul matériau, se calcule à l’aide de la formule suivante :

R={e\over \lambda(m^2.K/W)}

e = l’épaisseur de la paroi (exprimé en mètre)
λ = la conductivité thermique du matériau (W/mK)
R = la résistance thermique du matériau (m²K/W) Résistance superficielle Rsi et Rse (m²K/W)

Avant de traverser une paroi, la chaleur doit atteindre la surface intérieure de celle-ci puis être évacuée une fois arrivée sur la face extérieur. La transmission de la chaleur de l’air ambiant à une paroi et vice versa se fait à la fois par rayonnement et par convection.

Rsi représente la résistance thermique d’échange d’une surface intérieure. Rsi (m²K/W)
Rse représente la résistance thermique d’échange d’une surface extérieure. Rse (m²K/W)
— Valeur par défaut Rsi Rse Paroi horizontale (vers le haut) 0,10 ; 0,04
— Paroi verticale 0,13 ; 0,04
— Paroi horizontale (vers le bas) 0,17 ; 0,04

Résistance thermique R totale d’une paroi (m²K/W)

Une paroi séparant l’intérieur de l’extérieur d’une habitation, constitue un obstacle au flux de chaleur. Une paroi est généralement constituée de plusieurs matériaux superposés (enduit extérieur + parpaing + laine de verre + plaque de plâtre). Dans ce cas, la résistance totale de la paroi est la somme des résistances de l’ensemble des matériaux.

La chaleur va devoir :

  • arriver jusqu’à la paroi (par convection et par rayonnement).
  • traverser les différentes couches de matériaux constituant la paroi (par conduction).
  • en cas de lame d’air, traverser des couches d’air éventuelles (par convection et par rayonnement).
  • sortir de la paroi (par convection et par rayonnement).
    Rt = La résistance thermique totale de la paroi au transfert de chaleur est la somme des résistances thermiques de l’ensemble des couches de matériaux + la résistance thermique d’échange d’une surface.
    Rt = Rsi+R1+R2+R3+R4+Rse

Rt = Résistance totale de la paroi au transfert de chaleur (m²K/W)
Rsi = résistance thermique d’échange d’une surface intérieure
R1 = Résistance du matériau 1 au transfert de chaleur (m²K/W)
R2 = Résistance du matériau 2 au transfert de chaleur (m²K/W)
R3 = Résistance du matériaux....
Rse = Résistance thermique d’échange d’une surface extérieure.



Coefficient de transmission thermique U (W/m²K)

Le coefficient de transmission thermique d’une paroi est la quantité de chaleur traversant cette paroi en régime permanent, par unité de temps, par unité de surface et par unité de différence de température entre les ambiances situées de part et d’autre de la paroi.

Le coefficient de transmission thermique est l’inverse de la résistance thermique totale (Rt) de la paroi.

U={1\over Rt (W/m^2K)}