Isoler à base de bois

Préambule

Malgré un engouement qui ne cesse de croitre, trop souvent encore l’utilisation du bois ou de ses dérivés fait « peur » et est trop rapidement écartée, laissant le choix à des matériaux dits « traditionnels ».

Or le bois est, à bien des égards, un allié intéressant dans le cadre de la rénovation, voire incontournable lorsqu’il s’agit de nouvelles constructions à très haute performance énergétique.

Aujourd’hui, notamment grâce à la recherche et au développement des techniques de construction et surtout à leur enseignement, nous avons les moyens de mieux maîtriser l’usage du bois et de ses dérivés et pouvons les préconiser sans crainte.

Le bois est un matériau qui doit être mis en œuvre de manière rigoureuse. Cela signifie aussi que l’emploi du bois doit être anticipé dès la conception.

Les outils de cette rubrique permettent, sur base d’analyses critiques, de présenter une série de situations où l’usage du bois est pertinent et présente souvent un atout par rapport à l’usage de matériaux plus traditionnels. La vérification des cas porte uniquement sur l’aspect de la physique du bâtiment.

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Objectifs

Cette étude, réalisée par un bureau d’architectes et d’auditeurs énergétiques*, est née du constat que si les candidats rénovateurs ou constructeurs étaient généralement un public intéressé par l’aspect énergétique, bien que la motivation en soit plus souvent économique qu’environnementale, il n’en demeure pas moins que peu sont soucieux de la manière dont leur bâtiment peut être amélioré ou conçu : la finalité prime sur les moyens.

Or, il y a là une démarche essentielle à entreprendre dans une optique de développement durable : élargir la démarche « énergétique » à ce degré supplémentaire qui relève du choix des méthodes et matériaux utilisés.

Quel que soit la littérature spécialisée sur laquelle cette vérité s’appuie, il est aujourd’hui indéniable que le bois est une ressource incontournable pour quiconque parle développement durable. Dans l’analyse des écobilans ou LCA, le bois est un maître choix en la matière.

Diminuer l’impact énergétique d’une solution constructive ou d’isolation est intimement lié à l’utilisation de ce matériau renouvelable. Bien sûr, il reste possible d’avoir recours à des matériaux dits « traditionnels » mais lorsque la solution, à performance égale, existe pour privilégier un usage de matériaux écologiques pourquoi ne pas le faire?

* Bureau d’architectes BROUAE snc – Architectures & Energies

Melle Laurence Vandormaelwww.brouae.beinfo@brouae.be

Méthode

L’objectif de cet outil est de proposer différentes solutions faisant usage du bois et de ses dérivés afin d’encourager les prescripteurs à en faire un usage adéquat que ce soit dans le cadre de l’amélioration de la performance énergétique de bâtiments existants ou de la conception de nouveaux bâtiments.

Dans le comportement physique d’une paroi, le bon usage du matériau bois sera guidé principalement par son comportement au transfert de la vapeur d’eau : il faut éviter qu’il y ait une accumulation de vapeur d’eau au sein de la paroi, provoquant de la condensation interne. Les cas analysés ci-après ont été validés sur ce plan et la composition de la paroi est donc viable.

Petit résumé théorique du phénomène :

Quand y a-t-il condensation dans la paroi?

Dès que la pression partielle atteint la pression de saturation, il y a formation de condensation, au sein de la paroi, à l’endroit appelé point de rosée.

Dans nos régions, en hiver, la teneur en eau de l’air est généralement plus importante à l’intérieur qu’à l’extérieur, notamment à cause de l’ensemble des sources d’humidité liées à l’occupation. Douche, cuisine, nettoyage ou tout simplement la présence humaine (le corps dégage à lui seul environ 50 grammes de vapeur d’eau par heure). La nature tendant à l’équilibre, cette vapeur d’eau va migrer de l’intérieur vers l’extérieur (d’un milieu plus concentré vers un milieu moins concentré) au travers des différents matériaux qui composent la paroi. L’inverse se produisant en été mais de manière très ponctuelle et plutôt rare (3 à 5 jours/an en moyenne).

Or, la quantité de vapeur pouvant être contenue dans l’air est directement liée à la température. Un air plus chaud peut contenir plus de vapeur d’eau. Dès lors, l’hiver, la température de la paroi diminuant progressivement de l’intérieur vers l’extérieur au fur et à mesure que l’on rencontre des matériaux ayant une certaine résistance thermique, la quantité de vapeur d’eau pouvant être contenue dans l’air va diminuer également jusqu’à éventuellement atteindre le point de saturation.

Tant qu’une paroi n’est pas isolée, il y a peu de risque de condensation interne mais dès qu’un matériau isolant est rencontré, même quelques centimètres, la température chute de manière importante et le risque de condensation interne est accru.  Dès que des matériaux naturels et biodégradables sont employés, le risque d’humidification peut engendrer à terme des sinistres importants.  Il est important de le savoir et de pouvoir gérer la mise en œuvre pour éviter une dégradation des matériaux.

Comment s’exprime la teneur en eau dans un matériau?

Le taux d’humidité (H%) du bois est calculé en faisant la différence entre la masse du bois humide (Mh) et la masse du bois à l’état anhydre (Ms) rapportée à la masse du bois à l’état anhydre. Soit ((Mh-Ms)/Ms)*100. Il s’exprime en %.

L’analyse

Successivement des simulations au moyen de plusieurs logiciels nourrissent la réflexion de la conception de la paroi et chacune revêt une importance particulière.

  • simulation statique Glaser : méthode de calcul qui permet d’évaluer les risques de condensation interne d’une paroi.
  • simulation dynamique Wufi ©: méthode analysant le transfert et le stockage de chaleur et de vapeur d’eau au travers et dans les parois, sur une période définie par l’utilisateur. Ce logiciel a été mis au point par le Fraunhofer Institut für Bauphysik de Holzkirchen en Allemagne. Il permet de prendre en compte un mouvement de vapeur d’eau dans les 2 sens et donc de tenir compte des possibilités d’assèchement de la paroi.
  • simulation dynamique via Wufi Bio ©: détermine le risque de formation de moisissures à la surface des parois internes.

Il s’agit d’outils indispensables à toute bonne conception, tant en construction neuve qu’en rénovation.

Dans les simulations réalisées, l’humidité de départ est délibérément élevée (80%) afin de simuler un chantier qui aurait été exposé aux intempéries. Le but étant de voir les capacités de séchage de la paroi. Ce pourrait également être rencontré en cas d’infiltration accidentelle.

En travaillant le matériau bois et ses dérivés, ces simulations anticipent tout problème éventuel lié au choix des matériaux et à la composition de paroi. Cette démarche préalable ne met cependant pas à l’abri d’une mauvaise exécution et le contrôle de la mise en place reste indispensable. Il est essentiel que les travaux d’isolation soient réalisés par un professionnel ou tout au moins supervisés par celui-ci.

Chaque cas étant différent, la conception de ces ouvrages devra être réalisée avec soin pour en garantir une durabilité maximale. La prudence reste de mise et l’utilisation de ces matériaux, de même que l’interprétation des résultats des simulations requiert la connaissance nécessaire pour en user avec raison.

Une attention particulière doit également être apportée à l’étanchéité à l’air. Il s’agit sans aucun doute d’un des aspects de la mise en œuvre les plus importants et qui malheureusement est couramment négligé sur chantier. Il est nécessaire d’encourager les maîtres d’ouvrages, architectes et entrepreneurs à procéder à des tests de vérification de bonne mise en œuvre par la caméra thermique et le test d’étanchéité à l’air (Blower Door Test). Le meilleur produit qui soit ne sera d’aucune efficacité si la mise en œuvre n’a pas été exécutée avec soin et savoir-faire.

Remarque : il existe d’autres logiciels de simulation dynamique que Wufi.


Explication du contenu d’une fiche

  • le recto reprenant la composition du cas, les informations générales (mur, toiture, sol) le type d’isolation (par l’intérieur, l’extérieur) et la synthèse du résultat des simulations avec validation de la solution. Des commentaires relatifs à la mise en œuvre, des remarques quant à la prescription et aux conditions d’usage et une information sur les matériaux sont également détaillées.  Une comparaison des critères d’efficacité, de coût et de technicité de mise en oeuvre complète l’information.
  • Le verso reprend les résultats plus détaillés des 3 simulations effectuées avec quelques valeurs chiffrées s’y rapportant. L’ensemble des simulations a été testé sur une période de 5 ans.
  • En tête de page sont reprises les conditions de test pour la réalisation des simulations par la méthode Glaser (cas défavorable avec une humidité relative de 80%).
  • Le graphe Glaser avec commentaire sur le risque ou non de condensation interne
  • Le graphe Wufi© reprenant l’évolution de la teneur en eau totale de la paroi dans le temps, et commentaire sur ces résultats
  • Le graphe Wufi-Bio© reprenant l’évolution de la teneur en eau des spores dans le temps, en comparaison avec la teneur en eau critique.

Les résultats dans Glaser :

Le logiciel génère le calcul de pression de saturation (PS) et de pression partielle (PP) en fonction de la température (t°) et des caractéristiques des matériaux rencontrés (valeurs lambda et mu). Il informe du risque de condensation interne. Un graphique illustre les valeurs calculées.

glaser

 

Les résultats dans Wufi©:

Le logiciel génère le profil de la teneur en vapeur d’eau pour une période déterminée. S’il tend à augmenter d’année en année, il y aura manifestement un risque d’accumulation d’eau dans la paroi et donc un danger que cela ne nuise à sa bonne tenue dans le temps si l’on atteint les valeurs limites de saturation.

La méthode détaille également la teneur en eau dans chaque matériau ce qui permet de valider la pertinence de ce choix: si une quantité importante d’eau est présente en permanence dans un matériau, cela peut nuire à celui-ci et diminuer, voir annihiler, ses propriétés, notamment isolantes, de manière irréversible.

Dans le cas de certains isolants, comme la fibre de bois ou la laine de cellulose, les fabricants diffusent l’information. Dans le cas du matériau bois, il est admis comme valeur de référence la limite des 20% d’humidité à partir de laquelle des champignons peuvent se développer.

Exemple de graphe de teneur en eau: pour l’ensemble de la paroi (figure ci-dessous).

M1-H2O
Le graphe ci-dessus montre la capacité d’assèchement de la paroi, et son maintien à un équilibre entre les flux de vapeur entrant et sortant, puisqu’il n’y a pas d’accumulation de vapeur d’eau dans la paroi au fil des ans. Le taux d’humidité de la paroi ne met en péril ni sa viabilité ni l’efficacité de son isolation.

 

Les résultats dans Wufi bio©:

Pour se développer les moisissures ont besoin d’être dans certaines conditions de température et d’humidité. La nature de la surface joue également un rôle dans l’aggravation du risque.

Toute spore présente en permanence dans l’air ambiant, a un potentiel osmotique qui lui permet de prendre l’eau dans son environnement. Ce potentiel est caractérisé par la capacité de stockage de l’humidité. Quand le seuil critique de stockage est atteint (c’est à dire lorsque le bois a atteint un pourcentage d’humidité supérieur à 20%), l’activité biologique peut se déclencher et la spore peut germer. En dessous de ce seuil, les spores sont présentes mais inactives.

Le logiciel génère un graphe représentant la courbe de la valeur critique de capacité de stockage d’eau des spores ainsi que celle de la quantité d’eau contenue dans les spores propre au cas simulé. Si la valeur critique est dépassée il y a développement de champignons sur la paroi.

M1-BIO

 

Remarques matériaux :

Une remarque particulière s’impose en ce qui concerne les membranes pare-vapeur et freine-vapeur à mu variable. En effet ces membranes présentent la caractéristique de laisser plus ou moins passer de vapeur d’eau: en hiver, lorsque la vapeur d’eau a tendance à migrer de l’intérieur vers l’extérieur, la membrane se ferme et la valeur µ (coefficient de résistance à la diffusion de la vapeur d’eau) est élevée (jusqu’à 50 000 pour la membrane le plus souvent rencontrée). A l’inverse, certains jours de l’été, afin d’optimiser le séchage de la paroi, le transfert est favorisé de l’extérieur vers l’intérieur (valeur µ faible, 1250 pour cette même membrane).

Certains matériaux présentent une valeur lambda différente s’ils sont secs ou humides, comme c’est le cas pour la brique. Les valeurs humides sont plus défavorables que les valeurs sèches.

Sous-toiture respirante signifie que celle-ci est ouverte à la diffusion de vapeur. Il s’agit de toute la famille des sous toitures à base de géotextile, plaque de cellulose ou fibre ciment. Sont exclues les membranes de polyéthylène ou membrane bitumineuses. Une sous-toiture non respirante impose la pose d’un pare-vapeur dont la valeur µ est très élevée, ce qui peut être le cas dans une pièce ou un bâtiment où la production de vapeur d’eau est très importante.

Pour les enduits de façade extérieure: il est fait référence dans les cas simulés à des enduits compatibles avec une pose sur isolant, c’est à dire des enduits qui permettent une diffusion de la vapeur d’eau.

 

Conditions de test:

En ce qui concerne les conditions initiales de test pour la simulation Wufi©, elles sont identiques à celles de Glaser pour les valeurs Re et Ri. Pour les valeurs HRe et HRi, celles-ci sont fonction du climat de référence. Au début de la simulation, on se place dans une situation défavorable avec une HRi de 80% (situation de chantier très humide, ceci permet d’apprécier les capacités de séchage de la paroi), y compris dans la paroi. Les valeurs Te et Ti sont définies pour les premières par le climat de référence et pour les secondes par une température intérieure de 20°, susceptible de grimper à 25° (à travers une relation simplifiée basée sur la température extérieure, norme EN 15026). Les autres informations nécessaires à la simulation sont les valeurs par défaut de Wufi.
Par « intérieur » et « extérieur » on marque la limite entre le volume protégé et le volume non protégé (qu’il soit exposé ou non aux intempéries et éventuellement au gel).