Fiche de révision : Optimisation énergétique par isolation extérieure

📋 Plan du Cours

1. Contexte de la rénovation
2. Essai de conductivité thermique
3. Comparaison des isolants
4. Confort hygrothermique et paroi froide
5. Température de base et surface des parois
6. Isolation thermique par l'extérieur
7. Simulation énergétique du bâtiment

📖 1. Contexte de la rénovation

🔑 Notions clés & Définitions

• Internat du lycée Henri Laurens : Bâtiment d’accueil situé à Saint-Vallier, destiné à recevoir des élèves sur 4 nuits par semaine.
• Région Auvergne-Rhône-Alpes : Maître d’ouvrage ayant lancé des travaux de rénovation pour améliorer la qualité d’accueil et répondre aux enjeux environnementaux.
• Cahier des charges : Document d’exigences élaboré par un programmiste pour cadrer la conception de la rénovation.
• Maquette BIM et modèle de simulation thermique : Modèles numériques réalisés à partir des plans et des investigations pour analyser l’ouvrage existant.

📝 Points essentiels

• Le bâtiment de l’internat a été construit au début des années 2000 et est décrit comme vieillissant.
• La rénovation vise à garantir un accueil de qualité aux internes tout en répondant aux enjeux environnementaux liés au parc bâti.
• Des investigations sur site servent à préciser la composition détaillée des parois opaques existantes.
• Une maquette BIM et un modèle de simulation thermique sont ensuite réalisés pour soutenir la conception.

💡 Astuce mémo

Contexte = 2000+ vieilli → exigences → BIM + simulation.

📖 2. Essai de conductivité thermique

🔑 Notions clés & Définitions

• Boîte chaude gardée : Essai de caractérisation thermique consistant à chauffer un banc et à suivre des températures pour identifier l’état transitoire ou permanent.
• Conductivité thermique : Paramètre du matériau qui traduit sa capacité à conduire la chaleur, déterminée ici à partir de l’essai de boîte chaude gardée.
• Régime transitoire et régime permanent : Deux états d’un essai thermique : le transitoire précède la stabilisation, puis le permanent correspond à des températures stabilisées.
• Fichier Excel AC09-Boîte chaude gardée expérimentation : Feuille de calcul utilisée pour déterminer la conductivité thermique à partir des mesures de températures et des dimensions de paroi.

📝 Points essentiels

• La procédure consiste à mesurer la température dans le banc chauffé, puis à refaire une mesure après 5 min pour juger transitoire ou permanent.
• La température de l’air de la pièce est mesurée pour le calcul et pour caractériser le contexte d’échange thermique.
• Les dimensions de la paroi en matériau biosourcé (mesure via une paroi supplémentaire, sans ouvrir la boîte) sont relevées.
• L’Excel demande les mesures pour calculer la conductivité thermique du matériau à caractériser.

💡 Astuce mémo

Boîte chaude gardée : 0 min puis 5 min pour savoir si ça se stabilise.

📖 3. Comparaison des isolants

🔑 Notions clés & Définitions

• Panneau en liège expansé : Isolant biosourcé dont la conductivité est obtenue via l’expérimentation pour les épaisseurs étudiées.
• Panneau rigide en fibre de bois : Isolant dont des caractéristiques (densité, lambda, impact climatique) sont fournies dans le tableau de comparaison.
• Panneau isolant en polystyrène expansé : Isolant dont la masse volumique, la conductivité et l’impact sur le changement climatique sont donnés dans le tableau.

📝 Points essentiels

• Pour le liège expansé, la conductivité thermique vaut 34,9 W·m^-1·K^-1 selon la ligne du tableau, et son impact climatique est 20,1 kg CO2e.
• La fibre de bois rigide a une conductivité thermique de 0,039 W·m^-1·K^-1 et un impact climatique de 20,1 kg CO2e.
• Le polystyrène expansé affiche une conductivité thermique de 0,031 W·m^-1·K^-1 et un impact climatique de 59,2 kg CO2e.
• Les épaisseurs considérées vont pour le liège de 20 à 200 mm, pour la fibre de bois et le polystyrène selon les intervalles indiqués.

💡 Astuce mémo

Lambda : polystyrène 0,031 < fibre de bois 0,039 (meilleur conducteur = plus grand lambda inverse).

📖 4. Confort hygrothermique et paroi froide

🔑 Notions clés & Définitions

• Confort thermique : Paramètre de sensation de bien-être lié aux échanges entre l’air ambiant et les surfaces intérieures des parois.
• Phénomène de paroi froide : Situation d’inconfort lorsque la surface intérieure des murs est trop froide par rapport à l’air de la pièce.
• Écart de température intérieur : Différence entre la température de la face intérieure de la paroi et celle de l’air ambiant, utilisée pour déclencher la sensation d’inconfort.

📝 Points essentiels

• La paroi froide apparaît quand il existe un écart de température entre l’air ambiant et la surface des murs.
• Même à 20 °C dans la pièce, l’inconfort peut survenir si la paroi intérieure est suffisamment plus froide que l’air.
• La sensation d’inconfort apparaît si l’écart de température dépasse 3 °C entre la face intérieure de la paroi et la température de l’air.

💡 Astuce mémo

Paroi froide = écart > 3 °C, pas seulement la valeur de l’air (même à 20 °C).

📖 5. Température de base et surface des parois

🔑 Notions clés & Définitions

• NF EN 12831 : Norme française qui définit des températures extérieures de base selon des paramètres comme altitude et proximité de la mer.
• Température extérieure de base : Température la plus basse relevée dans un département sur au moins 5 jours durant l’année, utilisée pour dimensionner le chauffage.
• Température de surface intérieure : Température obtenue pour la face intérieure d’une paroi via le calcul du coefficient U et les paramètres de températures intérieure et extérieure.
• Coefficient U : Paramètre thermique de transmission permettant d’évaluer l’efficacité d’une paroi et d’en déduire la température de surface intérieure.

📝 Points essentiels

• La température de base sert à déterminer la puissance de chauffage du bâtiment selon la norme NF EN 12831.
• Pour l’hiver, la température de base est aussi utilisée pour déterminer la température de la face intérieure des parois au plus froid.
• Le lycée est situé entre 145 et 160 m d’altitude, ce qui implique de lire la valeur de température de base dans la tranche 0 à 200 m.
• Le site Ubakus permet, à partir des couches et épaisseurs, d’accéder à la valeur de U puis à la température de surface côté intérieur.

💡 Astuce mémo

Base (NF EN 12831) → dimensionne le chauffage → sert à la face intérieure la plus froide via Ubakus.

📖 6. Isolation thermique par l'extérieur

🔑 Notions clés & Définitions

• ITE : Isolation thermique par l’extérieur, ajoutée côté extérieur aux parois opaques pour améliorer leurs performances.
• Label BBC Effinergie Rénovation : Exigence de performance qui motive le choix d’une solution d’isolation par l’extérieur dans le projet décrit.
• Panneaux isolants base de fibre de bois : Solution d’isolation retenue en ITE, avec un coefficient de conductivité modifié à 0,039 W·m^-1·K^-1.
• Enduit chaux : Couche de finition associée à l’ITE, réalisée ici avec une épaisseur de 10 mm.

📝 Points essentiels

• Pour viser le label BBC Effinergie Rénovation, la maîtrise d’œuvre retient une isolation par l’extérieur (ITE).
• L’ITE utilise des panneaux en fibre de bois avec un lambda fixé à 0,039 W·m^-1·K^-1.
• Les épaisseurs choisies vont de 60 à 200 mm par pas de 20 mm pour l’optimisation des performances.
• La finition d’ITE comprend un enduit à base de chaux d’une épaisseur de 10 mm.

💡 Astuce mémo

ITE BBC : fibre de bois (lambda 0,039) + enduit chaux 10 mm.

📖 7. Simulation énergétique du bâtiment

🔑 Notions clés & Définitions

• Logiciel ArchiWIZARD : Outil métier utilisé ici pour optimiser et certifier la performance énergétique et environnementale du bâtiment.
• Besoins en chauffage : Indicateur calculé par le logiciel, relevé avant et après modification des parois pour comparer les scénarios.
• Configurateur de parois : Fonction qui affiche l’arborescence des parois du projet afin de modifier une composition existante.
• Diagramme des déperditions : Affichage des pertes thermiques de l’enveloppe pour visualiser l’effet des modifications de parois.

📝 Points essentiels

• Le scénario de simulation démarre avec le fichier AC09_Simulation_Internat LHL.awz puis le relevé initial des besoins en chauffage.
• La paroi « Mur béton LHLinitial » est dupliquée pour créer une nouvelle composition nommée « Mur béton LHL initial + ITE ».
• Dans « Mur béton LHL initial + ITE », une couche d’isolant en fibre de bois de 120 mm et un enduit en mortier de chaux de 10 mm sont ajoutés côté extérieur.
• Après modification, on relève à nouveau les besoins en chauffage, on calcule le pourcentage de gain d’économie d’énergie, puis on édite le diagramme des déperditions via « Déperdition thermique de l’enveloppe ».

💡 Astuce mémo

ArchiWIZARD : initial → dupliquer mur → ajouter ITE → comparer besoins → gain % → déperditions.

📊 Tableaux de synthèse

Conductivité et impact climatique des isolants

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre la détection de paroi froide avec la température de l’air : le test dépend de l’écart paroi intérieur-air, pas du seul 20 °C.
2. Oublier le critère des 5 minutes pour décider si l’essai de boîte chaude gardée est en régime transitoire ou permanent.
3. Mesurer les dimensions en ouvrant la boîte alors que le protocole impose de prendre la mesure sur une paroi supplémentaire en liège.
4. Se tromper de tranche d’altitude pour la température de base : le lycée est entre 145 et 160 m, donc dans 0 à 200 m.
5. Intervertir épaisseur et lambda dans la partie ITE : le lambda est fixé à 0,039 W·m^-1·K^-1, alors que l’épaisseur varie de 60 à 200 mm (et 120 mm est utilisé ensuite dans la simulation).
6. Lire le confort thermique comme un seuil absolu de température : le seuil donné concerne un écart de température supérieur à 3 °C.
7. Mélanger la température de base (extérieur) avec la température de surface intérieure, qui est fournie après calcul du U.

✅ Checklist Examen

1. Décrire l’objectif de la rénovation et le rôle du cahier des charges dans le projet de l’internat.
2. Expliquer le principe de l’essai de boîte chaude gardée et donner la durée de référence pour vérifier le régime (5 min).
3. Indiquer quelles températures sont mesurées (dans le banc chauffé, puis dans la pièce) et pourquoi une mesure sur paroi supplémentaire est utilisée.
4. Savoir quelles mesures alimentent le fichier Excel AC09-Boîte chaude gardée expérimentation pour obtenir la conductivité thermique.
5. Lister les trois isolants comparés (liège expansé, fibre de bois rigide, polystyrène expansé) et rappeler leurs lambda et impact CO2e tels que donnés.
6. Calculer/justifier la condition de sensation d’inconfort liée à la paroi froide à partir de l’écart de température.
7. Définir la température extérieure de base selon NF EN 12831 et rappeler qu’elle sert à dimensionner la puissance de chauffage.
8. Choisir la valeur de température de base pour le site à partir de l’altitude donnée (145 à 160 m, tranche 0 à 200 m).
9. Expliquer comment Ubakus donne la température de surface intérieure : entrée des couches/épaisseurs, calcul du coefficient U, puis lecture de la température côté intérieur.
10. Rappeler la logique de l’ITE choisie pour viser BBC Effinergie Rénovation et préciser fibre de bois + enduit chaux (lambda 0,039 et 10 mm).
11. Donner l’intervalle d’épaisseur envisagé pour l’ITE (60 à 200 mm par pas de 20 mm).
12. Réaliser la séquence de simulation : ouvrir le fichier, relever les besoins en chauffage, dupliquer le mur, ajouter 120 mm de fibre de bois et 10 mm de chaux, puis comparer et calculer le gain %.
13. Indiquer comment on accède au diagramme de déperditions et à la rubrique « Déperdition thermique de l’enveloppe » dans ArchiWIZARD.