Les matériaux isolants thermiques

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Pour mieux remplir son rôle, l’isolant thermique doit avoir une faible conductivité thermique. L’isolation thermique à laquelle s’accompagne en générale une isolation acoustique, constitue pour les bâtiments, un grand enjeu. C’est valable que ces derniers servent d’habitation ou accueillent un public. En effet, elle assure le confort intérieur du bâtiment, non seulement sur le plan thermique et acoustique. Outre cela, elle joue aussi un rôle sanitaire en améliorant la qualité de l’air qui y circule. Mieux encore, une bonne isolation, associée à une ventilation correcte, contribue à accroitre la longévité du bâti. Ce qui garantira de manière certaine la valorisation du patrimoine.

Et il ne faut surtout pas oublier de mentionner, l’impact concret et avantageux sur l’économie mensuel du ménage grâce à la réduction de la consommation d’énergie.  Tout ce qu’on vient d’énoncer ne constitue que les avantages, bien entendu, inestimables sur le plan individuel. Sur le plan universel on a aussi beaucoup à dire. Effectivement, opter pour une construction économe en énergie est un acte citoyen, primordial pour la sauvegarde de l’environnement et de la planète.

Principe de l’isolation thermique

Ce sont les matériaux isolants, mis en œuvre avec la technique appropriée, par un professionnel détenant la mention RGE (Reconnu Garant de l’Environnement technique) qui forment la base de la réussite de l’isolation. À propos des matériaux isolants, objet du présent article, ils sont nombreux à être proposés à la clientèle. Pour pouvoir faire le bon choix, il faut être en mesure de faire une comparaison pertinente par la connaissance :

  • Des grandeurs physiques fondamentales caractérisant la thermique utilisables en isolation.
  • Des exigences des réglementations thermiques en vigueur.
  • De différentes normes de qualité définies au sein de l’Union Européenne et de la France ainsi que les différents labels à se référer, des avis techniques et des certifications délivrés par les organismes compétents et attestant la qualité et les performances affichées par les produits proposés.

La liste non exhaustive des matériaux isolants, classés selon leurs spécificités par rapport à des critères jugés importants, peut également aider à orienter son choix.

Les grandeurs physiques utilisées pour caractériser les matériaux isolants

Dans la pratique, des grandeurs physiques sont utilisées pour quantifier la performance technique d’un isolant. Ce sont :

  • La résistance thermique R, mesurée en m2x°K/W, définissant l’aptitude du matériau, ayant une épaisseur déterminée, à s’opposer au passage du flux de chaleur ou de froid. La capacité isolatrice du matériau augment en fonction de la valeur de R.
  • La conductivité thermique λ mesurée en W/m2x°K, sert à comparer la capacité de deux matériaux de même épaisseur à laisser passer ou à retenir le flux de chaleur.
  • On utilise également le coefficient de transmission surfacique en  W/m2x°K, pour une paroi constituée de plusieurs matériaux. U détermine donc le flux de chaleur ou de froid passant par 1m2.
  • λ et U sont les inverses de R. Plus les valeurs de λ ou de U, est faible, plus le matériau ou la paroi est isolant.
  • La masse volumique de la matière ρ mesurée en kg/m3. Elle impacte sur l’attitude du matériau face à la propagation de chaleur. Dans cette optique, un matériau isolant à ρ élevée arrive à stocker plus de chaleur qu’un matériau plus léger. De plus, la stabilité d’un ensemble de matériaux disposés en accroche ou à l’extérieur du bâtiment est assurée si  la valeur de ρ est grande. Elle contribue ainsi à l’accroissement de la longévité de la construction.
  • Pour déterminer l’inertie, on utilise la capacité thermique C mesurée en kWh/m3x°K, étant la capacité du matériau à emmagasiner la chaleur et le déphasage en h, étant le temps mis par le flux de chaleur pour traverser la paroi. Ces deux grandeurs, issues du principe de construction bioclimatique permettent de maîtriser la variation de température de l’intérieur vers l’extérieur et inversement (confort d’hiver et confort d’été).
  • Face à la diffusion de vapeur d’eau, on utilise, le coefficient de la résistance à la vapeur d’eau μ (sans unité) et  la résistance à la vapeur d’eau Sd = μ x épaisseur.
  • Plus les valeurs de μ et Sd sont élevées, plus les matériaux considérés sont imperméables aux vapeurs d’eau.

À noter qu’un pare vapeur possède un Sd > 18 m

Isolant thermique : les différentes réglementations thermiques

La Réglementation Thermique RT est mise en place dans l’objectif de fixer une limite maximale à la l’énergie consommée par un bâtiment neuf, plus précisément en chauffage, ventilation, climatisation, production d’eau sanitaire, éclairage et auxiliaires. Ce sont les cinq usages règlementés.

Chaque RT  (particulièrement à partir de 2005) mise en place repose sur le principe de comparaison du bâtiment à évaluer à un bâtiment de référence et se distingue juridiquement par leur champ d’application.

Techniquement, le bâtiment à évaluer doit être plus performant, autrement dit doit consommer moins d’énergie que le bâtiment de référence dont le niveau augmente avec la RT qui suit.

Liste des réglementations sur l’isolation thermique

Les réglementations qui se sont succédées sont les suivantes :

  • La réglementation 1974 (RT 1974) dont l’application a commencé en 1975 impose l’isolation des parois et la régulation des systèmes de chauffage, ayant été mise en place à la suite du choc pétrolier de 1973. Elle concerne les bâtiments d’habitation neufs.
  • En 1988, la RT 88, en continuité de la RT 74, avec comme champ d’application, les bâtiments neufs servant de résidences ou non.
  • La Réglementation 2000 (RT 2000) impose aux bâtiments neufs résidentiels de réduire de 20 % leur consommation d’énergie par rapport à celle de 88 et de réduire de 40 % les consommations en énergie tertiaires par rapport à celle consommée en 88.
  • Elle trouve son amélioration avec la RT 2005  qui remplace celle de 2000, en application à partir du 1er septembre 2006 et s’adresse aux bâtiments neufs ainsi que leurs parties nouvelles.
  • Sa particularité est qu’elle exige à ces dernières une réduction de 15 % de consommation en énergie par rapport à celle consommée en 2000.
  • C’est également dans cette période que par des arrêtés complémentaires on commence à s’intéresser aux travaux pour l’amélioration énergétique en rénovation.
  • La Réglementation 2012 (RT 2012), en vigueur actuellement appliquée aux constructions neuves. Elle a ses points particuliers par rapport à celle de 2005 dont :

Isolant thermique : un champ d’application plus large

Elle s’applique aux bâtiments publics d’enseignements d’enfants et des crèches ainsi qu’aux bâtiments tertiaires ayant des permis de construire déposés depuis le 28 octobre 2011. À partir du 1er janvier 2013, son application est généralisée (bâtiments habitation, établissements universitaires, établissements de santé et hébergements des personnes âgées, hôtels, gymnase, aérogare, palais de justice, bâtiment commercial, industriel ou artisanal, etc.

Une incitation et un soutien aux travaux de rénovation visant l’amélioration énergétique

Le parc immobilier des bâtiments anciens est le plus énergivore et également constitué de nombre plus grand que celui des bâtiments neufs. La baisse de consommation escomptée n’est possible que si l’on apporte un soutien particulier à ces bâtiments. D’où la mise en place des diverses aides et parallèlement le renforcement des exigences.

Isolant thermique : la détermination d’autres contraintes

En l’occurrence les travaux relatifs à la perméabilité à l’air, l’étanchéité des bâtiments (limitée à 0,6 m/h/m2), surface vitrée minimum équivalente au 1/16 de la surface habitable en maison résidentielle, utilisation de l’énergie renouvelable ou une autre solution écologique.

Isolant thermique : les exigences de la RT 2012 jusqu’en 2020

Elles se rapportent aux bâtiments anciens, une réduction de consommation de 3 % par an et aux bâtiments neufs, une consommation énergétique divisée par trois par rapport à celle du label BBC défini par la RT 2005 à 50 kW hep/m2xan (ep = énergie primaire dont la conversion en d’autres sources d’énergie est fixée forfaitairement).

Tout cela pour pouvoir atteindre l’objectif de la RT 2020 : des bâtiments neufs à énergie positive, c’est-à-dire qui produisent plus d’énergie qu’ils n’en consomment.

Les labels créés en parallèle aux RT, les normes de qualité

Pour les différentes RT, des labels de bâtiments ont été créés comme référence, à savoir :

  • HPE rénovation 2009 (Haute Performance Energétique en rénovation) : consommation maximale exigée=150 kW hep/m2xan.
  • BBC rénovations 2009 (Bâtiment Basse Consommation) consommations maximales exigées= 80 kW hep/m2xan.
  • BBC 2005, consommation exigée=50 kW hep/m2xan (prise par la suite comme base de référence avec l’ajout d’autres exigences).
  • HPE 2005 (consommation maximale réduite de 10 %) et HPE-EnR (EnR : énergie renouvelable).
  • THPE 2005 (Très haute Performance Energétique) : consommation maximale réduite de 20 % et THPE-EnR 2005.

Isolant thermique :  critères et normes de qualité, les organismes compétents pour les certifications et avis

On associe plusieurs critères et normes aux isolants pour déterminer leur qualité et leurs performances techniques. De plus, des organismes agréés et compétentes à donnent des avis et délivrent des certificats à ces produits. Il s’agit de :

  • La résistance face au feu. Dans ce sens, tous les matériaux isolants sont classés dans l’EUROCLASSES  suivant des critères déterminant leur réaction au feu, partant du caractère incombustible ou presque par A1 et A2, puis les classes B, C, D, E, F, définissent la durée du temps de résistance au feu allant en décroissant jusqu’à être nulle en F, suivi de production de plus en plus importante de fumée (S1,S2,S3) ainsi que pas ou existence de gouttelettes enflammées persistant entre 0 et 10 secondes (d0, d1,d2).
  • La conformité européenne ou le marquage CE.
  • Le certificat délivré par ACERMI après un test thermique concluant sur le produit.
  • L’Avis technique du CSTB, garantissant la qualité d’un produit ou d’un dispositif, car la performance a été vérifiée.
  • La Fiche de déclaration Environnementale et Sanitaire (FDES) concernant particulièrement les établissements d’accueil collectif des enfants de bas âges où la surveillance de la qualité de l’air est impérative.

Isolant thermique : classification, exemples

On recourt jusqu’ici à de nombreux critères pour classer les matériaux isolants. Notamment, leur origine, leur mode de fabrication, etc. Toutefois, devant l’éventail de choix très large, et les produits de plus en plus perfectionnés, les exigences de la RT en vigueur, les certifications et avis accompagnant le produit peuvent constituer des critères de choix suffisants. Par ailleurs, en dehors du prix, facteur déterminant, l’entreprise et l’artisan, certifiés RGE sont les plus indiqués pour donner l’avis le plus pertinent. Ils émettront leurs avis en fonction de la technique de mise en œuvre à privilégier et la partie à isoler. Enfin, ils sont en mesure de prendre en compte le caractère écologique du produit.

Par ailleurs, on reconnait actuellement :

  • Qu’il existe des produits efficaces, écologiques, faciles à exploiter, étant présents  presque partout dans la vie quotidienne, mais assez méconnus jusqu’à maintenant. Ce sont les matériaux isolants dits « bio-sourcés » qui sont issus des fibres végétales, d’origine animale ou du recyclage de papier et de vêtements usés.
  • Que, toujours dans cette optique, il s’avère important de considérer l’énergie grise que requiert la fabrication du produit. Il s’agit de la totalité de la consommation d’énergie depuis sa fabrication jusqu’à la fin de son cycle de vie. C’est-à-dire son recyclage si possible. À noter que les isolants bio-sourcés  se distinguent par leur niveau d’énergie grise le plus faible par rapport à celui de la plupart d’isolants traditionnels.

L’énergie grise la plus faible est de moins de 10 kWh/UF (cycle) et la plus élevée, supérieure à 180 kWh/UF, celle du polystyrène extrudé au HFC.

Classification classique des isolants

Il existe :

  • Les laines minérales comme la laine de verre ou de roche, laine minérale haute densité
  • Les isolants synthétiques comme le polystyrène expansé ou extrudé, le polyuréthane, etc.
  • Les isolants naturels écologiques (où sont classés les isolants bio-sourcés). Il y a ceux issus du  bois, comme les fibres de bois souple, les copeaux de bois, le liège expansé ; ceux issus de l’agriculture comme la botte de paille, le lin, le chanvre ; ceux d’origine animale comme les plumes de canard, la laine de mouton et ceux issus du recyclage comme l’ouate de cellulose (papier), textile recyclé ou métisse.
  • Les isolants minéraux, comme la vermiculite, la perlite expansée, etc. (performants thermiquement, mais chers)
  • Les isolants dits « nouvelle génération », comme, le béton cellulaire, la brique monomur, et pierre ponce (utilisées en isolation repartie à la fois comme mur porteur et isolant), l’aérogel (isolant mince et de faible densité).

Exemples d’isolant thermique pour chaque classe

Laines de verre et de roche.

Ce sont les isolants les plus courants. Ils s’obtiennent par des procédés semblables, le premier à partir de la fusion de sable siliceux ou verre recyclé, le second à partir de celle du basalte. Avec,  naturellement, des adjuvants de finition. Énergie grise nécessaire à la fabrication autour de 60 kWh/ UF et valeurs respectives de λ  comprises entre0, 032 et 0,042 et 0,034 et 0,044, coûts respectifs pour une épaisseur de 10 cm, 3 à 8 €/ m2, 5 à 10 €/m2.

Atouts : Très bonne capacité isolatrice, incombustible et imputrescible, assez bon isolant acoustique, perméable à la vapeur d’eau sans entraîner de moisissure.

Faiblesses : Pour des densités faibles, elles sont instables dans le temps et dégradables par les rongeurs et contribuent peu au confort d’été. Elles peuvent irriter la peau.

Polystyrène expansé

On le fabrique à partir de l’industrie de pétrole, par polymérisation de bille de styrène d’eau et de pentane. Énergie grise nécessaire à sa fabrication autour de 80 kWh/UF, valeur de λ comprise entre 0, 028 et 0,038 pour un coût au m2 autour de 9 € pour 10 cm d’épaisseur. À noter que le polystyrène extrudé (au HFC) possède le niveau d’énergie grise le plus élevé. Ce sont des isolants non écologiques, utilisés surtout pour les constructions enterrées.

Atouts : Performance thermique excellente, non capillaire, inaltérable par l’eau. En outre, il est aussi incompressible, présente une durabilité et stabilité supérieures dans le temps. De plus, il est facile à mettre en œuvre (utilisation courante sous forme de panneaux).

Faiblesses : mauvais isolant phonique, sensible au feu, dégagement de gaz toxique et polluant en cas d’incendie. il n’est pas recyclable, et ses ressources sont limitées (pétrole).

Laine de mouton et ouate de cellulose

La laine de mouton nettoyée et traitée aux mites et ayant subie une texturation en finition ne requiert que moins de 20 kWh/UF pour un coût au m2 de 10 à 20€ avec une valeur de λ comprise entre 0, 035 et 0,042. On l’utilise entre ossatures, sous forme de panneaux ou de rouleaux et comme remplissage de cavité, en vrac.

Atouts : À la fois bon isolant thermique et phonique, ne dégage, ni flamme ni gaz toxique en cas d’incendie, résiste aux rongeurs et absorbe très bien l’eau.

Faiblesse : Sensibilité au feu, putrescibilité en humidité importante, confort d’été médiocre, nécessité de traitement antimite.

L’ouate de cellulose dont la fabrication à partir du papier incorporé de produit lui permettant de résister au feu et aux moisissures, requiert une énergie grise avoisinant 20 kWh/UF. L’ouate projetée à sec, ayant la plus faible densité s’acquiert pour une épaisseur de 30cm à 20€/ m2. Cette dernière possède une valeur comprise entre 0,038 et 0,044 pour λ.

Atouts : À la fois bon isolant thermique et phonique, a une bonne contribution au confort d’été, résiste au feu (pas de dégagement de flamme ou de gaz toxique) et aux rongeurs, recyclable et réutilisable.

Faiblesse : matériau capillaire, coûte assez cher peut dégager des particules volatiles lors de sa pose.

Le béton cellulaire

Les constructeurs l’utilisent comme mur porteur et en même temps isolant. Néanmoins, ce n’est pas un matériau isolant dans le sens propre du terme. Légère, car alvéolaire, elle confère une très bonne inertie au bâtiment tout en possédant d’excellentes capacités d’isolation.

Avec une valeur de λ compris entre 0,08 à 0,29 son prix varie de 20 à 45€ selon l’épaisseur.

Atouts : C’est un matériau imputrescible et résistant aux rongeurs, combustible, incompressible, durable et très stable. C’est également un bon isolant phonique et un matériau totalement recyclable.

Faiblesse : coût assez élevé.

Les aérogels

Ce sont des isolants fabriqués industriellement par remplacement de l’eau du gel de silice par l’air à 99 %. Ce sont des isolants minces. Ils se présentent généralement sous forme de rouleau de matelas, très performants thermiquement. Ils se prêtent également à différentes utilisations (sur panneau OSB, sur dalle, élimination des ponts thermiques aux huisseries, etc.)

Avec un λ de valeur faible comprise entre 0, 011 et 0, 013, le kg coûte 1800 €. C’est donc un très bon isolant non seulement sur le plan thermique, mais aussi phonique. Imputrescible, incompressible, imperméable à l’eau, mais pas à la vapeur d’eau. A part sa sensibilité au feu, son autre défaut est son coût dispendieux.

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