Les notions de base du confort thermique
Isoler la construction est souvent le Saint Graal pour réduire les consommations énergétiques de son habitat. Mais est-ce suffisant pour atteindre le confort thermique idéal ? Quels sont les éléments à prendre en compte pour comprendre la notion de confort thermique ? On vous dit tout dans cette série d’articles dédiée à l’isolation.
Article issu d’une série de 3 articles, dont :
- Art 2 : Les critères techniques pour atteindre un bon confort thermique
- Art 3 : Quelles astuces pour atteindre un bon confort thermique ?
- Le ressenti de confort ou d’inconfort
- Les différents modes de transfert de chaleur
- Les éléments à l’origine de de l’inconfort
Le confort est défini par le Centre National de Ressources Textuelles et Lexicales (CNRTL), comme « l’ensemble des commodités matérielles qui procurent le bien-être ». Le confort est donc lié au ressenti de la personne, ce qui le rend particulièrement subjectif. En revanche, certains paramètres et conditions sont reconnus comme universellement source de confort thermique.
Le ressenti de confort ou d’inconfort
Le ressenti d’inconfort thermique est généré par la perte de calories de notre surface cutanée. Ces pertes seront compensées par l’apport de nouvelles. Celles-ci seront produites par notre métabolisme, principalement suite à la combustion des aliments et boissons ingurgités. L’hiver, il est donc indispensable d’en perdre le moins possible, alors que l’été, la transpiration nous aide à réguler la température de notre corps (d’où la nécessité de boire beaucoup).
Les facteurs qui entrent en jeu peuvent être très personnels et varier d’une personne à l’autre. Or, nous ne sommes pas égaux face au confort. Par exemple, notre masse corporelle peut influer sur le rapport masse/surface de déperdition, qui ne sera pas le même selon son poids; nous ne perdons pas toutes nos calories dans les mêmes proportions ou à la même vitesse. Les hommes fixent la graisse en des points différents des femmes … donc, chacun son confort !
Ainsi, d’après Madame Agnes Sommet, pharmacologue au CHU de Toulouse, la thermorégulation, qui représente «l’ensemble des processus permettant à l’homme de maintenir sa température interne dans des limites normales quel que soit son niveau métabolique ou la température du milieu ambiant», repose sur un équilibre constant entre les apports et les pertes de chaleur.
Et ces pertes de calories peuvent être produites par :
- radiation, émission sous forme de rayonnement (60%)*
- convection : (15%)*
- conduction : (3%)*
- évaporation de la sudation : (22%)*
* proportion des transferts de chaleur du corps humain
Voyons maintenant les paramètres qui influencent ce ressenti d’inconfort …
Les différents modes de transfert de chaleur
Si les matériaux composant un logement peuvent influer sur la qualité thermique du bâti, d’autres interactions, entre le corps humain et son environnement via des modes de transfert de chaleur, peuvent aussi agir sur le confort thermique général.
Quels sont ces différents modes de transfert ?
Le rayonnement (radiations)
Le rayonnement est un mode de transfert de chaleur qui se produit lorsque la chaleur est transférée par des ondes électromagnétiques, plutôt que par des interactions directes entre les molécules. Il est un des trois types de transferts thermiques qui se produisent dans les bâtiments, les autres étant la conduction et la convection.
La qualité thermique d’une construction peut être influencée de différentes manières par le rayonnement :
> Absorption : les matériaux dans une construction peuvent absorber le rayonnement solaire, ce qui peut augmenter la température intérieure de la pièce. Les matériaux de couleur foncée ont tendance à absorber plus de rayonnement solaire que les matériaux clairs.
> Réflexion : les matériaux peuvent également réfléchir au rayonnement solaire, ce qui peut réduire la quantité de chaleur qui entre dans la pièce. Les matériaux de couleur claire ont tendance à réfléchir plus de rayonnement solaire que les matériaux foncés.
> Isolation : le rayonnement peut être utilisé pour évaluer l’isolation d’une construction, car les pertes de chaleur par rayonnement peuvent être importantes dans les bâtiments mal isolés.
> Fenêtres : les fenêtres peuvent être un point de passage important pour le rayonnement solaire et celui des corps noirs, c’est pourquoi il est important de choisir des fenêtres qui ont un bon coefficient de transmission lumineuse (TSC) et un faible coefficient de transmission thermique (U) pour minimiser les pertes de chaleur par rayonnement.
En résumé, le rayonnement est un des facteurs importants qui peuvent affecter la qualité thermique d’une construction, il est donc important de prendre en compte les propriétés thermiques des matériaux utilisés pour maximiser l’efficacité énergétique d’un bâtiment.
La conduction thermique
La conduction thermique est le mode de transfert de chaleur qui se produit lorsque la chaleur se propage à travers un matériau par interactions directes entre les molécules. Elle est le mode de transfert de chaleur le plus courant dans les matériaux solides. La chaleur se propage d’une région chaude vers une région froide, en passant à travers les couches successives du matériau. Plus la température est élevée entre les deux points, plus la conduction thermique est élevée.
La conductivité thermique d’un matériau est une mesure de la capacité d’un matériau à conduire la chaleur. Elle est généralement exprimée en watts par mètre par degré Celsius (W/m·°C) . Les matériaux qui ont une conductivité thermique élevée conduisent la chaleur plus efficacement que les matériaux qui ont une conductivité thermique plus faible.
La convection thermique
C’est le mode de transfert de chaleur qui se produit lorsque des fluides (gaz ou liquides) sont en mouvement et transportent de la chaleur d’un endroit à un autre. Il se produit lorsque la chaleur est transférée par des mouvements de masse, plutôt que par des interactions directes entre les molécules. La convection thermique est un phénomène physique qui se produit naturellement dans les fluides en mouvement, comme l’air ou l’eau.
Il existe deux types de convection thermique : la convection naturelle et la convection forcée. La convection naturelle se produit lorsque les fluides se déplacent de manière naturelle, comme lorsque l’air chaud monte et l’air froid descend. La convection forcée se produit lorsque les fluides sont poussés à se déplacer par un mécanisme extérieur, comme un ventilateur ou une pompe.
La convection thermique est importante dans de nombreux domaines, comme le chauffage, la climatisation, la réfrigération, la mécanique des fluides, l’aéronautique et l’énergie. Les matériaux utilisés dans les applications de convection thermique doivent avoir des propriétés thermiques appropriées pour maximiser l’efficacité de la convection.
L’évaporation (condensation)
L’évaporation est le processus par lequel un liquide se transforme en un gaz. C’est un phénomène qui se produit lorsque l’énergie thermique est absorbée par un liquide, provoquant une augmentation de la pression et de la température à l’intérieur des molécules. Lorsque ces deux conditions sont atteintes, les molécules commencent à bouger plus rapidement et à s’éloigner les unes des autres, menant à une évaporation du liquide.
Ainsi, quand on se mouille le corps l’été, cela provoque une sensation de fraîcheur avec le vent. Si cette évaporation devient trop importante, elle peut entraîner une déshydratation. C’est aussi le phénomène qui peut se générer sur certains matériaux (bois, mortier, …).
Les éléments à l’origine de de l’inconfort
Différents éléments peuvent être à l’origine de cette sensation d’inconfort :
- Le taux d’humidité de l’air, trop ou peu importante
- Les infiltrations d’air, liées à la mauvaise étanchéité du bâti (menuiseries, planchers, …)
- Les températures de l’air, des parois, du sol et objets qui nous entourent
Voici en détail comment évaluer et remédier à ces éléments d’inconfort….
La gestion de l’humidité de l’air et des parois
Un des paramètres essentiels pour l’obtention d’un bon confort thermique est le taux d’humidité relative dans l’habitat. S’il n’existe pas de norme, il est déterminé qu’un bon niveau d’humidité doit être compris entre 40 et 60%.
L’humidité relative de l’air
L’humidité relative est la quantité d’humidité présente dans l’air par rapport à la saturation, exprimée en pourcentage. Plus le pourcentage est élevé, plus l’air est humide. L’humidité relative est très importante car elle affecte le confort et la santé des habitants, ainsi que la formation et l’accumulation de condensation et parfois de moisissures.
Le choix de l’isolant va donc être primordial pour gérer cette humidité de l’air. Lorsque les parois sont naturellement sensibles à cette humidité (murs en pierre, terre). Il convient d’adapter aussi l’isolant à ces caractéristiques. La perspirance d’un isolant est une mesure de sa capacité à laisser passer l’humidité à travers ses parois sur toute son épaisseur. Cette capacité est nécessaire pour évacuer la vapeur d’eau générée par les occupants d’une habitation (environ 2,5 L d’eau/jour/pers.).
En général, plus un isolant est perspirant, plus il est efficace pour empêcher l’accumulation d’humidité et le développement de moisissures.
Plusieurs paramètres permettent d’évaluer la perspirance d’un matériau :
> Résistance à la diffusion de la vapeur d’eau
La capacité à bloquer la migration de la vapeur d’eau au sein d’une paroi est exprimée en μ, sans unité. Plus la résistance à la diffusion de la vapeur d’eau est élevée, plus l’isolant est efficace pour empêcher l’accumulation d’humidité.
> Coefficient de diffusion de la vapeur d’eau
Le coefficient de diffusion de la vapeur d’eau est un facteur qui mesure la capacité d’un isolant à permettre le passage de la vapeur d’eau à travers ses parois. Ce coefficient, appelé Sd, est exprimé en mètre. Plus le coefficient est faible, plus l’isolant est efficace pour empêcher l’accumulation d’humidité.
> Sorption et Désorption d’un matériau
Ce sont les processus par lesquels un matériau absorbe ou libère de l’humidité. La sorption est le processus d’absorption de l’humidité par un matériau et la désorption est le processus de libération de l’humidité par le matériau. La sorption et la désorption sont exprimées sous la forme de coefficients d’absorption et de libération de l’humidité, qui sont des facteurs exprimés en pourcentage.
A Savoir : en dehors de ces indicateurs techniques pour évaluer la qualité des parois et de l’isolant à poser pour bien gérer l’humidité, il est important de bien expertiser la qualité des murs avant tout recouvrement. En effet, s’il existe des traces d’humidité ou de moisissures, il est préférable de trouver la source de ces problèmes pour limiter les désordres à venir ! Plusieurs causes peuvent être à leur origine. L’intervention d’un expert en la matière est préférable pour bien les déterminer.
Arrêtons-nous sur deux des principales causes, notamment sur les murs anciens : la remontée capillaire et le point de rosée.
La remontée capillaire
C’est un phénomène naturel dans lequel l’eau s’élève le long de la surface ou dans un matériau, comme un mur ou un sol, à cause des forces capillaires. Elle entraîne avec elle les sels minéraux dont elle s’est chargée tout au long de son chemin depuis le sol. L’évacuation de l’eau se régule naturellement par les côtés (intérieur, extérieur) et par le haut. Toutefois, si vous ajoutez un isolant, un enduit ou un parement non perspirant (type polyuréthane ou polystyrène), vous risquez de provoquer une accumulation de l’eau dans et sur les parois. D’où le développement de moisissures et champignons (dont la mérule) qui adorent la chaleur et l’eau.
Le point de rosée
Il se provoque lorsque la température et l’humidité relative de l’air atteignent un certain niveau. Lorsque cela se produit, l’eau se condense sur des surfaces comme les murs et les fenêtres. Le point de rosée varie en fonction des conditions météorologiques, de différence entre la température et l’humidité intérieure/extérieure. Cette condensation peut provoquer la corrosion et l’accumulation d’humidité et causer des problèmes de santé liés à l’humidité, tels que des allergies et des infections respiratoires.
Le saviez-vous : quelle est la différence entre FREIN-VAPEUR et PARE-VAPEUR ?
Un frein-vapeur va « freiner » la diffusion de la vapeur d’eau, tout en lui permettant de s’évacuer, garantissant la perspirance de la paroi. Un pare-vapeur va bloquer la diffusion de la vapeur d’eau et peut empêcher le séchage de la paroi.
Les infiltration d’air (l’étanchéité à l’air)
Plus le bâti est ancien, plus il est probable qu’il soit générateur de courants d’air. Ceux-ci sont générés par des différences de pression entre les parties intérieures et extérieures du bâtiment. Ces différences de pression peuvent être causées par une différence de température, de pression de l’air, de vitesse du vent ou de pression de l’eau.
On limite ces courants d’air en étanchéifiant l’enveloppe du bâti, à commencer en changeant les menuiseries (portes, fenêtres) et en corrigeant les parois avec des membranes d’étanchéité, des enduits correcteurs et les isolants. Pour évaluer le niveau d’étanchéité, un contrôle (test d’infiltrométrie ou blower test) est effectué sur le bâtiment. Il est obligatoire sur les constructions neuves pour obtenir la validation du permis de construire.
Toutefois, comme pour l’humidité relative, il est préférable dans les bâtis anciens, de garder un niveau d’étanchéité suffisant pour permettre à la ventilation de se faire. Cela peut se faire via les grilles d’aération des fenêtres mais aussi via la qualité de l’isolant.
L’étanchéité à l’air se calcule en mesurant le flux d’air qui traverse un matériau ou une structure. On calcule le flux d’air en mesurant la pression différentielle entre l’intérieur et l’extérieur d’une pièce et en utilisant la formule P = Q/A, où Q est le flux d’air et A est la surface traversée par ce flux. Le calcul de l’étanchéité à l’air est exprimé en m3/h.
La gestion du renouvellement d’air (ventilation)
Rendre étanche à l’air et/ou à l’eau une construction, impose de bien gérer son humidité relative pour ne pas déséquilibrer le confort thermique. Un des moyens les plus simples est d’ouvrir régulièrement ses fenêtres pour générer un flux d’air “neuf”. Cependant, cette solution impose d’être en permanence présent et quelle que soit la saison. Or, hiver comme été, cette ventilation naturelle engendre quelques désagréments : baisse ou hausse des températures au moment le moins opportun !
Un système de ventilation mécanique s’impose donc pour la plupart des cas. Son installation et son usage ne sont pas très onéreux au regard de la tranquillité apportée. En outre, ce renouvellement d’air a d’autres fonctions plus sanitaires. Il permet d’évacuer tous les polluants de l’air (COV, CO2, radon, perturbateurs endocriniens, micro-particules, …). Ce qui évite le développement de certaines maladies, comme les allergies.
Les éléments architecturaux
En dehors des aspects techniques du bâti, d’autres particularités peuvent influer sur le confort. Une vision systémique de bâtiment est donc nécessaire pour en évaluer ses qualités et défauts :
1- Dans leur spatialité
La spatialité d’un habitat se réfère à la façon dont l’espace est utilisé et organisé. La spatialité peut être influencée par la taille, la forme et la disposition des pièces.
Et plus un habitat est grand, plus il nécessitera de besoins en énergie pour l’entretenir, l’éclairer, le chauffer, le refroidir.
2- Dans leur luminosité
La lumière peut influer sur l’atmosphère d’un habitat. Une bonne luminosité peut améliorer le sentiment d’ouverture et de bien-être, alors qu’une faible luminosité peut avoir un effet négatif sur le moral et le bien-être. Elle peut être directe, diffuse ou réfléchie.
3- Dans leur matérialité
Le choix (couleurs, textures, matériaux) et l’orientation du type de revêtement, du sol au plafond, de mobilier contribuent aussi à la sensation de confort, notamment acoustique.
Jouer sur l’organisation de ces pièces, leur luminosité ou leur matérialité peut donc contribuer à améliorer le confort général avec peu d’investissement en peu de temps.
Le comportement des occupants
Chacun d’entre nous a un mode de vie et un usage différent de son habitat. Bien analyser ses habitudes de vie, nos comportements réels en qualité d’occupant, permet d’avoir une meilleure préparation dans la phase amont du projet. Il sera ainsi plus facile d’adapter les choix pour améliorer son confort ou de modifier certains comportements pour limiter les situations d’inconfort.
Par exemple, si les occupants ont l’habitude de sortir sur le terrasse, dans leur jardin ou sur leur balcon régulièrement en laissant les fenêtres ou baies ouvertes, il sera nécessaire de leur expliquer l’intérêt de les laisser ouvertes ou fermées en fonction de la saison, de l’horaire de la journée, …
Autre situation courante, certaines personnes se sont accoutumées à vivre en T-shirt dans un appartement chauffé à 22° l’hiver. Ce type de comportement pourrait amener à évoluer en fonction de la stratégie de confort thermique choisie.
Au final, pour un bon ressenti de confort, il est important de faire un bon diagnostic :
- d’avoir une bonne connaissance de son bâti, des matériaux de structure, d’isolation, de son environnement et des différentes interactions entre eux,
- d’évaluer leur niveau de rayonnement, conduction, convection,
- de déterminer son niveau d’humidité relative idéal pour bien la gérer,
- de détecter les infiltrations et fuites d’air pour les étanchéifier.
En fonction de ces éléments, vous pourrez faire le choix de la meilleure stratégie à adopter pour améliorer votre confort thermique. Nous vous détaillons les critères techniques qui vous permettent d’atteindre votre objectif dans l’article suivant.
- Art 2 : Les critères techniques pour atteindre un bon confort thermique
- Art 3 : Quelles astuces pour atteindre un bon confort thermique ?
Références : « Les clés du confort thermique écologique ». Claude Lefrançois. Editions Terre Vivante
Crédits Photos : Merlin Lightpainting, Sven Schmidt, tweasel, Monika, ChristopherPluta, rihaij, jackmac34, JillWellington de Pixabay
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