Si la nécessité d’isoler ne fait de doute pour personne, la technique et le matériau à utiliser plongent bien souvent les propriétaires dans la perplexité. Les matériaux biosourcés ont le vent en poupe, boostés par la notion de poids carbone des constructions dans la nouvelle règlementation RE2020. Coût, facilité de mise en œuvre, énergie grise, poids carbone, provenance, facilité d’approvisionnement, perspirance, inertie… et affinité avec le matériau vont entrer en jeu pour choisir.
Qu’est-ce qu’une isolation écologique ?
C’est avant tout une isolation faite à partir de matériaux sains, tant au moment de la pose qu’au cours de la vie du bâtiment. Ce qui n’empêche pas de se protéger des poussières lors de la mise en œuvre (cellulose insufflée, fibre de bois lors de la découpe…) en portant un masque.
C’est aussi un matériau qui a consommé peu d’énergie lors de son cycle de vie, de sa fabrication (à base de matériaux renouvelables par exemple) ou son extraction à son élimination, en passant par son transport et sa mise en œuvre. L'isolant écologique est donc avant tout biosourcé, c'est à dire fabriqué à partie de biomasse végétale : paille, herbe, bois, chanvre, lin... ou animale (laine de mouton) ou issu du recyclage (ouate de cellulose, textile, carton...). Plus il sera local et peu transformé, plus faible sera son empreinte environnementale. La plupart des isolants ont des fiches FDES (voir notre n°82), disponibles dans la base INIES, qui permettent d’obtenir l’intégralité de leurs caractéristiques environnementales (nécessaire pour les calculs de la RE2020, qui prend en compte le poids carbone de chaque matériau). C’est également un produit durable (pas de tassement dans le temps, une bonne résistance à l’humidité), ouvert à la diffusion de vapeur d'eau (important en rénovation de bâtis anciens, où la bonne circulation de l’humidité est garante de la pérennité de la construction dans le temps). Enfin, c'est un matériau qui apporte aussi de l’inertie aux parois, permettant de stocker la chaleur et de la restituer avec un déphasage de temps. L’association de plusieurs isolants permet d’optimiser entre résistance thermique, déphasage, épaisseur et coûts.
Les qualités d’un isolant
Pour garantir une température constante et protéger l’habitat des flux de chaleur (vers l’extérieur en hiver, vers l’intérieur en été), un isolant doit cumuler certaines qualités :
– un excellent coefficient de résistance thermique (ou une faible conductivité) ;
– une certaine densité combinée avec la présence d’air ;
– des qualités d’inertie garantissant le confort d’été ;
– un bon comportement face à l’humidité (capillarité, perméabilité à la vapeur d’eau). Ces qualités varient en fonction du matériau, mais aussi en fonction de sa forme et de l’épaisseur mise en œuvre. Par exemple, plus un matériau est isolant, moins il est dense..., il s’agit donc de trouver le bon équilibre.
Quels sont les isolants biosourcés ?
Il en existe une grande variété et la liste s'allonge régulièrement au fur-et-à-mesure des expérimentations (des tests sont en cours pour valoriser des déchets agricoles comme les tiges de maïs et de tournesols par exemple. Voir notre article sur les nouveautés dans le n°90). Si les prix ont subi une grande volatilité ces derniers temps, les plus aboutis ont des prix proches de ceux des isolants conventionnels (ouate de cellulose/ laine de verre notamment).
A la fin de cet article, quelques-uns des matériaux biosourcés couramment utilisés.
Caractéristiques des matériaux biosourcés
Différentes données physiques permettent de comparer des isolants entre eux. La plupart ont un classement ACERMI (marque de certification qui garantit la qualité et les performances techniques des produits isolants auprès des utilisateurs).
Conductivité thermique (lambda) : quantifie le flux de chaleur qui va traverser 1 m2 d’un matériau sur 1 m d’épaisseur, autrement dit 1m3 du matériau. Plus le lambda est petit plus le matériau est isolant. Mesuré en W/m.K (watt par mètre Kelvin)
La résistance thermique R = e / lambda : c’est l’épaisseur du matériau en mètres divisé par sa valeur lambda. Plus R est grand, mieux c’est. La résistance thermique d’une paroi est environ égale à la somme des résistances thermiques de ses composants. R est mesuré en m2.K/W.
La transmission thermique d’une paroi U : quantifie le flux 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. Si le lambda caractérise un seul matériau homogène, la paroi va être constituée de plusieurs couches donc un matériau hétérogène. Plus U est petit, plus la paroi est performante. U=1/Rparoi et se mesure en W/m2.K.
Diffusivité a, alpha ou D = lambda/rhô.C avec rhô, masse volumique du materiau (Kg/m3) et C, Capacité thermique massique (ou chaleur massique ou chaleur spécifique), en J.Kg.K. La diffusivité thermique indique la vitesse de déplacement de la chaleur dans un matériau. Elle est exprimée en m2/s.
Le déphasage thermique êta = 0,023.e / √alpha avec e : épaisseur du matériau. Le déphasage thermique represente le temps de transtert d’un flux de chaleur à travers le matériau. Il est exprimé en heures. NB : la constante sera de 0,038 si la chaleur spécifique est exprimée en watts par kilo par Kelvin et non en Joules.
Effusivité E ou b = √(lambda.rhô.C) avec rhô, masse volumique du matériau (Kg/m3) et C, Capacité thermique massique en J.Kg.K. L’effusivité indique la vitesse avec laquelle un matériau absorbe des calories. Elle est exprimée en Wh0,5/m2.K. Plus E est élevée, plus le matériau est à même de jouer le rôle d’éponge thermique (tampon thermique).
La résistance à la vapeur d’eau Sd (ou équivalent lame d’air) est le produit de l’épaisseur du matériaux par μ, μ étant une donnée constante pour chaque matériau. Plus μ est élevé, plus la résistance au passage de la vapeur d’eau est grande. Les valeurs Sd des matériaux intérieurs, exprimées en mètres, doivent être supérieures à celles de matériaux extérieurs pour favoriser le passage de l’humidité vers l’extérieur.
Isolant biosourcé et confort d’été
- Flux hiver/ flux d’été
Le flux de chaleur va toujours dans le même sens : le chaud vers le froid, c’est un principe physique.
En hiver, le régime est continu : pendant 3, 4, 5, 6 mois selon les zones géographiques, l’intérieur du bâtiment sera plus chaud que l’extérieur. Il y a donc une fuite continue de calories à travers les parois. Le but de l’isolation est d’avoir une fuite aussi faible que possible puisqu’elle va être continue 24/24h pendant la durée de l’hiver. Donc, plus la résistance des parois est élevée, plus la fuite est faible. Il est donc pertinent de raisonner sur la base du lambda et de mettre un matériau bien isolant en épaisseur suffisante pour avoir une bonne résistance thermique. Si la résistance est faible,il y aura des fuites importantes également en été mais là, le fonctionnement est différent. En été, le chaud est à l’extérieur et le froid plutôt dans la maison, mais le régime est alors discontinu. Il fait chaud en journée, mais un peu plus froid la nuit ce qui se traduit par une inversion du flux. (On fait ici abstraction des périodes de canicule). Le jour, la chaleur vient frapper la toiture et la température augmente : 70/80°C degrés en surface de toiture, 20/25°C dans l’habitation et donc une différence de température de l’ordre de 50 à 60°C, soit un gros delta de température. Le flux de chaleur va commencer à traverser le matériau puisque même s’il est isolant, il ne bloque pas totalement la future chaleur, il va au mieux la ralentir. Puis, la chaleur va pénétrer dans le bâtiment : il fait chaud dehors, froid dedans et la nature veut l’équilibre, c’est-à-dire la même température partout, la situation la plus catastrophique. Car quand la nuit arrive, le chaud est dedans et le froid dehors : le flux s’inverse. La chaleur voudrait sortir du bâtiment, mais elle se trouve bloquée par la couche isolante que l’on a placée et ne peut plus sortir avec en plus, un delta de température beaucoup plus faible. Comment gérer ces flux ?
Si durant la journée la chaleur traverse l’isolant, elle se retrouve piégée la nuit par l’isolation : il y a surchauffe et l’écart de température int/ext. est moindre.
- La notion de temps
Il faut savoir combien de temps met la chaleur pour traverser et l’objectif va être de placer un isolant qui retarde le passage de la chaleur. Idéalement, lorsque la nuit arrive, le flux de chaleur est encore dans l’isolant, ce qui va faciliter l’inversion du flux et le départ de la chaleur. C’est le cas idéal que l’on ne pourra pas toujours atteindre, donc à minima, il faudra que le flux de chaleur pénètre dans le bâtiment le plus tard possible dans la journée pour réchauffer au minimum l’espace de l’intérieur du bâtiment. D’où l’intérêt de connaître la diffusivité thermique Alpha ou a et le déphasage Eta. On estime qu’au Nord de la France il faut entre 8 et 10h de déphasage et plus on descend vers le sud, plus il faut qu’elle augmente, jusqu’à 12-13h.
La bonne solution va être de combiner des isolants : rien n’empêche de mettre un peu de fibre de bois et un peu de ouate de cellulose pour obtenir des déphasages de l’ordre de 8 à 10h et réduire également le coût du complexe isolant.
Pour en savoir plus, lire notre article complet dans le n°94.
Isoler par l'intérieur ou par l'extérieur ?
- Par l'intérieur, les plus :
-
permet un réchauffement rapide de l’air, intéressant si l’espace est occupé de façon intermittente ;
-
peut être réalisée pièce par pièce, en toute saison ;
-
ne modifie pas l’aspect extérieur si l’on désire préserver une façade en pierres de taille ou avec un certain cachet ;
- Par l'intérieur, les moins :
- ne traite que difficilement les ponts thermiques ;
- n’apporte que peu d’inertie ;
- peut créer des points de rosée dans l’isolant à partir d’une certaine résistance thermique.
- Par l'extérieur, les plus :
- permet de profiter de l’inertie des murs ;
- réduit fortement les ponts thermiques ;
- protège les murs des chocs thermiques ;
- peut être réalisée lors d’un ravalement de façade ;
- peut s’effectuer mur par mur ;
- pas de travaux dans la maison ;
- pas de surface habitable en moins ;
- Par l'extérieur, les moins :
- est réservée aux professionnels (nécessité d’échafaudages) ;
- gestion délicate des ponts thermiques au niveau des baies ;
- modification éventuelle des débords de toiture, reprise des gouttières ;
- risque d’assombrir la maison ;
- dispose d'une gamme d’isolants réduite ;
- peut nécessiter une demande d’autorisation.
Notre article complet dans le n°70
