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Bâtimétiers N° 12 - 2008 | Innovation

Produits minces réfléchissants

De nouvelles pièces au dossier

Objet de plusieurs études menées dans le cadre du Prebat, les produits minces réfléchissants (PMR) ne semblent pas pouvoir rivaliser avec les isolants traditionnels sur leur terrain. En revanche, divers éléments et de nouvelles applications mettent en évidence l'apport de leur faible émissivité dans le confort d'été et l'intérêt de solutions hybrides.

La délivrance des premiers Avis techniques à des produits minces réfléchissants(1) au titre de « compléments d'isolation thermique »(2), en 2004, n'a pas mis un terme aux interrogations, voire aux controverses suscitées par ces produits. L'égalité de performances avec des isolants classiques (laine minérale) revendiquée par certains fabricants devait notamment pouvoir être scientifiquement mesurée et établie. De premiers tests en ce sens ont été réalisés en 2004 par le laboratoire du Centre énergétique et procédés de l'École des mines, selon le principe dit de la « boîte chaude calibrée »(3).

Les études se sont poursuivies dans un contexte de recherche de diminution des consommations énergétiques du Bâtiment et de durcissement de la réglementation thermique. En 2005, les Pouvoirs publics ont ainsi financé, via l'Ademe, deux études conduites, l'une par le CNRS et la société KdB (projet Carabar), l'autre par l'École des mines de Paris et le CSTB (projet Isoref), dans le cadre du Prebat (programme de recherche et d'expérimentation sur l'énergie dans le Bâtiment).

La première étude a été réalisée à l'école nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique (Ensma) de Poitiers sous la direction de François Penot, directeur de recherche au CNRS. Pour la mener à bien, l'équipe a transposé le principe de la « boîte chaude calibrée», qui réalise une mesure de flux thermique en deux dimensions, en concevant un « calorimètre » constitué de cubes emboîtés facilitant une mesure en trois dimensions.

Cette méthode de caractérisation de la performance thermique d'une isolation tient « particulièrement compte des propriétés radiatives », précise le rapport. La démarche pouvait ainsi répondre aux critiques et aux attentes des fabricants qui estimaient que les protocoles suivis jusqu'alors favorisaient les isolants classiques, fonctionnant en conduction, alors que la performance caractéristique des PMR est liée à leur faible émissivité(4) et donc à leur capacité à réduire le rayonnement. Quoi qu'il en soit, le passage d'une mesure « à deux dimensions » (de part et d'autre d'une paroi) à une mesure « à trois dimensions » (à l'intérieur et à l'extérieur d'un volume), imaginé pour cette recherche, présentait l'avantage d'être plus proche des situations réelles de mise en oeuvre et, sur le plan du calcul, d'employer les équations plus maniables dites du « rayonnement par des surfaces enveloppantes ».

À l'issue de la phase de tests réalisée à Poitiers en 2006, il a néanmoins été conclu que la résistance thermique(5) (R) des PMR, quels qu'ils soient, ne dépassait pas 2 m².K/W dans le meilleur des cas, confirmant donc les études antérieures avec une précision remarquable puisque la variation entre les calculs théoriques et les relevés effectifs ne dépassait pas 2 % contre 2 à 5 % pour les tests précédents. La seconde étude, réalisée in situ, consistait à comparer les consommations d'électricité nécessaires pour maintenir une température identique à l'intérieur de deux cellules. Édifiées à proximité l'une de l'autre dans l'enceinte du CSTB à Champs-sur-Marne et rigoureusement identiques, les deux constructions différaient par leurs systèmes d'isolation, l'une (cellule A) étant isolée avec un PMR de 2 cm d'épaisseur mis en oeuvre entre deux lames d'air, l'autre (cellule B) avec un isolant traditionnel de 20 cm d'épaisseur dont la résistance thermique R avoisinait 5 m².K/W. Au terme de l'expérimentation, menée entre le 14 février et le 21 avril 2006, il a été constaté que la consommation d'énergie de la cellule A était le double de celle de la cellule B.

Jugés « convergents », les résultats de ces deux études ont fait l'objet d'une communication commune du CNRS, de l'École des mines et du CSTB à l'occasion des journées Prebat d'Aix-les-Bains tenues en mars 2007, qui concluait notamment qu'« en période froide, la contribution maximale d'un PMR de 2 cm d'épaisseur à l'isolation d'une paroi, avec deux lames d'air contiguës étanches à l'air de 2 cm d'épaisseur, déterminée selon les différentes approches et dans les conditions les plus favorables, ne peut pas dépasser 2 m².K/W en résistance thermique »

Un nouveau critère

La précision « en période froide » mérite commentaire. En effet, depuis 2004, un nouveau critère a fait son apparition dans le débat : le facteur solaire. En été, l'isolation a pour fonction d'empêcher la redistribution de l'énergie reçue de l'extérieur vers l'intérieur. Capables d'augmenter la capacité de réflexion de l'enveloppe quand ils sont associés à une lame d'air ventilée sur l'extérieur, les PMR peuvent améliorer le facteur solaire du bâtiment (rapport entre l'énergie transmise et l'énergie solaire reçue).

Divers essais, notamment en toiture, partie de la maison la plus exposée au rayonnement solaire, ont été menés par plusieurs industriels. L'un d'eux, réalisé au CSTB, a comparé deux complexes, l'un associant lame d'air ventilée de 20 mm, PMR de basse émissivité (0,07) sur chevron, lame d'air non ventilée et laine de verre de 10 cm d'épaisseur (cas 1), l'autre associant un PMR de forte émissivité (0,9)(6) avec lames d'air et laine de verre identiques (cas 2). Pour un même ensoleillement et une température sous tuiles de 65 °C, il a été mesuré une température de surface en face extérieure de la laine de verre de 37 °C (cas 1) et de 46 °C (cas 2). La mise en place d'un PMR seul (sans isolant associé) ne permet pas d'améliorer de manière suffisante le confort d'été : le facteur solaire des toitures dépend en effet en premier lieu de la résistance thermique de la paroi et de sa constitution (épaisseur des lames d'air...). Néanmoins, associés à une isolation traditionnelle, les PMR peuvent contribuer de manière significative à la baisse du facteur solaire : dans le cas de l'association d'un PMR avec 10 cm d'isolant, les essais cités ci-dessus montrent que la faible émissivité du PMR permet de baisser le facteur solaire, déjà réduit par la présence de l'isolant traditionnel, d'environ 30 %.

Combiner Pmr et isolant classique

Une solution hybride, combinaison d'un PMR et d'un isolant classique d'épaisseur suffisante (20 cm), parfois promue comme solution d'« isolation globale », pourrait dès lors se traduire par une diminution de la température sous combles de 5 à 8 °C (variation proche de celle obtenue avec des isolations classiques dès lors que la comparaison se fait avec une couverture non ou mal isolée) en été, contribuant à abaisser d'autant les besoins de climatisation(7) tout en assurant un excellent confort d'hiver(8).

D'autres exemples, comme les complexes étanches à l'eau mais perméables à la vapeur d'eau commercialisés comme écrans de sous-toiture, illustrent eux aussi le déplacement de la problématique d'égalité PMR-isolants classiques en faveur d'une approche ciblant avant tout l'amélioration de l'efficacité globale de l'isolation par la prise en compte de l'ensemble des mécanismes de transfert thermique : conduction, convection et rayonnement. Ces nouvelles données qui semblent faire consensus vont changer la nature du débat...

(1) Ils sont aussi appelés IMR, isolants minces multicouches, isolants thermo-réflecteurs, barrières thermiques radiantes, etc.

(2) Neuf procédés proposés par cinq sociétés bénéficient aujourd'hui d'Avis techniques au même titre.

(3) Voir Bâtimétiers n° 5 (juin 2006) p. 40-41.

(4) Entré en vigueur le 1er novembre 2007, l'arrêté du 3 mai 2007 relatif aux caractéristiques thermiques et à la performance énergétique des bâtiments existants prescrit que le pouvoir isolant des produits de construction est caractérisé par la résistance thermique R (en m2.K/W), et que seule cette résistance thermique R doit être utilisée pour l'application de la réglementation.

(5) « Mesure des performances des produits minces réfléchissants pour le bâtiment », François Penot, revue CVC, 2007.

(6) L'émissivité d'un PMR dépend du produit dont il est constitué, non de sa brillance. En pratique, ce sont les métaux qui présentent la meilleure capacité de réflexion du rayonnement infrarouge.

(7) Lors de la journée de l'Innovation organisée à la cité des Sciences et de l'Industrie à La Villette en mars 2007, Bernard Abraham, rapporteur du GS20, a recommandé en confort d'été aux professionnels de limiter les facteurs solaires par l'utilisation soit d'isolants épais, soit d'isolants épais combinés avec des PMR sur chevrons, sous réserve de se référer aux Avis techniques de ces procédés.

(8) L'étanchéité à l'air extérieur est un facteur crucial d'efficacité d'un système d'isolation. Le recours à une solution hybride PMR-laine minérale en combles, qui la favorise, permet aussi d'améliorer le confort d'hiver. Elle va obligatoirement de pair avec l'installation d'un système de ventilation permettant un renouvellement d'air performant.