Les Lutins thermiques et les déperditions d'énergie

Déperditions dans les parois

^{L'énergie la moins chère est celle que l'on
ne consomme pas}

Selon les Lutins thermiques, la différence entre les déperditions thermiques d’une habitation construite par un architecte incompétent avec des matériaux constitués uniquement de béton et de vitrage simple, eut-il le meilleur goût, et une habitation respectant les nouvelles normes environnementales pour les habitations neuves est considérable. La première peut entraîner une consommation annuelle de fioul voisine de 60 litres/m²(correspondant à 600 kWh par m² habitable) alors que les déperditions thermiques de la seconde comprenant une isolation particulièrement performante respectant la réglementation thermique RT 2012 entraînera une consommation annuelle limitée à 5 litres de fioul /m². La conception d'un immeuble neuf,respectant des normes environnementales aussi sévère¹⁾ est naturellement totalement différente de celle d'un immeuble ancien.

Un immeuble est un quelque sorte une enveloppe (une boite appelée bâti dans les revues spécialisées) chauffée de l'intérieur en hiver et de l'extérieur en été.

Evaluer le besoin thermique réel d'une habitation n'est pas simple. Les Lutins thermiques constatent que la thermographie ne permet pas encore en 2011 d'évaluer avec une précision suffisante le Coefficient de déperdition des parois et ils espèrent que cette technologie deviendra rapidement quantitative en complément de son utilité comparative actuelle.

Matière	Coefficient des parois ^* watt/m et °C	Coefficient ζ de déperdition des parois watt/m² °C
*Parois transparentes*
Air	0,024
Vitrage simple	Verre = 0,1 à 1 watt/m et °C	5,7
Double vitrage	Verre = 0,1 à 1 watt/m et °C	1 à 1,4 selon solution
Le vide		Extrêmement faible
*Parois opaques*
Béton plein	2	10 (pour 20 cm d'épaisseur)
Polystyrène	0,036 à 0,058 (selon type)	Valeur moyenne 0,88 (pour 5 cm d'épaisseur)
Polyuréthane	0,035	Valeur moyenne 0,44 (pour 8 cm d'épaisseur)
Panneaux isolants sous vide (PIV) ²⁾		Valeur moyenne 0,008 (Pour une épaisseur voisine de 2 cm)
Bois	0,2
PVC	0,17
Métal
Aluminium	230	En comparant les coefficients entre le PVC et le bois on comprend pourquoi une rupture du pont thermique est indispensable avec les fenêtres coulissantes en aluminium
Cuivre	386	Très important

^* Sous-entendu pour 1m d'épaisseur et pour une unité de surface soit 1m² dans le système SI.

Une mauvaise interprétation des deux coefficients et ζ entraîne parfois des erreurs dans le calcul des pertes thermiques dans les parois. Il est possible de trouver ζ connaissant on a en effet ζ = / e e étant l'épaisseur de l'isolant.

Exemple 1 20 cm de béton ζ_b= 2 / 0,2 = 10 watt/m² °C
Exemple 2 5 cm de (bon) Polystyrène ζ_p= 0,04 / 0,05 = 0,8 watt/m² °C en d’autre terme le béton est une passoire

Pour déterminer la puissance instantanée traversant la paroi la formule suivante s’applique :

W =S ζ Dθ avec :

S     surface de la paroi en m²
ζ     Coefficient ζ de déperdition des parois en   watt/m² et °C
Dθ   Différence de température de part et d'autre de la paroi °C

On parle aussi de la résistance R = 1/ ζ de la paroi en m² et °C/watt

Si l'on met deux couches isolante de résistance R₁et R₂ l'une sur l'autre la résistance de l'ensemble est égale R₁+ R₂.
Par exemple si l'on met une vêture ayant le même coefficient de déperdition que la couche de polystyrène actuelle de 0,8 watt/m² et °C on a une résistance globale double

R = 1/0,8 + 1/0,8 = 2,5 soit un nouveau coefficient de déperdition globale ζ = 1/R = 0,4 watt/m² et °C et l'on perd deux fois moins d'énergie

La difficulté dans l’isolation d'un bâtiment est d’investir un minimum en regard des économies d'énergie réalisées. Investir dans la pose d'un isolant 1,5 € par kWh économisé annuellement avec un prix de revient de l'énergie primaire à 0,1 €/kWh conduit à un temps de retour économique hors aide fiscale de 15 ans soit environ 8 ans avec une aide fiscale de 50%. Si le Maître d'ouvrage en accord avec le syndicat des copropriétaires juge qu’un tel retour économique est trop long, la faculté des chaufferies modernes de s'adapter au besoin thermique beaucoup mieux que ne le faisait les anciennes chaudières autorise de limiter l’investissement à la modernisation de la chaufferie. Dans ce cas l'aide fiscale est plus faible et limitée au crédit d'impôt fonction du prix du matériel hors MO. Cette aide fiscale assez faible ne peut être comparée à celle consenti au titre d'un « bouquet de travaux » associant l'isolation du bâtiment et la modernisation de la chaufferie. On bénéficie dans ce dernier cas non seulement de l'amélioration du rendement chaufferie diminuant le prix de revient du kWh thermique (Chaudières nouvelle génération équipées de la condensation ou mieux d'une génération d’ENR) mais aussi d’une aide fiscale pouvant atteindre 50% de l'investissement global ce qui réduit significativement le temps de retour économique.

Exemples

Exemple de calcul pour un immeuble ancien des années 60. Pour un bâti à 20°C à l'intérieur et à une température moindre à l'extérieur en hiver. (0°C)

Les parois de ce bâti de cet immeuble de 5700 m² habitable et de 5 étages sont constituées pour l'essentiel de :

- surfaces verticales : 660 m² de vitres et 1400 m² de murs sans balcons sur lesquels la pose d'une vêture isolante est envisageable

- et horizontales : 800 m² de plafond parking et 800 m² de plafond du dernier étage

Les calculs qui suivent sont effectués avec les hypothèses suivantes : 20°C dans le bâti et 0 °C à l'extérieur du bâti.

Ceci avec déperdition pendant 1 mois. Pour le retour économique calcul en région parisienne DJU = 2400 °C période de chauffe 240 jours

Cas du vitrage

Estimation de retour économique pour pose de double vitrage en remplacement d'un simple vitrage ($= 1 watt/m² et °C au lieu de 5 ) Pour une différence de température moyenne de 10 deg, la puissance thermique moyenne perdue en moins est de 40 watt/m². Le gain annuel en énergie thermique est donc 0,04 x 365 x 24= 350 KWh par m² (energie = puissance x temps).

En supposant que les frais d'implantation des fenêtres avec double vitrage soit de 500€/m² posé l'investissement de départ est de 500/350 = 1,42 € par kWh économisé annuellement. A raison d'une énergie fioul à 0,07€/KWh (correspondant sensiblement à 0,7 € le litre de fioul) le retour économique est beaucoup plus important, 1,42/0,07= 20 ans*

Une surface de 660 m² de simple vitrage ayant un coefficient de déperdition de 5,7 W/m² et °C évacue une puissance importante vers l’extérieur. En effet W= 660 x 5,7x 20 = 75 000 watt soit 75 kW Soit pendant 1 mois Q = 75 x 30 x 24 = 54 000 kWh. Un double vitrage 4/12/4 à isolation thermique renforcée (argon et couche métallique) a un coefficient de déperdition voisin de 1,3 W/m² et °C

soit Q = 12 300 kWh. Le gain en kWh pour un mois de froid soutenu est de 41 700 kWh. Cette énergie correspond sensiblement à 4 m3 de fioul.

* Nota

On peut s'interroger des raisons pour lesquelles le retour sur investissement est si long. Certes la pose d'un double vitrage avec le cadre demande du travail mais avec un prix moyen allant de 500 à parfois à plus de 1000 €/m² posé selon la qualité, les prix français, malgré une énorme concurrence sont 2 à 3 fois plus élevés que les prix allemands. A titre d’information, à l'occasion de la rénovation thermique d’un immeuble à Berlin comprenant la fourniture de triple vitrage sur 4 Fenêtres identiques en PVC blanc inter / couleur bois exter avec ouverture deux axes couvrant une surface totale de 7,8 m², le prix total comprenant la fourniture et la pose avec l’évacuation des anciennes fenêtres a été de 1900 € taxes allemandes comprises soit 243 €/m². Difficile d'expliquer pourquoi les prix de vente pratiqués en France pour les doubles ou triple vitrages sont si élevés. Peut-être par une rétrospective des anciennes pratiques de celui qui a encore la position de monopole pour la partie vitre :

St Gobain*. Faut-t-il rappeler le salaire mensuel de son ancien dirigeant maintenant en retraite (JL Beffa 850 000 €). Il est logique qu’avec un tel salaire les dirigeants de Saint Gobain ai perdus toute notion de la valeur des choses. La notion de « prix marché » évoqué avec beaucoup de bon sens par les deux étudiants de l'INSEAD W.Chan Kim et Renée Mauborgne dans leur livre "Blue ocean strategy" édité par Harward business school press serait-elle mise en défaut? Avec des prix aussi élevés, la rénovation thermique en doubles et à fortiori en triples vitrages dans les bâtiments anciens français est par la force des choses ralentie. Le Maître d’œuvre qui souhaite accélérer la rénovation thermique des immeubles a de grandes difficultés à obtenir un prix de rénovation acceptable. Le dynamisme des vendeurs et le besoin thermique engendré par l'augmentation prévisible du prix des énergies fossiles sont tels que l’activité n’est cependant pas totalement au point mort. Le coût d'une rénovation dans la foulée de toutes les fenêtres d'un immeuble à la saison chaude permettrait non seulement d'obtenir un prix quantitatif pour le matériel mais également un prix plus faible pour la main d'œuvre par le fait qu'avec l’habitude, les ouvriers mettent moins de temps pour la pose ce qui réduit les frais. Le rôle passif du syndic qui laisse faire et attend qu’un consensus se dessine au sein des copropriétaires, l’endormissement du législateur qui s’obstine à considérer que les fenêtres sont privatives pour la rénovation ainsi qu'un nombre d’intermédiaires trop importants, la société assurant la pose n’étant pas nécessairement le constructeur de la fenêtre, n’accélère pas le mouvement. Les fournisseurs commencent heureusement à raisonner en communiquant un prix au m² posé ce qui simplifie l’estimation budgétaire pour chaque copropriétaire.

Parois opaques verticales

Estimation de retour économique pour pose d'un panneau isolant sous vide (PIV) sur un mur en béton de 20cm non isolé (ζ =10 watt/m² et °C ). Pour une différence de température moyenne de 10°C correspondant à un bâtiment en région parisienne DJU = 2400 °C pour une période de chauffe de 240 jours la différence de température moyenne est de 10°C. Avec une puissance thermique moyenne perdue de 100 watt/m², l'énergie perdue en moins annuellement grâce au PIV est de 0,1 x 365 x 24= 876 KWh par m² (energie = puissance x temps). En supposant que les frais d'implantation de ce PIV ne soit que de 100€/m² posé (Fourniture de l'isolant de 60€ /m² + pose à 40 € /m² on investit dans la pose de cet isolant 100 /876 = 0,114 € par kWh économisé annuellement. A raison d'une énergie fioul à 0,07€/kWh (correspondant sensiblement à 0,7 € le litre de fioul) on peut estimer un retour économique inférieur à 2 ans avec un tel isolant.

Type paroi	Prix isolant posé € /m²	Prix isolant posé exprimé en € / kWh économisé annuellement	Coût de l'énergie primaire € / kWh (FOD)	Retour économique Années
Vitrage	500	1,42	0,7 € / kWh	20 ans
PIV sur mur béton non isolé	60	0,068	0,7 € / kWh	2 ans
PIV sur mur béton isolé inter	60	pratiquement équivalent au mur avec 5 cm polystyrène	0,7 € / kWh	environ 2 ans 1/2
Pont thermique	60	0,14	0,7 € / kWh	3 ans

¹⁾Parmi ces différences on peut citer dans le cas d'un immeuble avec une distribution hydraulique de l'énergie (fioul, gaz, PAC ou géothermie profonde) :

- Tuyauteries du circuit de chauffage et d'eau chaude sanitaire à l'intérieure de l'enveloppe.

- Isolation des tuyauteries d'eau chaude sanitaires dans les gaines verticales.

- Isolation du bâtiment par l'extérieur pour éviter les ponts thermiques au niveau des planchers.

Il n’est pas possible avec une isolation par l’intérieur d’éviter les déperditions thermiques au niveau des planchers en béton

Autre exemple de pont thermique : celui constitué par les pièces en aluminium constituant le dormant d’une fenêtre (l’absence de rupture de pont thermique constitué par les pièces grisées en PVC ou en polyamide chargé de verre augmente les déperditions, la valeur de Ug de l’ensemble vitre dormant pouvant doubler par rapport au Ug du double vitrage )

L’utilisation de profil en PVC permet de réduire les déperditions :
Exemple d’une fenêtre triple vitrage de 0,8 m² en PVC de construction allemande, ayant un Ug de 0,7 watt/m² et °C pour un prix de vente de 300 €/m²

- Triple vitrage pour les surfaces vitrées.

- Ventilation mécanique contrôlée avec récupération de chaleur.

On réfléchit en France sur la méthodologie à adopter pour espérer atteindre un tel niveau dans un immeuble ancien se situant sensiblement au milieu de la fourchette disons 300 kWh/m² habitable.

²⁾

Le panneau isolant sous vide (PIV) nouvelle génération, offre des capacités thermiques exceptionnelles. Son coefficient de conductivité thermique se situe en effet entre 0,0042 et 0,0050 W/m.K. Concrètement, 2 cm de PIV est équivalent à 12 cm de polystyrène expansé ou 18 cm de laine minérale. Produit en quantité moindre et encore rare sur le marché par rapport aux laines minérales, le PIV est un isolant cher : entre 40 et 60 € le m². Le PIV a surtout été utilisé jusqu'à présent par les frigoristes dans la filière de l'emballage. Leur conductivité thermique est, à épaisseur égale, environ 8 fois moins importante que les meilleurs isolants traditionnels tels que la mousse de polyuréthane. Ils commencent à être utilisés pour les isolation par l'intérieur ( ITI ) des petits studios et appartements de 2 pièces en raison du gain de place. Ils pourraient prochainement améliorer les conditions de mise en œuvre des façades et des toitures où ils sont en passe d'être utilisés dans le bâtiment pour les isolations par l'extérieur (ITE). Il est en effet souhaitable à l'occasion du ravalement d'une façade d'immeuble de procéder à la mise en place d'une isolation qui affecte le moins possible le volume initial de la construction pour ne pas trop modifier la disposition des huisseries ou de la couverture. Les allemands, en pointe dans ce domaine sont en passe de commercialiser des panneaux PIV multicouches plus faciles et moins couteux à produire. Dans le processus de fabrication testé de manière industrielle par les chercheurs, de la silice amorphe nano poreuse pyrogénée est enveloppée de deux films d'aluminium et mise sous vide. Le produit final, meilleur et moins cher que les PIV actuels utilisées dans l'emballage devra résister 50 ans une fois posés en façade et subit actuellement des tests à long terme. Les conditions de mise en œuvre doivent tenir compte du fait qu'en cas de percement de la couche d'alu, les propriétés d'isolation thermique du panneau sont notablement affectées. On peut raisonnablement espérer avec de telles techniques une économie importante en combustible.