Dans le cadre de ses travaux de doctorat au sein de la Chaire industrielle de recherche sur la construction écoresponsable en bois (CIRCERB), Adrien Gaudelas a travaillé sur la modélisation de différentes enveloppes du bâtiment.
Les résultats de l’étude sur la modélisation hydrothermique de quatre variantes de murs de type Novoclimat sont présentés dans cet article. Cette étude a été réalisée à partir du logiciel COMSOL Multiphysics 5.6, par l’approche de modélisation dynamique du transport de la chaleur et de l’humidité. Les quatre types de murs sont les suivants (Figure 1) :
– Un mur d’ossature légère en 2×6 pouces avec isolation rigide intérieure (coupe A)
– Un mur d’ossature légère en 2×4 pouces avec isolation rigide intérieure (coupe B)
– Un mur d’ossature légère en 2×6 pouces avec isolation rigide extérieure (coupe C)
– Un mur d’ossature légère en 2×4 pouces avec isolation rigide extérieure (coupe D)
Figure 1 : Schémas techniques – Vue du dessus des quatre coupes de murs types
Les conditions ambiantes à l’intérieur du bâtiment de 21 °C et 50 % d’humidité relative ont été choisies comme objectif de confort pour les occupants. Les conditions ambiantes à l’extérieur du bâtiment ont été choisies selon les deux conditions les plus défavorables au Québec, soit le mois de janvier et le mois de juillet. Les données sont issues des normales météorologiques de l’American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE), en 2017, à la station 717140 à l’aéroport international Jean-Lesage de Québec.
Il est important de modéliser un assemblage d’enveloppe selon ces conditions. Pour janvier, il s’agit d’un environnement extérieur froid ou le flux de vapeur d’eau sera dirigé de l’intérieur vers l’extérieur du bâtiment. Pour juillet, c’est l’inverse, l’environnement extérieur est chaud, le flux de vapeur d’eau sera alors dirigé de l’extérieur vers l’intérieur du bâtiment.
L’emplacement de l’isolant rigide influence la température des montants d’ossature. En effet, ceux-ci sont des ponts thermiques structuraux. Lorsque l’isolant rigide est placé à l’intérieur pour les coupes A et B, les gradients de température sont orientés vers l’intérieur et l’enveloppe est dite froide. Une enveloppe froide n’est pas nécessairement un problème, mais avec les conditions hivernales du Québec, cela pourrait devenir problématique. Premièrement, la température basse de l’enveloppe favorise l’apparition de condensation. Deuxièmement, en conséquence de la température froide, la surface intérieure est elle aussi plus froide dans les coupes A et B. Or, en raison des mécanismes de transfert de chaleur, une surface froide à l’intérieur d’un bâtiment est l’un des facteurs responsables de l’inconfort thermique de ses occupants.
Lorsque l’isolant rigide est placé à l’extérieur pour les coupes C et D, les gradients de température sont orientés vers l’extérieur et l’enveloppe est dite chaude. Généralement, en climat froid, les conceptions d’enveloppes chaudes sont privilégiées afin de limiter les risques de condensation. À l’inverse des coupes A et B, les surfaces intérieures sont aussi plus chaudes.
La Figure 2 est un graphique de gradients d’humidité de la coupe C pour le mois de janvier. Elle est présentée avec l’environnement extérieur à gauche, l’environnement intérieur à droite et en vue de dessus. La surface intérieure de la coupe C est proche de 20 °C. En plus de favoriser le confort thermique des occupants, la coupe C pourrait aussi permettre de diminuer la consigne de température intérieure et donc la consommation d’énergie du bâtiment. En revanche, sur le graphique, l’interface de l’isolant en matelas et de l’isolant rigide est une zone de condensation (visible en rouge foncé).
Ce phénomène s’explique par le fait que la laine de roche possède une perméabilité à la vapeur d’eau plus forte que le polystyrène expansé. Bien qu’une membrane pare-vapeur soit positionnée du côté intérieur de l’enveloppe, elle n’empêche jamais toute la vapeur d’eau de passer. Le rôle d’une membrane pare-vapeur est plutôt de limiter le flux de vapeur d’eau. Le flux de vapeur d’eau, allant de l’intérieur vers l’extérieur, se retrouve alors piégé dans la laine de roche. Ainsi, les coupes C et D sont à favoriser au Québec, tout comme le positionnement de l’isolant rigide à l’extérieur de l’enveloppe. Vers l’extérieur, l’isolant rigide améliorera le confort thermique des occupants et limitera l’apparition de point de condensation. Aussi, le flux de vapeur d’eau doit pouvoir croître en hiver au fur et à mesure que celui-ci se rapproche de la partie extérieure de l’enveloppe.
L’utilisation d’un isolant rigide possédant une perméabilité à la vapeur d’eau supérieure ou égale à celle des isolants en matelas de laine de roche ou la fibre de bois utilisée entre les montants sont à favoriser. Il en est de même pour l’isolant thermique entre les montants d’ossature possédant une perméabilité à la vapeur d’eau inférieure ou égale à celle du polystyrène expansé. En outre, rappelons que le déplacement de l’isolant rigide de l’intérieur vers l’extérieur exercera une forte influence sur les pertes de chaleur par les ponts thermiques géométriques et structuraux autres que les éléments structuraux composant le mur (ex. : chape, étage, toiture, etc.). Il serait pertinent d’étudier l’influence de la position de l’isolant rigide dans l’enveloppe sur ces ponts thermiques.
Collaboration spéciale de la Chaire industrielle de recherche sur la construction écoresponsable en bois (CIRCERB) de l’Université Laval.
Bonsoir à vous deux,
Votre article m’intéresse pour la raison que j’ai une maison construite depuis 1981 avec des murs extérieur en 2×6 avec styrofoam de 1 po. coté intérieur avec en dessous espace d’air et fourrure de 3/4 sur un pare vapeur réfléchissant avec alu. sur un tentes de 1/2 , ossature en 2×6 et du coté extérieur un shearing goudronné de 1/2 po.avec fourrure de 3/4 pour le revêtement extérieur de finition.
Je trouve cette isolation vraiment très bien, les murs intérieur sont fini en gypse et aucune trace humide n’est apparue nulle part.