Avant d’expliquer le principe de la méthode constructive d’encapsulement et de surventilation, il est utile de souligner que cette solution apporte des gains significatifs en matière de performances énergétiques en hiver et de confort d’été.
Pour mieux comprendre ces résultats, nous comparerons cette mise en œuvre à une méthode plus traditionnelle, avec une sous-toiture non ventilée et un pare-pluie non étanche.
Le principe d’encapsulement et de sur-ventilation
L’encapsulement
La parfaite étanchéité à l’air du pare-pluie/vent évite les infiltrations et donc les mouvements d’air dans l’isolant (ce qui augmente de fait le transfert de chaleur/fraîcheur dans celui-ci) en été comme en hiver. On constate que les performances des parois opaques sont divisées par trois lorsque l’étanchéité à l’air n’est pas cohérente et satisfaisante. (étude Ademe)
En effet, comme pour les menuiseries (* voir analyse SoléCité en bas de document), nous observons que l’influence des infiltrations d’air à travers la paroi est très importante voire primordiale quant à la performance réelle de celle-ci encore plus quand cette paroi est constituée d’un isolant fibreux, ce qui est la technique principalement utilisée dans la construction.
Exemple de toiture « traditionnelle » avec lame d’air minimale et pare-pluie non étanche : hiver / été
La sur-ventilation
L’association « sur-ventilation et réflectance du pare-vent/pluie» s’appuie sur les principes de transfert de flux thermique (calories ou frigories), à savoir la conduction (spécifique aux solides), la convection (spécifique aux fluides) et le rayonnement (émission de rayonnement électromagnétique par un corps chaud), associés au principe de réflectivité.
Comparé à la méthode traditionnelle, où seule la conduction est prise en compte (traversée de l’isolant freinée par sa résistance thermique), ici non seulement, nous renvoyons le rayonnement (principalement l’été du fait de l’inclinaison solaire – hauteur du soleil) par la réflectance de la membrane pare vent/pluie mais nous apportons aussi un mouvement de convection pour « chasser » ce rayonnement et ainsi rafraîchir la face extérieure de l’isolant. (La lame d’air doit être alors largement ventilée en partie basse et haute, par un égoût et un faîtage tous les 2 fortement ouverts pour une ventilation maximale)
Exemple de toiture sur-ventilée avec isolant encapsulé et pare-vent réflectif : été
A noter, qu’en été la réflectance du pare-vent/pluie est nettement meilleure du fait du gros écart de températures entre intérieur et extérieur (source : étude entreprise Actis) C’est pourquoi dans nos régions tempérées, il est plus intéressant de renvoyer la chaleur côté extérieur, en période estivale, plutôt que de renvoyer et conserver la chaleur côté intérieur, en période hivernale (même si la couche réflective agit dans les 2 sens).
Impact de la sur-ventilation de toiture sur le bilan énergétique en période hivernale
L’impact déperditif du principe constructif dit de sur-ventilation est minime voire négligeable en période hivernale pour les raisons suivantes :
Pour ce qui est de notre région Pays de la Loire, lieu de notre expérimentation, le climat y est relativement tempéré l’hiver mais plutôt fortement venté en cette période. La moyenne des températures sur la période hivernale à Nantes est de 8,9 °C alors que la durée ventée est de l’ordre de 70 jours (***) sur les 130 jours que comprend la durée de chauffe dans notre région. D’où l’importance de la première action : la parfaite étanchéité à l’air.
(***) vents de pression supérieur à 10 Pa dont 45 jours avec des vents supérieur à 50 Pa
En période hivernale, sur les 3 phénomènes physiques qui permettent le transfert des flux thermiques, et en comparaison avec une méthode traditionnelle, la conduction et le rayonnement ont les mêmes effets, (faible rayonnement solaire et conduction à travers l’isolant). Seul celui de la convection est impacté par le principe de sur-ventilation (d’où la nécessité d’une parfaite étanchéité à l’air qui empêche les infiltrations dans l’isolant). En effet le mouvement d’air généré par ce principe de convection vient « lécher » la membrane pare-vent placée au-dessus de l’isolant, ce qui génère une augmentation minime du transfert thermique en comparaison au transfert par conduction et convection dans l’isolant pour l’exemple de la toiture traditionnelle. La masse des matériaux étant limité, le transfert supplémentaire s’en trouve limité également.
Exemple de toiture sur-ventilée avec isolant encapsulé et pare-vent réflectif : hiver
La membrane que nous préconisons pour l’encapsulement de l’isolant est, dans le présent principe, parfaitement étanche à l’air comme nous l’avons vu dans notre premier paragraphe. De ce fait, le vent ne peut s’infiltrer dans l’isolant et le remplacement des calories contenues dans l’isolant par les frigories ne peut plus se faire essentiellement que par ce léchage de cet air froid sur la membrane augmentant ainsi le transfert. Ce transfert est sans commune mesure avec les principes traditionnels où les infiltrations d’air ne sont bloquées par aucune peau étanche à l’air ou pire au vent. (ce qui provoque jusqu’à une réduction des capacités d’isolation de 3 fois comme l’a présenté l’ADEME dans un rapport concernant des travaux de rénovation utilisant le principe de l’ITE sous bardage)
Eléments objectifs chiffrés permettant de valider les solutions proposées:
La problématique de la qualité souvent aléatoire de la construction liée à une mise en œuvre souvent délicate des matériaux (avec la présence d’interstice en panneaux ou rouleaux d’isolant) entraine une dégradation sensible de la performance théorique de la construction.
Notre analyse de cette situation est renforcée par les incidences notoires évoquées précédemment en périodes ventées.
Notre analyse des comportements des matériaux, notre compréhension de la thermique du bâtiment et notre engagement pour la sobriété, nous ont amenés à l’élaboration de ce principe de mise en œuvre low-tech. Nous avons essentiellement des retours d’expérience, notamment sur le projet Escapades à Nantes. Bien qu’il n’y soit pas mis en œuvre de pare-vent réflectif, l’encapsulement et la sur-ventilation de la lame d’air permettent à la fois de limiter les déperditions énergétiques en hiver (parfaite étanchéité à l’air) et la surchauffe de l’isolant en été (sur-ventilation de la lame d’air)
D’un point de vue budgétaire, le surcoût d’une membrane réflective, comparée à un pare-pluie classique, est de quelques dizaines de centimes d’euros, et de quelques euros pour le soin apporté à l’encapsulement (joint périphérique, scotch entre lès…). Les chevrons traditionnellement utilisés (environ 70mm de haut) peuvent être remplacés par des chevrons 100mm pour un surcoût minime. Les rives d’égoût et le faîtage ventilés sont des accessoires peu coûteux également.
Le surcoût est donc sans commune mesure avec les gains générés tout au long de l’utilisation de l’équipement (durée de vie de la membrane comparable à la durée de vie de la couverture)
Cette méthode constructive permet de ne pas nécessiter l’emploi de climatisation mécanique pour réduire de l’ordre de 3 à 5 °C les températures intérieures lors des épisodes caniculaires.
