Systèmes d’isolation thermique par l’extérieur : études expérimentales et numériques des transferts de chaleur et d’humidité

External Thermal Insulation Systems : Experimental and Numerical Studies of Heat and Humidity Transfers

• Auteur / Autrice : Mathieu Bendouma
• Direction : Patrick Glouannec, Thibaut Colinart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique, Thermique et Combustion
• Date : Soutenance le 22/02/2018
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme / IRDL
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Royon, Bérangère Lartigue
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Defer, Chadi Maalouf

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Transfert de chaleur

Humidité dans les constructions

Constructions -- Isolation thermique

Mots clés libres

Matériaux hygroscopiques

Dwellings--Insulation

Dampness in buildings

Heat--Transmission

Résumé

L’isolation thermique par l’extérieure (ITE) constitue une solution technique intéressante pour améliorer les performances énergétiques du secteur du bâtiment. Cependant, l’ITE peut venir modifier l’équilibre hygrothermique de l’enveloppe et affecter sa durabilité, notamment au regard de l’humidité. Dans ce contexte, un premier travail a consisté à étudier en laboratoire le comportement hygrothermique de trois systèmes d’ITE rapportés sur une paroi en parpaing : un système ETICS (PSE sous enduit mis en œuvre par voie humide) et deux systèmes sous bardage (mis en œuvre par voie sèche), dont un incluant des matériaux biosourcés (laine de bois et ouate de cellulose). Des expériences en enceinte biclimatique, combinées à des simulations numériques des transferts couplés de chaleur et de masse, ont permis d’appréhender le comportement hygrothermique de ces parois rénovées à différents stades : lors de la pose des solutions d’ITE, en usage « normal » et dans des conditions conduisant à des risques de condensation. Les résultats du système ETICS montrent le rôle important de la colle et la difficulté à appréhender numériquement son comportement. Les résultats des systèmes sous bardage soulignent l’intérêt d’utiliser des matériaux biosourcés dans des conditions à risques, mais également la sensibilité des simulations numériques aux propriétés hydriques des matériaux hygroscopiques. Un second travail portant sur l’analyse in situ d’un système d’ITE sous bardage a souligné l’absence de risques majeurs liés à l’humidité durant les deux années étudiées. Par ailleurs, la comparaison simulation/expérience a mis en évidence le rôle important joué par la lame d’air ventilée.

External thermal insulation (ETI) is an interesting technical solution for improving the energy performance of the building sector. However, ETI may change the hygrothermal balance of the envelope and affect its durability, especially with regard to moisture. With this in mind, a first work consisted in studying the hygrothermal behavior of three systems of ETI set on a hollow concrete block wall in the laboratory: an ETICS system (wet process) and two systems under cladding (dry process), with one of them composed with bio-based materials (wood wool and cellulose wadding). Experiments in a bi-climatic enclosure, combined with numerical simulations of coupled heat and mass transfers, made it possible to apprehend the hygrothermal behavior of these renovated walls at different stages: during the installation of ETI solutions, in "normal" use and under conditions leading to risks of condensation. The results of the ETICS system show the important role of the glue and the difficulty to understand numerically its behavior. The results of the cladding systems underline the interest of using bio-based materials under hazardous conditions, but also the sensitivity of numerical simulations to the hydric properties of hygroscopic materials. A second study on the in situ analysis of a cladding ETI system highlighted the absence of major risks related to humidity during the two years studied. In addition, the simulation / experiment comparison highlighted the important role played by the ventilated air.