30/05/2011 CSTB- Dpt Enveloppe & Revêtements | Div. Matériaux

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Les panneaux isolants sous-videLes isolants nano-poreux

Principes et Performances

Daniel QUENARDCSTB / Enveloppe et Revêtements / Physique des Matériauxdaniel.quenard@cstb.fr - 04 76 76 25 46

CEREN16 juin 2011

SOMMAIRE

Objectifs du Grenelle / RT2012

Isolation Thermique / Isolant Thermique

Les évolutions

Les Isolants Basse-Pression (« sous-vide »)

Les Isolants Nano-Poreux

Exemples de matériaux et d’applications

Les objectifs du Grenelle Bâtiment

Objectifs pour le neuf 2012 Bâtiments Basse Consommation

< 50 kWh/m².an 2020 Bâtiments à Energie Positive

Objectifs pour l’existant 2008 240 kWh/m².an) 2012 -12% (210 kWh/m².an) 2020 -38% (150 kWh/m².an ) 2050 -70 à -80% (50 à 80 kWh/m².an)

Rénovation de 400 000 logements par an dès 2013 (classe F, G)

SOURCE : Biennale de l’habitat durable Grenoble - 2 juin 2008 - de la RT 2005 au BEPOS – JC Visier, JL Chevalier - CSTB

BEPos

Bâtiments Existants :Toiture+Murs = 55 % surface

Maison Existante

Réglementation Thermique: … des progrès massifs sur le chauffage

-500

-450

-400

-350

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

épave thermique Bati existant conso 2005 conso 2012

kWhe

p /

m2 .a

n

electricité specifique

eclairage+auxiliaires

eau chaude sanitaire

chauffage

Ordres de grandeur des consommations d’énergie pour un logement

Certains travaux d’isolation sont si vite amortis qu’on peut les considérer comme des gains.

Source : Mc Kinsey

210 millions de bâtimentsEnviron 53 milliard de m²

Source : E2APT-RICS-ACE

Europe : importance de la rénovation

60%

40 %

Nouveau bâtiments : moins de 1 %

Isolation ThermiqueIsolants Thermiques

Définition de l’isolant thermique

Un isolant thermique est un matériau qui, par sa composition ou sa nature, ralentit la dissipation de l’énergie calorifique.

Un isolant thermique est caractérisé par sa conductivité thermique () et par sa résistance thermique (R).

Matériaux Nano-Poreux

0,10

0,02

0,03

0,04

1

Conductivité ThermiqueW/m.K

Isolant-NF0,065 W/mK

Air Immobile0,025 W/mK

PIV

Masse Volumique - kg/m3

Conductivité Thermique vs Masse Volumique

e

R e

U

R : Résistance Thermique (m².K/W)U : Coefficient de Transfert Thermique (W/m².K) : Conductivité Thermique (W/m.K)e : épaisseur

rsg 1

Porosité : > 95 %

g : gazs : solider : rayonnement

La Conductivité Thermique

P

TC1

0gg

: taille caractéristique des cavitésP : Pressionr : Masse VolumiqueE : Coefficient d’extinction

µm > lm

µm < lm

rgs 1

Rayonnement

E

Tr

3

3

16

Conduction Gaz

Source : Microtherm

Les évolutions technologiques

Limiter les échanges par rayonnement (15% - 50 %) - « barrières basse émissivité » : films, poudres …

Réduire la conduction par la phase gazeuse (60 % - 80 %) 1 : « gaz lourds » 2 : éliminer le gaz - basse pression 3 : réduire la mobilité du gaz - confinement

Changer la matrice solide (fibres, mousses, grains …) : (10% - 20%) - fibres « bio-sourcées » : origine végétale ou animale … - mousses, poudres, grains « bio-sourcés »

Les grandes évolutions

E

Tr

3

3

16

P

TC1

0gg

Laine de Verre

Laine de Roche

… des produits sous Avis Technique

Matériaux Fibreux

~ 100 µm

Mousses Cellulaires

Particules Opacifiantes- Graphite- Poudre Al

PU

PSE

Vitrages

Interdit

Changer de Gaz

Gaz MasseMolairekg/ mole

ConductivitéThermique

W/ m .K - 24 °C

Air 29 0.026Vapeur d'eau 18 0.0187CO2 44 0.0168CFC11 137 0.008HCFC 141b 0.010HFC 0.011n-Pentane C5H12 72 0.0135c-Pentane 0.015Ar 40 0.0179Kr 84 0.0123Xe 131 0.0055

0.000

0.004

0.008

0.012

0.016

0.020

0.024

0.028

1.0E-04 1.0E-03 1.0E-02 1.0E-01 1.0E+00 1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03

Gas pressure p [mbar]

Th

erm

al c

on

du

ctiv

ity

[W/(

mK

)]

fumed silica / aerogel

pore diameter 10 mm

1 mm

0.1 mm

0.01 mm

0.001 mm

VIP service life

Confinement & Basse Pression

P

TC1

0gg

Réduction de la taille des pores

Pression

Con

du

cti

vit

é T

herm

iqu

e

< lm= 0.1 µm

VIP : Vacuum Insulation PanelPIV : Panneaux Isolants sous Vide

0.001 0.01 0.1 1 10 100 10000

10

20

30

40

fumed silica

glass fibres

precipitated silica

PS foam

PU foam

pext = 1 barT = 20°C

gas pressure pgas [ mbar ]

ther

mal

co

nd

uct

ivity

[ 10

-3 W

/(m

K)

]

ZAE BayernCon

du

cti

vit

é T

herm

iqu

e

Pression

Fibre de Verre Mousse PU

Mousse XPS

Silice Précipitée

Silice Pyrogénée

P

TC1

0gg

ConfinementIsolant Nano Poreux

source : www.empa.ch

~ 100 µm

~ 0.1 µm

µm > lm

µm < lm

Laine Minérale PU & PSE

GFP : Gas Filled Panel

VIP : Vacuum Insulation Panel

Aérogel

Exemples de Matériaux/Produits

< 10 mW/mK

Doc : LBNL

Doc : Microtherm

Doc : CSTB

Panneaux Isolant sous VidePIV

Source : IEA-HIPTI-Annexe 39

VIPVacuum Insulation Materials

Laine de Verre Matériau Coeur Film Etanche

MW, EPS = 35 – 40 mW/mKVIPVIP = 5 - 10 mW.mK

Isolation Thermique par l’IntérieurPanneaux Isolant sous Vide

Source : ISOVER - Vacupad

40 mm 160 mm

R (3 cm) : 2,8R (LM-10 cm) : 2,5

Aérogel de silicedans un mat fibreux

Source : ASPEN - AEROGEL

Des produits sous Avis Technique

0 20 40 60 80 100

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

2.8 PC 10 mm PC 16 mm PC 25 mm P.R.V. 50 mm

Tra

nsm

issi

on

the

rmiq

ue

U W

/(m

2 K)

Remplissage d'aérogel (%)

0 1000 2000 3000 4000 5000

46

48

50

52

54

56

58

60

62

64

66

68

70

Inte

nsi

té a

cou

stiq

ue

gé

né

ré p

ar

la p

luie

(d

B)

Fréquence Hz

16 mm vide Li=72 dB Lia=70 dB(A) 16 mm50% Li=68dB Lia=64 dB(A) 16 mm 100% Li=67 dB Lia=64 dB(A)

Isolation ThermiquePC « diffusant »Bruit d’Impact

Aérogel dans des mats fibreux

Aerowolle / Rockwool

= 0.019 W/mK

Nanogel in Fibre Mats

Rénovation Intérieure

ZZ Wancor, Regensdorf Suissewww.zzwancor.ch

Immeuble à MunichMartin Pool Architects

VIP en isolation extérieure protégé par du PU

Conclusion

En France le chauffage reste le poste dominant (60-70%) de consommation énergétique dans le bâtiment existant (32 millions de logements) et l’amélioration de l’enveloppe peut permettre de réduire de près de 70 % cette consommation

L’isolation est une course à la réduction de la mobilité de l’air : étanchéité à l’air – grande échelle convection naturelle – cm (2 ou 3 vitrages, isolants …) agitation moléculaire – nanomètre – confinement et vide

Merci pour votre attention