6-12 - Un mur de façade idéal (V2017)

Le sommaire des infos et concepts des maisons passives

Un mur de façade est un mur qui sépare l’ambiance intérieure confortable de l’atmosphère extérieure qui ne l’est, en définitive, que rarement. Pour être idéal sur le plan thermique, il doit participer au confort intérieur en toute saison. Ce dernier facteur est capital. Le confort ne peut pas être assuré de manière identique en hiver quand la température extérieure est froide, et en été quand elle est chaude, parce que le climat est ainsi fait et que les variations quotidiennes de température sont très différentes. L’idéal sur le plan thermique devra, de plus, se combiner étroitement avec des solutions efficaces sur les plans structurels et financiers.

Le fonctionnement des murs extérieurs en hiver

Pendant les jours d’hiver, les différences de température quotidiennes extérieures, même entre le jour et la nuit, sont relativement faibles. Pour maintenir une température intérieure quotidienne confortable et pratiquement constante, il suffit donc de prévoir des parois dont la qualité d’isolation thermique limite les déperditions à la chaleur qui peut être produite, les jours les plus froids, par un système de chauffage classique ou, entre autres, les fenêtres triple vitrage d'une maison passive. Dans les maisons de ce type, chauffées par le réseau de la VMC double flux, les limites du chauffage par l’air impliquent que la puissance de chauffage ne peut pas dépasser les 10Wu/m2Shab. Pour ne pas dépasser cette limite physique, toutes les parois, dont les murs de façade, devront être optimisées conjointement. Parmi les caractéristiques thermiques des matériaux, c’est la qualité de l’isolant, définie par le coefficient de conductivité λ, et son épaisseur qui permettront d’atteindre cet objectif.

Le fonctionnement des murs extérieurs en été

Pendant les jours d’été, les différences de température quotidiennes extérieures peuvent être très importantes, beaucoup plus importantes qu’en hiver. L’incidence des rayons directs du soleil sur les parois des constructions peut provoquer des hausses de température de surface qui peuvent dépasser les 70°C. C’est par exemple le cas des tuiles qui peuvent atteindre et dépasser les 85°C en plein soleil alors que leur température peut descendre en dessous de 15°C, les nuits sans nuage pendant lesquelles les toits rayonnent toute leur énergie vers la Voie lactée. Même si la compacité des bâtiments et l’architecture dotée de pare-soleil efficaces ont été mises en œuvre, si l’isolation protège aussi en été, si la ventilation double flux réduit les entrées d’air chaud diurne, si la ventilation naturelle traversante est mise en fonction la nuit, le risque de surchauffe est important lorsque l’inertie thermique est trop faible. Comprendre l'inertie thermique est indispensable pour assurer le confort estival et la stabilisation des températures diurnes et nocturnes. La production permanente de chaleur intérieure, nuisible en cette période de l’année, implique une forte inertie par absorption des parties intérieures des murs de façades comme des autres parois de la construction. La surchauffe des parois exposées au soleil peut nécessiter une inertie importante par transmission.

Le fonctionnement des murs extérieurs en toute saison

Assurer le confort toute l’année avec le minimum d’énergie nécessite des parois à l’isolation optimisée pour l’hiver ainsi que des parois à forte inertie par transmission et par absorption en été. Le mur thermiquement idéal est celui qui permettra de mieux respecter toutes ces caractéristiques pour un investissement le plus faible possible. La connaissance des qualités thermiques comparées des matériaux de construction est donc indispensable.

Avant toute chose, il est capital de constater, comme expliqué dans l’article comprendre l'inertie thermique, la diffusivité, l'effusivité et leurs incidences sur le confort, qu’il ne peut pas exister physiquement de matériau ayant conjointement une forte inertie par transmission et une forte inertie par absorption alors que les murs de façade devraient satisfaire simultanément à ces deux exigences pour participer au confort d’été. Les parois les plus efficaces ne peuvent dont être constituées que de deux matériaux différents.

Les matériaux situés à l’intérieur de la construction devront avoir une inertie par absorption maximale pour lisser les variations de température intérieures indésirables, notamment les pics de température diurne. Celui situé à l’extérieur devra donc jouer l’autre rôle. Il devra avoir une forte inertie par transmission pour ralentir au maximum la vitesse de passage de la chaleur. Une hausse de température brusque du fait de l’ensoleillement sera fortement ralentie et une partie de l’énergie repartira même vers l’extérieur lorsque les rayons directs du soleil auront changé de direction. Il faut toutefois remarquer que dans les maisons passives fortement isolées, l'inertie par transmission a bien moins d'importance que l'inertie par absorption. Elle l'est d'autant moins que les parois sont épaisses. Elle peut être insignifiante dans les climats froids et bien plus importante dans les climats chauds du fait de la combinaison d'isolation plus mince et d'un ensoleillement bien plus important.

Ralentir la vitesse de passage de la chaleur ne suffit ni en hiver ni en été. Il faut aussi réduire la quantité de chaleur qui traverse les parois afin de réaliser des constructions efficaces. Au moins un des deux matériaux doit donc être isolant afin d'éviter les déperditions de chaleur vers l'extérieur en hiver et les apports de chaleur par conduction vers l'intérieur en été.

Pour qu’un matériau intérieur ait une bonne inertie par absorption, et joue son rôle d’éponge thermique sur les pics de température, il doit être capable de stocker et de relâcher facilement et rapidement des quantités importantes de chaleur. En plus de pouvoir stocker beaucoup de chaleur spécifique, il doit donc être conducteur, lourd et volumineux, tels les matériaux traditionnels de maçonnerie qui peuvent de plus assurer un rôle de structure porteuse. Cette caractéristique thermique va à l’encontre du besoin d’isolation qui doit donc être assuré par le matériau extérieur. Fort heureusement, les qualités thermiques comparées des matériaux montrent que ce sont certains isolants qui ont la meilleure inertie par transmission.

Le mur de façade idéal

La nature nous impose sa loi. L’ensemble des caractéristiques physiques des matériaux se combine pour le mieux : le mur idéal du point de vue thermique et pour une meilleur confort possible est nécessairement constitué de deux matériaux, un mur intérieur porteur à forte inertie par absorption et un isolant extérieur à forte inertie par transmission sans intérêt structurel, mais qui, en plus de son rôle thermique, protège le matériau intérieur des chocs thermiques.

Les qualités thermiques comparées des matériaux montrent que l’isolant extérieur idéal est la fibre de bois et que le mur porteur intérieur le plus efficace serait le cuivre. Ce mur n’est idéal que d’un point de vue thermique. D’un point de vue financier comme écologique, il est totalement irréaliste.

Un mur idéal, notamment pour une maison passive, pourrait être constitué de terre crue du côté intérieur avec une isolation optimisée en fibre de bois du côté extérieur. Un bardage bois clair ventilé permettrait d’améliorer encore le résultat estival en évitant la surchauffe des façades ensoleillées. D'un point de vue écologique l'énergie grise nécessaire à sa construction serait minimale.

D’un point de vue financier, le mur idéal sera rarement celui ci-avant et le choix sera nécessairement un compromis qualité/prix permettant le respect des budgets disponibles. C’est à cette seule condition que les maisons passives pourront se développer.

Le principe de compensation

Les murs de façade sont seulement une partie d’une construction. Les conclusions ci-dessus seraient les mêmes pour le sol et le toit. Comme pour l’ensemble des autres caractéristiques d’une maison passive, le principe de compensation doit être mis en œuvre. La forte inertie de certaines parois peuvent compenser les défauts des autres.

En résumé :
  • Un mur efficace sur le plan thermique et du confort est nécessairement constitué de deux matériaux différents.
  • Le mur porteur à forte inertie par absorption doit être situé à l’intérieur.
  • L’isolant à forte inertie par transmission doit être situé à l’extérieur.
  • L’épaisseur de l’isolant doit être déterminée et optimisée par les calculs thermiques.

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