Transferts de chaleur entre l’enveloppe du bâtiment et le milieu extérieur

Interaction du bâtiment et de son environnement

Le bâtiment est un objet très complexe soumis à des sollicitations externes et internes. Ces sollicitations sont la température extérieure, la pluie, la pression du sol, l’humidité, la chaleur, le vent, le bruit, la tornade, les tempêtes de glace, les échanges radiatifs solaires entre l’extérieur et l’intérieur du bâtiment et les charges internes (Hauglustaine & Simon, 2006 ; Kuznik, David, Johannes, & Roux, 2011). En effet, l’enveloppe du bâtiment joue le rôle de séparateur d’environnement entre l’intérieur et l’extérieur. Cette dernière doit être particulièrement capable de supporter ces sollicitations et répondre au confort intérieur sans influencer la demande énergétique du bâtiment. Ces sollicitations créant une interaction entre le bâtiment et son environnement causent une prise des décisions sur l’amélioration des composants de son enveloppe.

Transferts de chaleur entre l’enveloppe du bâtiment et le milieu extérieur Les transferts de chaleur qui peuvent se produire à travers l’enveloppe d’un bâtiment se font selon trois modes : par convection, rayonnement et conduction. Ces modes de transferts sont en partie les sources de la consommation excessive du bâtiment si celui-ci est par exemple peu ou mal isolé. De ce fait, l’enveloppe doit pouvoir limiter les pertes de chaleur vers l’extérieur en hiver pour réduire le chauffage et protéger le climat intérieur contre la radiation solaire en été pour réduire la climatisation. Cette propriété d’atténuation et de régulation dépend des caractéristiques de transmission thermique de l’enveloppe du bâtiment (Hauglustaine, Simon, Baltus, & Liesse, 2006). Par définition, le coefficient de transmission thermique d’une enveloppe est la quantité de chaleur traversant l’enveloppe en régime permanent par unité de temps, de surface et de différence de température entre l’ambiant et les surfaces de l’enveloppe. Influence du climat extérieur sur l’ensemble de l’enveloppe du bâtiment L’environnement extérieur influence l’implantation du bâtiment et de son architecture (figure 1.2). L’orientation, la typologie, le dimensionnement des portes et des fenêtres du bâtiment sont éventuellement conditionnés en fonction du climat extérieur (Schlueter & Thesseling, 2009). De ce fait, l’évaluation des critères de performance liée à la forme et à l’orientation du bâtiment, aux matériaux et aux systèmes techniques utilisés, doit être faite lors de la conception, afin de limiter les différents échanges (sollicitations) entre le bâtiment et son environnement.

Demande d’énergie et émissions de gaz à effet de serre

Les bâtiments, leurs environnements ainsi que les entreprises connexes émettent plus de gaz à effet de serre, consomment beaucoup d’énergie et utilisent beaucoup de ressources naturelles (Sozer, 2010). Le secteur de la construction est le troisième émetteur de GES après l’industrie et le transport (Ressources naturelles Canada, 2016). Le secteur résidentiel est responsable d’une grande partie de la consommation d’énergie dans le monde (Pacheco, Ordóñez, & Martínez, 2012). Au Canada en général, la demande en chauffage des bâtiments résidentiels représentait 62 % de la consommation d’énergie totale en 2013, illustré par la figure 1.4 (Ressources naturelles Canada, 2016-2017 ; Whitmore & Pineau, 2018). Au Québec, la demande d’énergie dans les bâtiments s’élève à 31 % de la consommation d’énergie totale en 2015 dont 19 % sont attribués au bâtiment résidentiel (figure 1.5a, Québec 2015). En 2014, le chauffage à lui seul représente 64 % de la consommation totale d’énergie des bâtiments résidentiels (figure 1.5 b, Québec 2014).0

Bois dans la construction

Selon (Pajchrowski, Noskowiak, Lewandowska, & Strykowski, 2014), les maisons dotées des systèmes de murs à base de bois consomment environ 15 % à 16 % moins d’énergie totale à des fins non chauffantes ou rafraîchissantes. Les émissions nettes de gaz à effet de serre associés à ces consommations sont inférieures de 20 % à 50 % des émissions des maisons thermiquement comparables à la construction à base de béton ou d’acier (Börjesson & Gustavsson, 2000 ; Gustavsson & Sathre, 2006 ; Pajchrowski, Noskowiak, Lewandowska, & Strykowski, 2014 ; Upton, Miner, Spinney, & Heath, 2008). L’étude menée par le centre d’expertise sur la construction commerciale en bois (CECOBOIS) a démontré que l’utilisation d’une poutre en bois cause près de 5 fois moins de CO2 que celle en béton et environ 6,5 fois moins que celle de l’acier (CECOBOIS, 2017; Pajchrowski, Noskowiak, Lewandowska, & Strykowski, 2014). Dans cette même étude, il en ressort que l’utilisation de 1m2 de bois permet d’éviter l’émission de 1000 kg de CO2 (CECOBOIS, 2017). La durée de vie des matériaux de construction en bois peut atteindre 75 ans en moyenne et 400 ans au maximum (Goverse, Hekkert, Groenewegen, Worrell, & Smits, 2001). Cette durabilité est l’une des caractéristiques très intéressantes pour la construction. Plusieurs matériaux de construction sont issus du bois (figure 1.8).

Exemple des systèmes de mur à ossature de bois Pour améliorer la durabilité et le bon fonctionnement des enveloppes à ossature de bois dans les pays continentaux humides et subarctiques, les éléments de protection telle que les pareair, les pare-intempérie et les pare-vapeur sont utilisés. L’utilisation des pare-air consiste à rendre l’enveloppe du bâtiment très étanche à l’air. Le pare-air empêche les fuites d’air chaud ou froid à travers l’enveloppe. Les parements ou revêtements extérieures protègent le mur contre la pluie battante, et les tempêtes de neige. Un exemple de mur a été illustré dans les travaux de (Frenette, 2009) présentant chaque élément de l’enveloppe (figure 1.12). Le revêtement extérieur est la première ligne de défense de notre bâtiment et de l’enveloppe. Les pare-intempéries par exemple sont la deuxième ligne de défense contre la pluie battante et autre.

Chanvre dans la construction

Le chanvre est une plante herbacée cultivée par l’homme et appartient à la famille des cannabis Sativa. Il est utilisé depuis des siècles dans la réalisation des vêtements, des cordes, de la laine, des bétons de chanvres, des enduits en raison de la résistance de ses fibres (Chamoin, 2013 ; Scheifel, Bill, & Kemptville, 2000). Ses graines oléagineuses sont utilisées pour la production de l’huile et possèdent des vertus médicinales (Chamoin, 2013). Toute la partie de la plante est utilisée pour divers besoins (Rahim et al., 2015). Sa production mondiale est estimée à environ 120 000 tonnes par an (Youssef, 2017). Le chanvre est devenu un matériau de construction et un isolant en France à la fin des années 80 et possède de nombreuses qualités environnementales (Bocquet, 2013). En effet, la France est le plus gros producteur de chanvre en Europe avec 65 000 tonnes de paille pour une surface cultivée de l’ordre de 8000 hectares (Youssef, 2017). Composition de la plante de chanvre et avantages liées à sa culture La culture du chanvre nécessite peu d’engrais, peu d’irrigation, il peut atteindre 4 m de hauteur en 4 mois (Shea, Lawrence, & Walker, 2012). C’est un excellent stoker de CO2 en court de culture. Un hectare de chanvre stocke plus de CO2 qu’un hectare de forêt (Chabaud, 2015; Nathalie, 2017). Un hectare de chanvre stocke 10 tonnes de CO2 par an (Groupe Orvert Ltée, 2013), tandis que un hectare de foret 6,4 tonnes de CO2 par an (Groupe Orvert Ltée, 2013; Nathalie, 2017).