Modélisation de parois complexes verticales et inclinées

Introduction Pour isoler les parois verticales du bâtiment en utilisant des PMR, il est nécessaire d’organiser une ou deux lames d’air de quelques centimètres d’épaisseur intercalée entre l’isolant et les parements intérieur et extérieur du mur pour permettre la réflexion du rayonnement. Contrairement à la pose en toiture où la ventilation est primordiale, une pose idéale pour l’isolation des murs exige des lames d’air non ventilées, étanches à l’air. Ces dernières doivent également conserver une épaisseur constante le long de la paroi. Généralement, dans le cas de l’isolation des murs par l’intérieur, le PMR est agrafé sur un quadrillage de tasseaux en bois ménageant une ou deux lames d’air adjacentes au produit. Le cas de deux lames d’air est représenté sur la figure 4.1. Figure 4.1 – Pose en mur (Cas de deux lames d’air) Dans ce chapitre, une modélisation de parois verticales complexes est réalisée par découplage des phénomènes de transferts thermiques existant au niveau de l’ensemble de la paroi, puis assemblage des modèles dans un logiciel de modélisation de réseaux thermiques. Dans un premier temps, sont expliqués la méthodologie de découplage des phénomènes thermiques et le choix de la modélisation de type réseau thermique. Ensuite la construction du réseau thermique est présentée. En effet, le logiciel de modélisation des échanges radiatifs MODRAY calcule les facteurs de transferts radiatifs et l’outil de modélisation de réseaux thermiques THERMETTE permet de construire l’ensemble de la paroi complexe. En utilisant les résultats de l’étude de convection naturelle dans les lames d’air non ventilées obtenus au chapitre 2, un assemblage de modèles est ensuite réalisé dans THERMETTE en important les résultats des échanges radiatifs présents calculés dans MODRAY. Les résultats du modèle sont exploités, interprétés et validés par des études expérimentales sur des boîtes chaudes calibrées, verticales et inclinées. En effet, les performances thermiques du PMR seul et couplé à une et deux lames d’air sont validées à la suite d’une étude expérimentale sur un calorimètre vertical construit au CEP. Ce dernier, incliné, est utilisé ensuite pour valider les performances thermiques d’un complexe incliné de 45° par rapport à l’horizontale et comportant un PMR couplé à une lame d’air. Enfin, une conclusion sur les performances thermiques de parois verticales complexes est établie avec une détermination de la valeur de résistance thermique maximale que ces produits  peuvent atteindre une fois intégrés au bâtiment. L’impact des paramètres intervenant dans la résistance thermique du complexe sont également explicités. 

Méthodologie de découplage des phénomènes thermiques

La méthodologie du découplage thermique a été utilisée essentiellement afin d’étudier séparément les transferts thermiques thermo-convectifs, radiatifs et par conduction ayant lieu au niveau du complexe mural. La figure 4.2 schématise une paroi verticale intégrant un PMR et deux lames d’air non ventilées. Les transferts thermiques par convection avec l’extérieur et l’intérieur sont caractérisés respectivement par les coefficients d’échange convectif hce et hci. Au sein de la lame d’air il existe, en parallèle avec le transfert radiatif, soit de la conduction pure, soit de la thermoconvection. La convection dans la lame d’air non ventilée est caractérisée par le coefficient d’échange convectif hca, déjà étudié au chapitre 2. Les autres composants formant la paroi verticale sont sujets à la conduction ou la pseudo-conduction dans le cas des transferts thermiques au sein du PMR et à la conduction et au rayonnement au niveau des ponts thermiques dus aux quadrillages en tasseaux délimitant les lames d’air. Figure 4.2 – Paroi verticale d’un bâtiment intégrant un PMR et deux lames d’air Pour une paroi complexe composée d’un mur, d’une lame d’air non ventilée et d’un PMR, le montage équivalent des résistances thermiques est représenté sur la figure 4.3. 74 Figure 4.3 – Montage équivalent des résistances thermiques d’une paroi complexe (une lame d’air est représentée) Les trois modes de transfert thermique existant sont résumés dans ce qui suit.

Les transferts thermo-convectifs

Les transferts convectifs avec l’extérieur et l’intérieur sont représentés respectivement par les résistances thermiques Rconv,ext et Rconv,int. Ils sont généralement donnés par des corrélations présentes dans la littérature. Dans le modèle de paroi complexe développé, les parements extérieur et intérieur délimitant la paroi vont être soumis à des conditions de température et non à un échange convectif afin d’éviter toute erreur liée aux coefficients d’échanges convectifs utilisés. Le transfert thermo-convectif au niveau de la lame d’air non ventilée a été défini dans le Chapitre 2. Il est représenté par une résistance thermique Rconv,air, cette dernière dépend des dimensions de la lame d’air, de son inclinaison (verticale dans le cas des parois murales) et du nombre de Rayleigh à l’intérieur de la cavité. 

Les transferts radiatifs

Les transferts par rayonnement sont présents entre les différentes parois délimitant l’espace d’air confiné ; à savoir les tasseaux, le mur et le PMR. Les échanges radiatifs sont fonction de la géométrie et des émissivités de ces trois parois. Ils sont déterminés grâce au logiciel de modélisation des échanges radiatifs par facteurs de transfert MODRAY. Cette approche de modélisation permet d’intégrer facilement les échanges radiatifs dans le modèle thermique complexe. 

Les transferts conductifs ou pseudo conductifs

Les transferts conductifs sont présents dans les parois homogènes formant le complexe à savoir le mur et les tasseaux. Le PMR qui peut être un matériau multicouches ou en feuille contenant des bulles d’air est sujet à plusieurs phénomènes de transferts thermiques. A cause de sa faible épaisseur et de sa contribution limitée à la résistance thermique globale du complexe, le choix dans ce travail est de représenter les transferts en son sein par une pseudo conduction équivalente. Ainsi, les résistances thermiques Rcond,mur, Rcond,PMR et Rcond,tass représentent ces trois composants. Ces résistances thermiques dépendent des propriétés intrinsèques ou équivalentes des matériaux utilisés.