Ponts thermiques
Les ponts thermiques sont des parties de l'enveloppe du bâtiment sur lesquelles la résistance thermique, par ailleurs uniforme, est modifiée de manière significative par.. :
- une pénétration dans l'enveloppe du bâtiment par des matériaux de différente conductivité thermique
- une modification de l'épaisseur des composants
- une différence entre les surfaces intérieure et extérieure, comme c'est le cas avec les détails de murs, de sols ou de dalles de plancher
Les ponts thermiques induisent des températures de surface plus basses à l'intérieur ainsi qu'un flux thermique accru. La température de surface minimale θsi,min correspond à la température de surface la plus basse constatée dans la zone d'influence d'un pont thermique. La valeur de la température de surface minimale détermine si de la condensation ou de la moisissure se forme au niveau d'un pont thermique. Considérant l'humidité relative ambiante et les températures environnantes, la température de surface minimale est donc une valeur caractéristique pour les effets d'un pont thermique en termes d'humidité.
Les causes de formation de ponts thermiques peuvent être diverses. Une grande conductivité thermique provient du fait que la partie de cet élément de construction diverge de la forme plane (pont thermique géométrique) ou du fait que dans la partie concernée, des matériaux particulièrement conducteurs de chaleur sont présents localement (pont thermique lié au matériau).
La liste suivante présente les indicateurs utilisés pour l'analyse des ponts thermiques.
λ [W/(m⋅K)]
Conductivité thermique :
capacité d’un matériau à conduire la chaleur. Chaleur qui est transférée en 1 s dans 1 m3 d’une couche de matière homogène, par Kelvin de différence de température.
λeq [W/(m⋅K)]
Conductivité thermique équivalente :
la conductivité thermique calculée ou équivalente est la conductivité thermique globale obtenue en prenant en compte tous les composants d’un Schöck Isokorb®. C’est une valeur de mesure de la performance d’isolation thermique du raccord.
Req [m²⋅K/W]
Résistance thermique équivalente :
la résistance thermique est la résistance d’une longueur de matériau d’1 m pour le flux thermique par Kelvin de différence de température, pour une épaisseur du corps isolant de 80 ou 120 mm.
Req = d / λeq
U [W/(m²⋅K)]
Coefficient de transmission thermique :
débit du flux thermique à travers un élément de construction pour une différence de température de 1 Kelvin.
U = 1 / R
ψ [W/(m⋅K)]
Coefficient de transmission thermique linéique :
le coefficient de transmission thermique linéique ψ (valeur ψ) désigne la perte de chaleur supplémentaire par mètre courant d’un pont thermique linéaire.
χ [W/K]
Coefficient de transmission thermique ponctuel :
le coefficient de transmission ponctuel χ (valeur χ) désigne la perte de chaleur supplémentaire via un pont thermique ponctuel.
θsi,min [°C]
Température de surface minimale :
la température de surface minimale est la température de surface la plus basse dans la zone d’un pont thermique. Cette valeur détermine si de la condensation ou de la moisissure se forme au niveau d’un pont thermique. La température de surface minimale est donc une valeur caractéristique pour les effets d'un pont thermique sur l'humidité.
fRsi [-]
Facteur de température superficielle :
le facteur de température superficielle fRsi peut être aussi utilisé comme valeur caractéristique technique d’humidité au lieu de la température de surface minimale. Le facteur de température superficielle fRsi est :
fRsi = (θsi,min − θe) / (θi − θe)
Valeurs caractéristiques propres aux projets
Les valeurs caractéristiques θsi,min, fRsi, les valeurs ψ et les valeurs χ dépendent des détails constructifs du pont thermique (géométrie et conductivité thermique des matériaux utilisés). La température de surface intérieure minimale et le facteur de température superficielle sont également influencés par les conditions ambiantes (température intérieure/extérieure). Plus la température de l’air extérieur ou intérieur est faible, plus la température de surface minimale est faible.
Définition d’un pont thermique
Les ponts thermiques sont des zones locales d'éléments de construction dans l'enveloppe du bâtiment dans lesquelles les déperditions de chaleur sont plus importantes. Cette perte de chaleur accrue provient du fait que la partie de cet élément de construction diverge de sa forme plane courante (pont thermique géométrique) ou du fait que dans la partie concernée, des matériaux particulièrement conducteurs de chaleur sont présents localement (pont thermique lié au matériau).
Les balcons, les coursives, les attiques, les parapets, les avant-toits ainsi que les murs et les piliers doivent faire l'objet d'une attention particulière. Concernant ces éléments, les influences de la géométrie et des matériaux utilisés sont particulièrement importantes en raison de leur forme et des composants utilisés (comme l’acier et le béton).
Conséquences des ponts thermiques
- Risque de formation de moisissures
- Risque de problèmes de santé (allergies, etc.)
- Risque de condensation
- Pertes d'énergie de chauffage accrues
- Risque de dommages structurels
Pour les raisons mentionnées, il est important de respecter les exigences en matière de protection contre l’humidité et de protection thermique. Pour les balcons et les coursives, l’utilisation de consoles isolantes est une pratique communément admise en construction, qui permet de réduire les déperditions thermiques à leurs minimums.
Courbe isothermique des ponts thermiques linéaires
Ponts thermiques linéaires et valeur ψ
Les ponts thermiques linéaires engendrent un flux de chaleur linéaire plus élevé (zone thermiquement perturbée) que dans la section adjacente qui est isolée thermiquement (zone thermiquement non perturbée).
Les déperditions énergétiques, qui surviennent via un pont thermique linéaire, et apparaissant en plus de la zone non perturbée, sont représentées par le coefficient de transmission thermique linéique ψ (prononcé : psi).
Courbe isothermique des ponts thermiques ponctuels
Ponts thermiques ponctuels et valeur χ
Les ponts thermiques ponctuels sont des perturbations de l’enveloppe thermiques limités localement, de sorte qu’ils n’apparaissent que ponctuellement. Parmi les exemples typiques, citons les poutres raccordées, les éléments de fixation comme les chevilles, les ancrages de façades suspendues et des poteaux qui traversent une couche d'isolation.
Les déperditions énergétiques via des ponts thermiques ponctuels sont déterminées par le coefficient de transmission thermique ponctuel χ (prononcé : chi).
Protection thermique et protection contre l’humidité sont étroitement liées
La déperdition thermique supplémentaire locale dans des zones de ponts thermiques entraîne des températures de surface faibles. C’est pourquoi la protection thermique est également inévitablement liée à la protection contre l’humidité.
L’air chaud peut absorber davantage d’humidité que l’air froid. En cas de températures de surface basses dans la zone des ponts thermiques, l’eau de condensation peut alors apparaître sur les surfaces froides ou de la moisissure peut se former. Les conséquences peuvent représenter un risque pour la structure du bâtiment et la santé.
De la condensation se forme quand l’air est refroidi de sorte que la saturation en vapeur d’eau est atteinte (humidité relative de l’air atteignant 100%). L'apparition à court terme d'eau de condensation à la surface est autorisée si elle n'entraîne pas de dommages.
Pour la croissance de moisissures, il n'est toutefois pas nécessaire que de l'eau de condensation se forme, l'humidité relative critique à la surface des éléments de construction se situe ici déjà à 80%. C'est pourquoi l'exigence pour les ponts thermiques linéaires et ponctuels est basée sur la température de surface intérieure minimale, qui, dans des conditions ambiantes précises, conduit à cette humidité de surface.
Pour une humidité relative de 80% dans la zone du pont thermique et une humidité relative de 50% de l'air ambiant à 20°C, la température dite de formation de moisissures est de 12,6°C. C'est la raison pour laquelle la température de surface minimale pour éviter les moisissures ne doit pas être inférieure à 12,6°C. Si l'air ambiant à 20°C présente une humidité relative différente, par exemple de 60%, la température critique pour la formation de moisissures est de 15,3°C.
Température de surface intérieure θsi
La température de surface intérieure θsi dépend de la température extérieure, des matériaux de construction et de la température intérieure. Elle donne des informations indirectes concernant la conductivité thermique d’un élément de construction. Si la température de surface intérieure est faible malgré des températures intérieures élevées, on peut en déduire qu’une grande quantité d’énergie thermique est conduite vers l’extérieur via l’élément de construction.
Les températures de surface les plus basses apparaissent dans la zone de ponts thermiques. On parle alors de la température de surface minimale θsi,min. La valeur de la température de surface minimale est déterminante lorsqu’il s’agit de savoir si de la condensation se forme ou si des moisissures se développent au niveau d’un pont thermique. La température de surface minimale est également une valeur caractéristique des effets relatifs à l’humidité d’un pont thermique. θsi,min dépend donc directement de la structure constructive d’un pont thermique (géométries et conductivité thermique des matériaux formant le pont thermique).
Facteur de température superficielle fRsi
Le facteur de température superficielle décrit la qualité d’isolation thermique des éléments de construction extérieurs et représente une valeur caractéristique pour évaluer le risque de formation de moisissures sur une construction.
Le facteur de température superficielle fRsi est la différence de température entre la température de surface intérieure et la température de l’air extérieure (θsi − θe) rapportée à la différence de température entre l’air intérieur et extérieur (θi − θe) :
La valeur fRsi est une valeur relative et présente donc l’avantage qu’à partir d’une différence de température suffisante entre l’intérieur et l’extérieur ou en se référant au climat de référence, elle ne dépend plus que de la construction du pont thermique, et non pas, comme θsi,min, des températures de l’air extérieur et de l’air intérieur appliquées.
Si on admet qu’à 12,6 °C, une humidité relative de l’air de 80% est atteinte (valeur initiale : 20 °C avec h.r. de 50%) et que la température extérieure est de −5 °C, on obtient une valeur fRsi de 0,7.
