Hoja de repaso: Principes du confort hygrothermique

📋 Plan du Cours

1. Paramètres hygrothermiques
2. Transferts de chaleur
3. Confort thermique
4. Effet des vêtements
5. Humidité et bâtiment
6. Dégâts liés à l'humidité
7. Pare-vapeur et étanchéité
8. Matériaux hygroscopiques

📖 1. Paramètres hygrothermiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Température résultante sèche (Trs) : Moyenne entre la température de la paroi et la température de l'air, utilisée pour évaluer la sensation thermique dans un espace. Selon Emmanuel BALLOT (ENSAS), elle doit être proche de 19°C pour assurer le confort hygrothermique.

• Humidité de l'air (taux d'humidité relative) : Quantité de vapeur d'eau présente dans l'air, exprimée en pourcentage. Elle doit idéalement se situer entre 30% et 70% pour optimiser le confort, selon la description fonctionnelle de Oliveira (2005).

• Mouvements de l’air : Déplacements d’air qui influencent la sensation thermique, notamment par leur impact sur la convection et la perception de froid ou de chaleur. Emmanuel BALLOT (ENSAS) indique que des courants d’air jusqu’à 0,15 m/s peuvent induire une sensation de froid.

• Activité métabolique : Quantité de chaleur produite par le corps humain, exprimée en W/m², qui dépend du niveau d’activité (repos, activité soutenue). Elle influence la surface corporelle en relation avec le confort hygrothermique.

• Coefficient de convection : Quantité de chaleur transférée par convection entre la surface du corps ou des vêtements et l’air ambiant, exprimée en W/m²°C. Il détermine la vitesse de transfert thermique lors des mouvements d’air ou de la conduction.

• Température superficielle des habits : Température à la surface des vêtements, influençant la sensation thermique et la perception de confort. Elle dépend de la résistance thermique des vêtements et de leur coefficient de convection.

📝 Points essentiels

• La température résultante sèche (Trs) est une moyenne pondérée entre la température de la paroi et celle de l’air, essentielle pour évaluer la sensation thermique (BALLOT, ENSAS). Elle doit être proche de 19°C pour un confort optimal.

• La humidité de l’air doit se maintenir entre 30% et 70%, car en dessous, l’air est trop sec, et au-dessus, il est trop humide, ce qui peut provoquer inconfort et problèmes de condensation (Oliveira, 2005).

• Les mouvements de l’air influencent la sensation thermique en modifiant la convection. Des courants d’air faibles (< 0,15 m/s) peuvent provoquer une sensation de froid, tandis que des mouvements plus rapides peuvent être agréables en été mais gênants en hiver.

• La relation entre activité métabolique et surface corporelle détermine la chaleur dégagée par le corps, impactant la perception de confort hygrothermique. Un corps en activité soutenue produit plus de chaleur, nécessitant une gestion adaptée de la ventilation et de l’humidité.

• Le coefficient de convection et la température superficielle des habits sont liés à la résistance thermique des vêtements, influençant la sensation thermique et la perception de confort.

💡 À retenir

La sensation thermique dans un espace dépend de l’interaction entre la température, l’humidité, les mouvements d’air, et la surface corporelle habillée, avec la température résultante sèche (Trs) comme indicateur clé de confort hygrothermique.

📖 2. Transferts de chaleur

🔑 Notions clés & Définitions

• Modes de transfert de chaleur : processus par lequel la chaleur se déplace entre deux corps ou zones, comprenant la conduction, convection, rayonnement, évapo-condensation (voir source).
• Conduction : transfert de chaleur par contact direct entre molécules, sans déplacement de matière, via des chocs intermoléculaires.
• Convection : transport de chaleur par le mouvement d’un fluide (liquide ou gaz), impliquant un déplacement de matière entre zones chaude et froide.
• Rayonnement : émission et absorption de rayonnement électromagnétique, permettant la transmission de chaleur sans support matériel (ex : rayonnement solaire).
• Température opérative : température moyenne pondérée entre la température de l’air ambiant et celle des surfaces radiantes, représentant la sensation thermique ressentie (voir source).
• Effet des courants d’air : influence du mouvement de l’air sur la sensation thermique, pouvant augmenter la sensation de froid ou de chaleur selon la vitesse et la direction (voir méthode Givoni).

📝 Points essentiels

• La conduction se produit à l’échelle moléculaire, essentielle dans l’isolation thermique des matériaux. La convection dépend de la circulation du fluide, influençant fortement la sensation thermique en intérieur. Le rayonnement permet la transmission de chaleur à distance, notamment par les surfaces chaudes ou froides.
• La température opérative, définie par AJENA (date), est une mesure intégrée de la sensation thermique, combinant la température de l’air et celle des surfaces radiantes, utilisée pour évaluer le confort thermique.
• La méthode Givoni (voir source) montre que la vitesse de l’air modifie la température ressentie : en hiver, un air en mouvement accentue la sensation de froid, alors qu’en été, il peut procurer une sensation de fraîcheur agréable.
• L’effet des courants d’air est perceptible à partir de 0,15 m/s en hiver, provoquant une sensation de froid, et au-delà de 0,25 m/s en été, procurant une sensation de fraîcheur (voir méthode Givoni).

💡 À retenir

Les modes de transfert de chaleur, notamment la conduction, convection et rayonnement, déterminent la dynamique thermique d’un bâtiment et influencent directement le confort thermique, en étant modulés par la température opérative et l’effet des courants d’air.

📖 3. Confort thermique

🔑 Notions clés & Définitions

• Zone de confort selon PMV et PPD : La zone où la majorité des occupants ressentent un confort thermique optimal, généralement lorsque le Predicted Mean Vote (PMV) est proche de zéro et le Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD) est inférieur à 10%, indiquant une faible proportion d’insatisfaits (ISO 7730).

• Influence de l’humidité relative (30-65%) : La plage d’humidité dans laquelle le confort est optimale. Selon Emmanuel BALLOT (ENSAS), entre 30% et 65%, l’air favorise une sensation thermique agréable, évitant la sensation de sécheresse ou d’humidité excessive.

• Délais d’adaptation du corps (±3 heures) : La période nécessaire pour que l’organisme s’ajuste aux nouvelles conditions thermiques, permettant une sensation de confort après une modification environnementale, selon UCL.

• Effet de la vitesse de l’air : La sensation thermique est modifiée par la vitesse de l’air ; un air en mouvement augmente la sensation de fraîcheur ou de chaleur perçue, selon la température ambiante, en favorisant l’évaporation de la transpiration (voir section 3).

• Classification du confort d’été : La catégorisation des conditions thermiques estivales en fonction de la température intérieure et du taux d’insatisfaits (PPD). Par exemple, un taux d’insatisfaits supérieur à 10% indique une ambiance inconfortable, selon les critères de ISO 7730.

📝 Points essentiels

• La zone de confort selon PMV et PPD est définie par ISO 7730, où un PMV proche de 0 et un PPD inférieur à 10% représentent un confort optimal. La majorité des occupants doivent ressentir une sensation neutre (BALLOT, 2022).

• La plage d’humidité relative optimale (30-65%) favorise une sensation agréable, évitant la sécheresse ou l’humidité excessive qui peuvent provoquer inconfort ou moisissures.

• Le corps humain met environ ±3 heures pour s’adapter à un changement thermique, avec une vitesse d’adaptation acceptable d’environ 0.5°C/h (UCL).

• La vitesse de l’air influence la sensation thermique : en hiver, un air en mouvement peut provoquer une sensation de froid accrue, tandis qu’en été, il peut augmenter le confort en favorisant l’évaporation de la transpiration (Givoni, 1969).

• La classification du confort d’été s’appuie sur le taux d’insatisfaits : 5% est optimal, 10% acceptable selon la norme, et 20% dans des environnements complexes.

💡 À retenir

Le confort thermique optimal réside dans une harmonie entre température, humidité, vitesse de l’air et adaptation corporelle, permettant une sensation neutre pour la majorité des occupants dans un environnement stable.

📖 4. Effet des vêtements

🔑 Notions clés & Définitions

• Coefficient clo : unité de mesure de la résistance thermique des vêtements, définie comme la résistance thermique d’un vêtement qui permet d’atteindre un confort thermique dans une ambiance de 19°C. BALLOT (2022) : le clo mesure la capacité d’un vêtement à isoler du froid, avec 1 clo correspondant à une résistance thermique de 0,15 m²°C/W.
• Influence des vêtements sur la sensation thermique : effet que les vêtements ont sur la perception de chaleur ou de froid, notamment la différence entre un habit lourd et léger. BALLOT (2022) : un habit lourd augmente la sensation de chaleur, tandis qu’un habit léger favorise la sensation de fraîcheur ou de confort thermique.
• Température superficielle des habits : température à la surface du vêtement, qui influence la sensation thermique ressentie par le porteur. BALLOT (2022) : une température superficielle élevée peut augmenter la sensation de chaleur, tandis qu’une température basse peut favoriser la sensation de froid.
• Relation surface corporelle habillée et confort thermique : lien entre la surface de la peau couverte par les vêtements et la perception du confort thermique. BALLOT (2022) : une surface habillée plus grande peut améliorer l’isolation thermique et augmenter le confort dans des environnements froids.

📝 Points essentiels

• Le coefficient clo est une unité standard pour quantifier la résistance thermique des vêtements, avec 1 clo correspondant à une résistance de 0,15 m²°C/W, permettant d’évaluer leur capacité à isoler du froid (BALLOT, 2022).
• La sensation thermique est fortement influencée par le type de vêtement porté : un habit lourd augmente la résistance thermique, réduisant la perte de chaleur et augmentant la sensation de confort dans un environnement froid (BALLOT, 2022).
• La température superficielle des habits dépend de la température ambiante, de la couche de vêtements et de leur capacité à évacuer ou retenir la chaleur. Une température superficielle élevée peut accentuer la sensation de chaleur, tandis qu’une température basse peut renforcer la sensation de froid (BALLOT, 2022).
• La surface corporelle habillée, en relation avec la résistance thermique du vêtement, détermine le degré d’isolation thermique global et influence le confort thermique ressenti. Plus cette surface est grande et bien isolée, plus le confort dans des conditions froides est amélioré (BALLOT, 2022).

💡 À retenir

Le confort thermique dépend de la résistance thermique des vêtements (coefficient clo), de leur capacité à moduler la température superficielle et de la surface corporelle habillée, influençant ainsi la perception de chaleur ou de froid dans un environnement donné.

📖 5. Humidité et bâtiment

🔑 Notions clés & Définitions

• Production de vapeur par les occupants : émission de vapeur d’eau dans l’air intérieur due à des activités humaines telles que respiration, cuisson ou douches, contribuant à l’humidification de l’espace (voir aussi "la ventilation pour éliminer la vapeur d’eau").
• Saturation de l’air intérieur : état où l’air contient la quantité maximale de vapeur d’eau qu’il peut retenir à une température donnée, pouvant entraîner condensation et dégâts (voir "Risques liés à une humidité excessive").
• Rôle de la ventilation : mécanisme permettant d’éliminer la vapeur d’eau excédentaire dans l’air intérieur, évitant ainsi la saturation et la formation de condensation, notamment dans les pièces d’eau.
• Apport d’humidité par les matériaux de construction : libération de vapeur d’eau par certains matériaux comme le bois, qui peuvent augmenter l’humidité intérieure, notamment lors de leur séchage ou en cas d’humidité résiduelle.
• Risques liés à une humidité excessive dans les pièces d’eau : formation de moisissures, salissures, dégradation des matériaux, condensation interstitielle, pouvant entraîner des dégâts importants dans le bâtiment (voir "Dégâts au bâtiment dus à l’humidité").

📝 Points essentiels

• La production de vapeur par les occupants, notamment lors de la respiration, cuisson ou douches, augmente l’humidité intérieure, ce qui peut rapidement conduire à la saturation de l’air si la ventilation n’est pas adaptée.
• La saturation de l’air intérieur survient lorsque la vapeur d’eau atteint la limite maximale que peut contenir l’air à une température donnée, favorisant la condensation sur les surfaces froides, notamment si la température de rosée est atteinte ou dépassée (voir "Risques de condensation interstitielle").
• La ventilation joue un rôle crucial pour maintenir un taux d’humidité optimal, en évacuant la vapeur d’eau excédentaire, notamment dans les pièces humides. Elle doit être conçue pour concilier maîtrise de l’humidité et efficacité énergétique.
• Certains matériaux de construction, comme le bois, peuvent libérer de l’humidité lors de leur séchage ou en cas d’humidité résiduelle, ce qui peut aggraver la saturation de l’air intérieur si mal contrôlé.
• Une humidité excessive dans les pièces d’eau ou lors d’activités domestiques peut entraîner des dégâts tels que moisissures, salissures ou dégradation des structures, notamment si la vapeur d’eau n’est pas correctement évacuée ou si l’étanchéité à l’air est déficiente.

💡 À retenir

L’équilibre hygrométrique dans un bâtiment repose sur la production contrôlée de vapeur par les occupants, une ventilation efficace, et une gestion adaptée des matériaux pour éviter la saturation de l’air intérieur et ses dégâts associés.

📖 6. Dégâts liés à l'humidité

🔑 Notions clés & Définitions

• Traces d’eau : Marques visibles laissées par l’eau sur les surfaces ou éléments de construction, indiquant une infiltration ou un excès d’humidité.
• Salissures : Dépôts ou taches causés par la présence d’humidité ou de moisissures, souvent visibles sur les murs ou autres surfaces.
• Moisissures : Organismes fongiques qui se développent dans des environnements humides, pouvant causer dégradation des matériaux et problèmes de santé.
• Causes des dégâts : Défauts d’étanchéité, condensation interstitielle, qui favorisent l’accumulation d’humidité et la formation de dégradations.
• Exemples concrets : Enduits mouillés, moisissures sur la sous-toiture, dégradation du bois ou des isolants, visibles dans les bâtiments affectés par l’humidité.
• Conséquences d’un manque d’étanchéité à l’air : Accumulation d’humidité, formation de condensation, dégradation des matériaux, risques de moisissures et dégradation structurelle.

📝 Points essentiels

• Les traces d’eau et salissures sont des signes visibles de dégâts liés à l’humidité, souvent dus à des infiltrations ou défauts d’étanchéité (voir aussi "dégâts au bâtiment dus à l’humidité").
• La moisissure se développe dans des environnements humides, notamment en cas de condensation interstitielle ou de mauvaise gestion de l’étanchéité à l’air, ce qui peut entraîner des dégradations matérielles et des risques sanitaires.
• La cause des dégâts peut résider dans des défauts matériels, comme un mauvais raccord du frein-vapeur ou une mauvaise mise en œuvre, ou dans des phénomènes physiques tels que la condensation interstitielle, favorisée par une mauvaise succession des phases de construction.
• La mauvaise succession des phases de construction (ex : montage d’isolation ou pose de pare-vapeur en conditions climatiques inadéquates) peut provoquer une humidification excessive des matériaux, entraînant des dégâts durables.
• La condensation interstitielle se produit lorsque la vapeur d’eau se condense à l’intérieur des parois, souvent à cause d’un mauvais choix ou d’une mauvaise mise en œuvre des freins-vapeurs, ou en cas de variation climatique.

💡 À retenir

Les dégâts liés à l’humidité dans les bâtiments résultent principalement de défauts d’étanchéité à l’air ou d’une mauvaise gestion de la condensation, pouvant entraîner des traces d’eau, salissures et moisissures, avec des conséquences structurelles et sanitaires importantes.

📖 7. Pare-vapeur et étanchéité

🔑 Notions clés & Définitions

• Pare-vapeur : matériau ou assemblage ayant un coefficient Sd supérieur à 20 m, conçu pour limiter la diffusion de vapeur d’eau dans une construction, évitant ainsi la condensation interstitielle et les dégâts liés à l’humidité (norme DIN 4108).
• Frein-vapeur : matériau ou couche avec un coefficient Sd inférieur à 20 m, permettant une diffusion plus importante de vapeur, favorisant le séchage naturel des éléments constructifs et réduisant les risques de condensation.
• Coefficient Sd : résistance à la diffusion de la vapeur d’eau d’un matériau, calculée par Sd = μ x s, où μ est le coefficient de diffusion et s l’épaisseur du matériau. Il indique la capacité d’un matériau à laisser passer la vapeur ; plus Sd est élevé, plus la diffusion est limitée (AUTEUR (date)).
• Hygroadaptation des freins-vapeur : capacité des freins-vapeur à ajuster leur diffusion en fonction de l’humidité ambiante, permettant un séchage ou une humidification contrôlés pour éviter la condensation et préserver la durabilité du bâtiment.
• Étanchéité à l’air : propriété essentielle pour éviter les infiltrations d’air non contrôlées, qui peuvent entraîner des dégradations, des pertes énergétiques et des problèmes d’humidité, notamment en empêchant la formation de ponts thermiques ou de zones de condensation.

📝 Points essentiels

• La différence entre pare-vapeur et frein-vapeur repose principalement sur leur coefficient Sd : un pare-vapeur (Sd > 20 m) limite fortement la diffusion de vapeur, tandis qu’un frein-vapeur (Sd < 20 m) autorise une diffusion plus importante, facilitant le séchage naturel des composants (norme DIN 4108).
• La sélection du matériau doit prendre en compte l’hygroadaptation, notamment pour les freins-vapeur, afin d’adapter leur diffusion selon l’humidité relative intérieure, ce qui limite la condensation et les dégâts liés à l’humidité.
• L’étanchéité à l’air est cruciale pour éviter les infiltrations d’air qui peuvent augmenter l’humidité intérieure, provoquer des dégradations et réduire l’efficacité énergétique. La mise en œuvre doit assurer une continuité sans défauts, notamment au niveau des raccords et joints.
• Les dégâts liés à l’humidité dans le bâtiment peuvent être évités ou limités par une utilisation appropriée de freins-vapeur à hygroadaptation, permettant un séchage efficace en été et une protection contre l’humidité en hiver.
• La capacité de tampon hydrique (MBV) des matériaux hygroscopiques peut renforcer l’efficacité des freins-vapeur en absorbant ou en relarguant l’humidité, contribuant ainsi à la stabilité hygrothermique du bâtiment.

💡 À retenir

L’efficacité de l’étanchéité à l’air et le choix entre pare-vapeur ou frein-vapeur dépendent de leur capacité à gérer la diffusion de vapeur et à s’adapter à l’humidité ambiante, afin de prévenir les dégâts liés à l’humidité tout en optimisant la performance énergétique du bâtiment.

📖 8. Matériaux hygroscopiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Capacité de tampon hydrique (Moisture Buffer Value - MBV) : Quantité d’eau adsorbée ou désorbée par un matériau hygroscopique lors de variations de l’humidité relative extérieure, exprimée en g.m-2.%HR-1. Elle reflète la capacité du matériau à atténuer les fluctuations d’hygrométrie dans le bâtiment.
• Absorption et désorption d’humidité : Processus par lesquels un matériau hygroscopique adsorbe l’humidité (absorption) lorsque l’air est humide, et la libère (désorption) lorsque l’air devient plus sec, contribuant à stabiliser l’ambiance intérieure.
• Protocole de mesure MBV selon projet Nordtest : Méthodologie détaillée, sans norme spécifique, permettant d’évaluer la MBV d’un matériau en simulant ses réactions à des variations contrôlées de l’humidité relative, notamment dans le cadre de l’étude menée par l’Université Technique du Danemark.
• Rôle des matériaux dans l’atténuation des variations d’hygrométrie : Les matériaux hygroscopiques, notamment biosourcés, jouent un rôle tampon en absorbant ou en libérant de l’humidité, ce qui réduit l’amplitude des fluctuations d’humidité dans l’environnement intérieur, améliorant ainsi le confort hygrothermique.
• Exemples de matériaux biosourcés avec capacité hygroscopique : La laine de bois, la terre-paille, le chanvre, ou la laine de mouton, qui possèdent une forte capacité à réguler l’humidité grâce à leur MBV élevée, contribuant à la stabilité hygrométrique du bâtiment.

📝 Points essentiels

• La MBV est un indicateur crucial pour évaluer la performance hygrothermique des matériaux hygroscopiques, notamment dans la rénovation ou la construction biosourcée (source : Synthèse bibliographique... MaBioNat 2016).
• La capacité de tampon hydrique permet d’atténuer efficacement les variations d’hygrométrie, notamment dans des environnements où l’humidité fluctue fortement, comme dans les bâtiments anciens ou en rénovation (source : Comportement hygrothermique... MaBioNat 2016).
• La mesure de la MBV se réalise selon un protocole spécifique, sans norme officielle, mais reconnu dans le cadre du projet Nordtest, en simulant des cycles d’humidité relative pour observer l’adsorption/désorption d’eau (source : projet Nordtest).
• La performance hygroscopique d’un matériau peut être amoindrie par un revêtement totalement étanche, qui limite ses échanges d’humidité avec l’environnement (source : Comportement hygrothermique... MaBioNat 2016).
• Les matériaux biosourcés, en raison de leur forte MBV, offrent un potentiel élevé pour la régulation hygrothermique, notamment dans le contexte de bâtiments à faible consommation énergétique (source : Synthèse bibliographique... MaBioNat 2016).

💡 À retenir

Les matériaux hygroscopiques, notamment biosourcés, jouent un rôle tampon essentiel en régulant l’humidité intérieure grâce à leur capacité de tampon hydrique (MBV), ce qui contribue à améliorer le confort hygrothermique et à limiter les dégâts liés à l’humidité dans le bâtiment.

📊 Tableaux de Synthèse

Critère / Notion	Définition / Rôle	Auteur / Référence
Température résultante sèche (Trs)	Moyenne pondérée entre la température de la paroi et celle de l’air, indicateur de confort hygrothermique	Emmanuel BALLOT (ENSAS)
Humidité relative de l’air	Pourcentage de vapeur d’eau dans l’air, optimale entre 30% et 70%	Oliveira (2005)
Modes de transfert de chaleur	Conduction, convection, rayonnement, évapo-condensation	Source générale
Température opérative	Température moyenne pondérée entre air et surfaces radiantes	AJENA (date)
PMV (Predicted Mean Vote)	Indicateur de confort thermique, proche de 0 pour confort optimal	ISO 7730
PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied)	% d’occupants insatisfaits, idéal <10%	ISO 7730

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confondre température résultante sèche (Trs) avec la température ambiante seule.
2. Sous-estimer l’impact des mouvements d’air faibles (< 0,15 m/s) sur la sensation thermique.
3. Croire que l’humidité doit être maintenue en permanence à 50%, sans considérer la plage 30-70%.
4. Confondre conduction et convection : la conduction ne concerne que les surfaces, la convection le fluide en mouvement.
5. Négliger le délai d’adaptation du corps à un changement thermique, souvent estimé à 3 heures.
6. Confondre la température opérative avec la température ambiante seule.
7. Oublier que la vitesse de l’air en hiver accentue la sensation de froid, alors qu’en été elle peut améliorer le confort.

✅ Checklist Examen

1. Connaître la définition de la température résultante sèche (Trs) selon Emmanuel BALLOT et son rôle dans le confort hygrothermique.
2. Savoir que l’humidité relative optimale pour le confort est comprise entre 30% et 70%, selon Oliveira (2005).
3. Identifier les modes de transfert de chaleur : conduction, convection, rayonnement, évapo-condensation.
4. Comprendre la notion de température opérative et son importance dans l’évaluation du confort thermique (AJENA).
5. Maîtriser la norme ISO 7730 et ses indicateurs PMV et PPD pour définir la zone de confort.
6. Savoir que la vitesse de l’air influence la sensation thermique, notamment à partir de 0,15 m/s en hiver.
7. Connaître l’impact de l’activité métabolique sur la production de chaleur corporelle.
8. Identifier les effets des courants d’air sur la sensation thermique selon la méthode Givoni.
9. Comprendre que l’humidité relative doit être maintenue entre 30% et 70% pour éviter inconfort et condensation.
10. Connaître le délai d’adaptation du corps à un changement thermique, environ 3 heures.
11. Savoir que la température de surface des vêtements influence la perception thermique.
12. Vérifier la maîtrise du vocabulaire lié aux paramètres hygrothermiques, transferts de chaleur, et confort thermique.