Conductivité thermique

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Balle de riz
Utilisée en isolation des bâtiments
Pierre DELOT - 26 mars 2015
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Pierre DELOT
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Pierre Delot
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Travaille à
www.associationlevillage.fr
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2
26 mars 2015 - Pierre DELOT - conductivité thermique
Révision
Sommaire
L’air maintenu sec et immobile ..................................................................................... 5
De quelle conductivité parle-t-on ? ................................................................................ 6
Lambda mesuré .................................................................................................................................................................... 6
Lambda utile .......................................................................................................................................................................... 6
A quelle température ? .......................................................................................................................................... 6
Pour quelle humidité relative ? ............................................................................................................................. 7
Lambda déclaré ..................................................................................................................................................................... 7
La conductivité thermique « normative » retenue à l’étranger .................................... 8
Au Chili ..................................................................................................................................................................................... 8
En Italie .................................................................................................................................................................................... 8
Évolution de la conductivité thermique avec l’humidité ............................................... 9
Mesures effectuées .............................................................................................................................................................. 9
Inde (évolution avec le taux d’humidité du matériau) .......................................................................................... 9
France (évolution avec le taux d’humidité relative de l’air ambiant) ................................................................... 9
Modélisation courante .................................................................................................................................................... 10
Norme NF EN ISO 10456 .................................................................................................................................. 10
Formule courante ................................................................................................................................................ 10
Vérification pour la balle de riz .......................................................................................................................... 10
Les logiciels.......................................................................................................................................................................... 11
Evolution de la conductivité thermique avec la température ..................................... 12
Mesures effectuées sur de la balle de riz « sèche » ............................................................................................... 12
Etats-Unis ........................................................................................................................................................... 12
France ................................................................................................................................................................. 13
Les logiciels.......................................................................................................................................................................... 14
Évolution de la conductivité thermique avec la densité ............................................. 15
Etats-Unis ............................................................................................................................................................................. 15
France .................................................................................................................................................................................... 17
Mesures réalisées en France métropolitaine .............................................................. 19
Les normes ........................................................................................................................................................................... 19
Méthodes de mesures ...................................................................................................................................................... 19
Construction paille .............................................................................................................................................. 21
Méthode de calcul de la conductivité retenu par ACERMI ................................................................................ 21
Détermination de la résistance thermique (ACERMI) ........................................................................................ 21
RT 2012, valeur par défaut ............................................................................................................................................ 22
Essais réalisés au CSTB en 2014 .................................................................................................................................. 22
Balle de riz long étuvé brute ............................................................................................................................... 22
Balle de riz rond non étuvé brute ........................................................................................................................ 23
Reconstitution des conductivités thermiques à 120 et 150 kg/m 3 ................................................................ 24
3
Conductivité thermique - Pierre DELOT - 26 mars 2015
Balle de riz long étuvé brute ............................................................................................................................... 24
Balle de riz rond non étuvé brute ........................................................................................................................ 24
Les valeurs à utiliser en France métropolitaine .......................................................... 26
Calcul des besoins de chauffage (HIVER).................................................................................................................. 26
Calcul de la température max (CONFORT D’ETE) .................................................................................................. 27
Annexes ........................................................................................................................ 29
Définition d’un matériau isolant ................................................................................................................................. 29
Les labels de certification des isolants ...................................................................................................................... 29
COFRAC .................................................................................................................................................................................. 29
4
L’air maintenu sec et immobile
La conductivité thermique de l’air sec et immobile est d’environ 0.0249 à 10°C et 0.0259 à
23°C, si on la calcule à partir de la formule donnée par Wikipedia, donnée valide dans la
plage de température comprise entre 100 et 1 600 K :
Les isolants traditionnels qu’ils soient d’origine végétale, minérale ou synthétique ne
peuvent pas avoir une conductivité thermique en dessous de ce seuil. Seuls des isolants
évolués (isolants nanostructurés, isolants sous vide) en sont capables.

La conductivité thermique de la balle de riz foisonnée annoncée par l’IRRI (« International
Rice Research Institute ») est de 0.036 W/mK. Cette valeur très alléchante ne doit pas être
utilisée, ne sachant pas à quelles conditions de densité, de température et d’hygrométrie
elle correspond. Pour obtenir une valeur aussi faible, la densité, la température et
l’hygrométrie doivent certainement être faibles, trop faibles pour être représentatifs de
conditions réelles d’utilisation.
5
De quelle conductivité parle-t-on ?
Le coefficient de conductivité thermique est noté λ (lambda). Plus le λ d’un matériau est
faible, plus le matériau est isolant (du froid).
Lambda mesuré
La conductivité thermique se mesure en laboratoire dans des conditions d’essais et selon
des procédures bien définies par des normes. Les laboratoires d’essais peuvent avoir ou
non une accréditation COFRAC.
Il s’agit d’une mesure en conditions stabilisées et non un comportement dynamique.
Allez sur internet, vous aller trouver toutes sortes de valeurs de conductivité thermique.
La conductivité thermique d’un matériau augmente principalement avec la température,
avec l’humidité et avec la densité du matériau. Bien souvent, les conditions de mesures,
la méthode de mesures ne sont pas données. Méfiance, une valeur donnée sans les
conditions de mesures associées ne vaut rien. Une valeur donnée pour un matériau mal
décrit est à considérer comme un ordre de grandeur.
D’un laboratoire à l’autre, il existe aussi des écarts entre les lambda mesurés. Selon ce
site, les comparaisons des mesures faites au niveau européen (NDLR : sur un même
matériau dans des conditions similaires, avec différentes méthodes de mesures) ont
montré des dispersions de ± 5 % sur les résultats. L’écart de mesures entre des
laboratoires accrédités Cofrac est moindre.
La question supplémentaire à se poser quand on est en face un résultat de laboratoire est
de savoir si l’isolant testé est représentatif de l’isolant qui sera utilisé sur les chantiers
(poussière, hétérogénéité de la production, processus de production, …).
Lambda utile
La règlementation thermique RT2012 s’intéresse surtout au comportement des bâtiments
en conditions hivernales, à cause des consommations de chauffage qu’elles impliquent, et
assez peu au confort d’été.
A quelle température ?
La température retenue pour effectuer les calculs règlementaires de besoins en chauffage est
10°C. Cette température correspond approximativement à la température moyenne de
l’isolant dans la paroi (si on considère une température de 20°C à l’intérieur du bâtiment et
une température extérieure de 0°C). Le lambda « utile hiver » est donc celui mesuré à 10°C, et
c’est à cette température que correspond la valeur donnée sur les étiquettes des isolants
industriels.
L’été, la température moyenne de l’isolant est plus élevée. La température « utile » pour
estimer le niveau de confort d’été dépend de la paroi considérée puisque le soleil rayonne
avant tout sur la toiture. Les calculs règlementaires n’imposant rien sur le déphasage
thermique et sur l’affaiblissement de l’onde de chaleur diurne (ces paramètres se calculent en
partie à partir de la conductivité thermique), aucune température « utile été » convergée n’a
été définie.
6
Nous utiliserons 23°C comme température « utile été », en sachant que la température
moyenne d’un isolant en toiture est supérieure. Cette température présente l’avantage d’être
une température pour laquelle nous disposons de mesures en laboratoire (le calcul du lambda
« hiver » nécessite. des mesures à une température supérieure à 10°C, et c’est à 23°C que sont
faites ces mesures additionnelles). Le lambda à 23°C n’est pas affiché sur les étiquettes des
isolants commercialisés.
Pour quelle humidité relative ?
L’humidité relative de l’air « utile » pour l’hiver a été normée à 50%. Le lambda affiché sur les
étiquettes des isolants commercialisés est donné pour 50% d’humidité relative.
Pour l’été, on utilisera la même valeur, par défaut, aucune valeur n’étant normée.
Lambda déclaré
Le marquage CE ne constitue pas une certification sur le plan thermique. Les isolants
disposant uniquement d’un tel marquage sont parfois/souvent testés sur un nombre
d’échantillon faible, insuffisant pour définir une valeur fiable et représentative de la
totalité de la production, et parfois/souvent dans des laboratoires non accrédités. Ce
même site préconise d’appliquer systématiquement une majoration de 15% sur la
« conductivité thermique déclarée » (λD) des isolants ne disposant que d’un marquage CE.
Les documentations technico-commerciales des matériaux isolants doivent/devraient
préciser, avec la valeur de λ, de quel type de λ il s’agit, et si l’isolant n’est pas certifié, les
conditions dans lesquelles cette valeur a été obtenue, le nombre d’échantillons testés, ….
En l’absence totale de mesures, la règlementation RT2012 défini en annexe 9 des valeurs
par défaut.
Les isolants d’un marquage type ACERMI affichent un λD déjà margé sur leur étiquette.
Inutile de prendre des marges supplémentaires. La valeur affichée donnée représente au
moins 90% de la production, avec un niveau de confiance de 90%.
En résumé, il faut distinguer le « λ mesuré » du « λ déclaré ». La valeur du lambda déclaré
est plus élevée que celle du lambda mesuré, pour tenir compte du nombre d’échantillons
testés, des incertitudes de mesures, de la représentativité des échantillons, …
7
La
conductivité
thermique
retenue à l’étranger
« normative »
Deux pays (au moins) reconnaissent les capacités isolantes de la balle de riz (le Chili et
l’Italie).
Les valeurs retenues dans ces pays ne correspondent pas forcément aux conditions de
température et d’hygrométrie utilisées pour l’affichage des performances isolantes des
matériaux vendus en France métropolitaine. Elles ne doivent donc pas être comparées
entres elles sans prendre en compte les effets de ces paramètres. Les conditions
normatives de mesures et le type d’instrumentation ne sont pas connus.
Au Chili
Au chili, la norme NCh853-2007 identifie la balle de riz comme matériau de construction,
et donne une valeur de référence pour la densité et la conductivité thermique de la balle
de riz en vrac (capotillo de arroz).
Les types de riz testés (quelles variétés), le nombre d’essais réalisés, l’aspect des balles
(intègres ou cassées) n’est pas connu.
Balle de riz en vrac
Masse volumique
(kg/m3)
117
(W/m.K)
0.06
Extrait de l’annexe A (informative)de la norme chilienne NCh853-2007
En Italie
En Italie, la balle de riz est reconnue comme isolant thermique par la norme UNI 7357-54,
en vrac (lolla di riso). Lien. Les types de riz testés (quelles variétés), le nombre d’essais
réalisés, l’aspect des balles (intègres ou cassées) n’est pas connu.
Balle de riz en vrac
Masse volumique
(kg/m3)
135
8
(W/m.K)
0.052
Évolution de la conductivité thermique avec
l’humidité
Mesures effectuées
Inde (évolution avec le taux d’humidité du matériau)
Une étude réalisée par S. K. Jha et AmarSingh, publiée en 2007 dans le journal « Journal of
agricultural engineering vol 44 », sur de la balle de riz de variété « Padmini », se penche sur les
propriétés physique et thermiques de la balle de riz (voir lien).
La conductivité thermique augmente linéairement avec son taux d’humidité. L’évolution a été
évaluée dans une plage de taux d’humidité d’environ 5% à 35% (masse humide). L’effet du
taux d’humidité est important.
Les traitements (acide ou alcali) font diminuer légèrement la conductivité thermique, mais ne
modifient pratiquement pas la dépendance de la conductivité en fonction du taux d’humidité.
Les résultats de l’étude sont synthétisés dans le tableau suivant et dans le graphique situé en
dessous.
W/m.K
Unité
0.0240.099
Sans traitement
0.0230.092
Avec traitement acide
0.0260.102
Avec traitement alcali
≈ 633
Taux d’humidité (%)
+ 0.003
Evolution (par % d’humidité)
Évolution de la conductivité thermique en fonction du taux
d’humidité
France (évolution avec le taux d’humidité relative de l’air ambiant)
Essais CSTB 2014
L’association Le Village a fait réaliser au CSTB des mesures de la conductivité thermique de la
balle de riz long étuvé. Les mesures ont été réalisées dans les mêmes conditions de
température et d’hygrométrie que les autres isolants caractérisés au CSTB. La conductivité a
été mesurée à 23°C, pour un matériau sec et pour un matériau à 50% d’humidité relative de
l’air ambiant (méthode décrite ici, rapport d’essai ici) :
9
A 23°C, à 120 kg/m3 (23°C, HR 50%, taux d’humidité du matériau 6.6 %), la conductivité
augmente de 4,3 % quand on passe d’un matériau parfaitement sec à un matériau
stabilisé dans une ambiance à 50% d’humidité relative (0.0485  0.0506, λ23,50/ λ23,0 =
1.043).
o A 23°C, à 153 kg/m3 (23°C, HR 50%, taux d’humidité du matériau 7.7%), la conductivité
augmente de 4.7 % quand on passe d’un matériau parfaitement sec à un matériau
1.047).
L’entreprise Bonnefont a fait réaliser au CSTB des mesures de la conductivité thermique de la
balle de riz rond non étuvé. Les mesures ont été réalisées dans les mêmes conditions de
o A 23°C, à 141 kg/m3 (23°C, HR 50%, taux d’humidité du matériau 7.7 %), la conductivité
augmente de 6.4 % quand on passe d’un matériau parfaitement sec à un matériau
1.064).
o
Modélisation courante
Norme NF EN ISO 10456
La Norme internationale NF EN ISO 10456 (Lien2) spécifie des méthodes pour la détermination
des valeurs thermiques déclarées et utiles des matériaux et produits du bâtiment
thermiquement homogènes, ainsi que des procédures pour convertir les valeurs obtenues
pour un ensemble de conditions en valeurs valides pour un autre ensemble de conditions.
Ces procédures sont valables pour des températures ambiantes utiles comprises entre -30 °C
et +60 °C.
La présente Norme internationale fournit les coefficients de conversion liés à la température
et à l'humidité. Ces coefficients sont valables pour des températures moyennes comprises
entre 0 °C et 30 °C.
La présente Norme internationale fournit également les valeurs utiles tabulées nécessaires aux
calculs des transferts de chaleur et d'humidité des matériaux et produits thermiquement
homogènes, couramment utilisés dans la construction.
Formule courante
Pour les matériaux de construction, en l’absence de mesures directes, pour passer du lambda
« sec » au lambda « humide », il est courant d’utiliser la relation suivante :
. Lien.
où
o
o
o
λ0 est la conductivité thermique du matériau sec
H est l’humidité relative en pourcentage (50% = 0.5)
e représente la fonction exponentielle
Vérification pour la balle de riz
Les mesures faites au CSTB :
o sur du riz long étuvé à 120 kg/m3 nous donnent : λ23,50/ λ23,0 = 1.043, alors que
e0.08*0.5 = 1.0408. Ces deux valeurs sont très proches (écart = 0.2%).
o sur du riz long étuvé à 153 kg/m3 nous donnent : λ23,50/ λ23,0 = 1.047, alors que
e0.08*0.5 = 1.0408. Ces deux valeurs sont très proches (écart = 0.6%).
10
o
Sur du riz rond non étuvé à 141 kg/m3 nous donnent : λ23,50/ λ23,0 = 1.064, alors que
e0.08*0.5 = 1.0408. Ces deux valeurs sont plus éloignées (écart = 2.2%).
Par défaut, pour passer du lambda « sec » au lambda « humide » sur de la balle de riz
o Balle de riz étuvée : on utilisera la valeur majorante, à savoir 1.047
o Balle de riz non étuvé : on utilisera la valeur majorante, à savoir 1.064
Les logiciels
La conductivité thermique doit être mesurée en laboratoire dans des conditions
représentatives du taux d’humidité de l’isolant lors de la vie en œuvre (été, hiver), même
si les logiciels de simulation ne tiennent pas toujours compte de l’évolution de la
conductivité thermique avec le taux d’humidité. A noter que le taux d’humidité de
l’isolant n’est pas forcément constant dans le mur !
Si le PV d’essai ne donne pas les facteurs de conversion en humidité, les résultats
présentés ci-dessus peuvent être utiles pour modéliser en première approximation
l’évolution de la conductivité thermique de la balle de riz avec le taux d’humidité.
11
Evolution de la conductivité thermique avec la
température
Mesures effectuées sur de la balle de riz « sèche »
Etats-Unis
L’évolution de la conductivité thermique avec la température a fait l’objet d’une étude aux
Etats-Unis (« Apparent Thermal Conductivity Data and Related Information for Rice Hulls and
Crushed Pecan Shells »). Lien.
La/les variétés de riz utilisé pour cette étude ne sont pas mentionné. Les mesures effectuées
par le laboratoire RDS ont été faites avec du riz étuvé, alors que les mesures faites par l’ORNL
ont été faites avec du riz non étuvé.
Éprouvette d’essai ORNL
Les mesures effectuées au RDS ont été faites à partir d’échantillons passés en étuve et
stabilisés dans les conditions suivantes : 21 ± 3ºC et 50 ± 5% d’humidité relative.
Les mesures effectuées à l’ORNL ont été faites dans 2 conditions différentes :
o à partir des échantillons bruts (tels que reçus), non passés en étuve : densité 168.2
kg/m3, soit environ 9.4% d’humidité.
o A partir de ces mêmes échantillons passés en étuve 6 jours à 70°C et 2 jours à
3
103/104°C : densité 153.8 kg/m .
Le tableau ci-dessous donne la conductivité thermique de la balle de riz, telle que mesurée par
2 laboratoires.
12
Échantillons
« séchés »
« bruts »
« conditionnés à
21°C/50%HR »
Température Masse vol.
(°C)
( kg/m3)
153.8
7.4
153.8
15.5
153.8
23.9
153.8
32.2
153.8
40.6
153.8
23.9
168.2
7.3
168.2
15.6
168.2
23.9
168.2
32.2
168.2
40.6
168.2
23.9
144.3
23.9
139.4
23.9
155.4
23.9
147.5
23.9
k
a
(W/m·K)
0.0441
0.0452
0.0464
0.0476
0.0484
0.0462
0.0488
0.051
0.0532
0.0552
0.0561
0.0496
0.0566
0.0477
0.0493
0.049
Laboratoire
Commentaires
ORNL
ORNL
ORNL
ORNL
ORNL
ORNL
ORNL
ORNL
ORNL
ORNL
ORNL
ORNL
RDS
RDS
RDS
RDS
Mesure
Mesure
Mesure
Mesure
Mesure
Répétabilité
Mesure
Mesure
Mesure
Mesure
Mesure
Répétabilité
Mesure, 8.6 h
Mesure, 120 h
Mesure, 90.3 h
Mesure, 92 h
La figure suivante présente la variation de la conductivité thermique avec la température, sur
des échantillons séchés à l’étuve. Comme escompté, la conductivité augmente quasi
linéairement avec la température.
Évolution de la conductivité avec la température
L’augmentation observée à partir des résultats ORNL « secs, à 153.8 kg/m3» est de + 0.000132
W/m.K par °C.
L’évolution de la conductivité thermique avec la température peut être considérée comme
linéaire pour des températures inférieures à 40/50°C.
France
été mesurée à 10°C et 23°C, pour un matériau sec (méthode décrite ici, rapport d’essai ici).
13
A 113 kg/m3 (HR 0%), la conductivité thermique de la balle de riz long étuvé testée au
CSTB augmente de 0.00020 W/m.K par degré supplémentaire (0.0459  0.0485, (λ23,0 λ10,0 / 13) = 0.0002).
o A 141 kg/m3 (HR 0%), la conductivité thermique de la balle de riz long étuvé testée au
o A 131 kg/m3 (HR 0%, la conductivité thermique de la balle de riz long étuvé testée au
o
Les logiciels
La conductivité thermique doit être mesurée dans des conditions représentatives de la
température de l’isolant lors de la vie en œuvre (été, hiver), même si les logiciels de
simulation ne tiennent pas compte de l’évolution de la conductivité thermique avec la
température. A noter que la température de l’isolant n’est jamais constante dans le mur !
Si le PV d’essai ne donne pas le facteur de conversion en température, les résultats
présentés ci-dessus peuvent servir pour modéliser en première approximation l’évolution
de la conductivité thermique de la balle de riz avec la température.
14
Évolution de la conductivité thermique avec la
densité
Etats-Unis
L’évolution de la conductivité thermique avec la densité a fait l’objet d’une étude aux
Etats-Unis (« Apparent Thermal Conductivity Data and Related Information for Rice Hulls
and Crushed Pecan Shells »). Lien1, Lien2.
La/les variétés de riz utilisé pour cette étude ne sont pas mentionné. Les mesures
effectuées par le laboratoire RDS (R&D Service) ont été faites avec du riz étuvé provenant
de chez Riceland, alors que les mesures faites par l’ORNL ont été faites avec du riz non
étuvé.
Éprouvette d’essai ORNL
Les mesures effectuées au RDS ont été faites à partir d’échantillons passés en étuve et
stabilisés dans les conditions suivantes : 21 ± 3ºC et 50 ± 5% d’humidité relative. Ces
mesures ont été faites dans le cadre de la construction de la « Rice Hull House » (Lien1,
Lien2, Lien3), en 2004, aux Etats-Unis. La résistance thermique de balle de riz étuvé a été
testée selon la méthode ASTM C518, à 24°C. La densité correspondante aux résultats a
elle aussi été mesurée.
Les mesures effectuées à l’ORNL ont été faites dans 2 conditions différentes :
o
o
à partir des échantillons bruts (tels que reçus), non passés en étuve : densité 168.2
kg/m3, soit environ 9.4% d’humidité.
A partir de ces mêmes échantillons passés en étuve 6 jours à 70°C et 2 jours à
103/104°C : densité 153.8 kg/m3.
Le tableau ci-dessous donne la conductivité thermique de la balle de riz, telle que
mesurée par 2 laboratoires.
15
Échantillons
« séchés »
« bruts »
« conditionnés à
21°C/50%HR »
Température Masse vol.
(°C)
( kg/m3)
153.8
7.4
153.8
15.5
153.8
23.9
153.8
32.2
153.8
40.6
153.8
23.9
168.2
7.3
168.2
15.6
168.2
23.9
168.2
32.2
168.2
40.6
168.2
23.9
144.3
23.9
139.4
23.9
155.4
23.9
147.5
23.9
k
a
(W/m·K)
0.0441
0.0452
0.0464
0.0476
0.0484
0.0462
0.0488
0.051
0.0532
0.0552
0.0561
0.0496
0.0566
0.0477
0.0493
0.049
Laboratoire
Commentaires
ORNL
ORNL
ORNL
ORNL
ORNL
ORNL
ORNL
ORNL
ORNL
ORNL
ORNL
ORNL
RDS
RDS
RDS
RDS
Mesure
Mesure
Mesure
Mesure
Mesure
Répétabilité
Mesure
Mesure
Mesure
Mesure
Mesure
Répétabilité
Mesure, 8.6 h
Mesure, 120 h
Mesure, 90.3 h
Mesure, 92 h
La figure suivante compare la conductivité thermique pour différentes densités, et
températures.
La mauvaise répétabilité des mesures ORNL faites à partir des échantillons « bruts »
(168.2 kg/m3) laissent à penser qu’il y a eu séchage des échantillons pendant les mesures
(séchage à mesure que la température d’essai augmente). La répétabilité des essais sur
l’échantillon « sec » est par contre très bonne. Comme escompté, la conductivité
augmente avec la densité.
Les 3 mesures « longues » de conductivité effectuées au RDS, à 23.9°C, pour de la balle
sèche donnent une conductivité moyenne de 0.0487 W/m.K pour une densité moyenne
de 147.4 kg/m3. L’évolution de la conductivité thermique avec la densité, calculée à partir
de ces 3 mêmes mesures est d’environ 0.0001 W/m.K par kg supplémentaire (évolution
considérée comme linéaire).
16
France
17
été mesurée à 10°C et 23°C, pour un matériau sec et à 50% d’HR, pour 2 densités différentes
(113 et 141 kg/m3). La méthode est décrite ici, rapport d’essai ici.
o A 10°C/0%HR, l’évolution de la conductivité thermique avec la densité, calculée à partir
de 2 mesures est d’environ 0.000139 W/m.K par kg supplémentaire (évolution
o A 10°C/50%HR, l’évolution de la conductivité thermique avec la densité n’a pas été
mesurée. On considérera que l’évolution est d’environ 0.000139 - (0.000150-0.000139)
= 0.000128 W/m.K par kg supplémentaire (évolution considérée comme linéaire).
18
Mesures réalisées en France métropolitaine
Les normes
En France, la norme NF EN 12667 Juillet 2001 (« Performance thermique des matériaux et
produits pour le bâtiment - Détermination de la résistance thermique par la méthode de
la plaque chaude gardée et la méthode fluxmétrique - Produits de haute et moyenne
résistance thermique ») spécifie les principes et les modes opératoires d'essai relatifs à la
détermination, par les méthodes de la plaque chaude gardée ou fluxmétrique, la
résistance thermique des éprouvettes ayant une résistance thermique d'au moins 0,5 m2.
K/W.
NOTE 1: La limite ci-dessus est due à l'influence des résistances thermiques de contact.
Une limite supérieure de résistance thermique mesurable dépend de plusieurs facteurs
décrits dans la présente norme, mais un nombre unique ne peut pas être donné.
Elle s'applique en principe à toute température moyenne d'essai, mais la conception
d'appareillage en annexe D vise essentiellement un fonctionnement entre une
température minimale de l'unité de refroidissement de - 100 °C et une température
maximale de l'unité de chauffage de + 100 °C.
La présente norme européenne ne fournit pas d'instructions générales ni d'informations
de base (par exemple, la propriété de transmission thermique à mentionner, les
préparations des éprouvettes dépendantes des produits, les procédures requérant des
mesurages multiples, tels que celles pour l'évaluation de l'effet des non-homogénéités
des éprouvettes, celles pour l'essai d'éprouvettes dont l'épaisseur dépasse les capacités
de l'appareil, et celles pour l'évaluation de la pertinence de l'effet d'épaisseur).
En raison de ces limitations, il convient que la présente norme ne soit utilisée que
conjointement à la norme de produit correspondant au produit à essayer. Bien qu'elle
soit avant tout destinée aux matériaux pour le bâtiment, cette norme peut également
être utilisée pour des éprouvettes de tout matériau conforme aux exigences spécifiées.
La présente norme ne couvre pas les mesurages de produits humides de résistance
thermique quelconque et les mesurages de produits épais de haute et moyenne
résistance thermique.
Méthodes de mesures
La conductivité thermique peut être mesurée par différentes méthodes : méthode flux
métrique, plaque chaude gardée, boite chaude gardée, sonde à fil chaud.
19
Méthode flux métrique
Plaque chaude gardée. Lien1
Sonde à fil chaud. Lien1
Boîte chaude gardée. Lien1
20
Construction paille
Des essais ont été effectués sur des bottes de paille reconstituées, au CSTB par la méthode
fluxmétrique NF X 10-025 sur des plaques de 50 x 50 x 5 cm ou de 60 x 60 x 10 cm.
Les essais ont été effectués à 23°C, d'abord à l'état sec (séchage en étuve à 70°C), puis sur le
matériau en état d'équilibre avec des ambiances à 50 % et à 90 % HR. Les masses volumiques
correspondantes ont été mesurées. Lien.
Méthode de calcul de la conductivité retenu par ACERMI
Le cahier technique 1 de l’association ACERMI (voir annexe) décrit la méthode de mesure et de
calcul de la conductivité thermique déclarée. La mesure est effectuée selon la norme NF EN
12667 ou NF EN 12939.
La conductivité thermique utilisée pour le calcul de la résistance thermique (« conductivité
thermique déclarée ») est exprimée « à 10°C, pour un isolant stabilisé à l'équilibre
hygrométrique 23°C, 50% d’humidité relative ». Les mesures de conductivité thermique sont
réalisées à l’état humide (50% d’humidité relative) à la température de 23°C (λ23,(23/50)) puis
ramenées par calcul à 10°C, ou effectuées directement à 10°C (λ10,(23/50)).
Une marge plus ou moins importante est prise par rapport à la moyenne des mesures. Cette
marge dépend du nombre d’échantillons testés et de l’écart-type constaté sur les mesures. La
valeur retenue tient compte du tassement (qui modifie la masse volumique).
Un effectif de 10 échantillons est un strict minimum. Si le produit est fabriqué dans plusieurs
usines, la conductivité thermique moyenne et l’écart type devront être déterminés pour
chacune d’elle. La valeur margée correspond au fractile 90% avec un niveau de confiance de
90%.
Détermination de la résistance thermique (ACERMI)
Le cahier technique 2 de l’association ACERMI défini la méthode de calcul de la résistance
thermique des isolants. La résistance thermique « certifiée » prend en compte le tassement
éventuel du produit dans le temps pour les produits en vrac.
Pour les produits en vrac ne relevant pas d’une norme européenne harmonisée mis en œuvre
par soufflage, les valeurs de la résistance thermique sont basées sur les informations
suivantes:

plage de masse volumique

conductivité thermique de référence par plage de masse volumique

taux d’humidité en masse (en %) selon les conditions de stabilisation et d’application (séchage,
durée…)

tassement éventuel
Les valeurs de résistance thermique sont exprimées à partir de la valeur de conductivité
thermique de référence réf et sont chacune associées à une épaisseur minimale installée et un
nombre de sacs minimum pour 100 m².

La résistance thermique R certifiée est exprimée en (m².K)/W par pas de 0,5 (m².K)/W ou 1
m².K/W, à partir d’une valeur minimale certifiée de 2 (m².K)/W.

L’épaisseur (ei) pour chaque résistance Ri est déterminée à partir :
Exemple : R = 2,5 ; 3,5 et 4 m².K/W
 de la conductivité thermique de référence réf en mW/(m.K), arrondie au 1 mW/(m.K)
supérieur,
 d’un coefficient de tassement S déterminé selon le Cahier Technique n°4.
21

Cette épaisseur ei en mm est arrondie à 1 mm près.
Le nombre de sacs (ni) pour 100 m² de surface s’obtient par :

avec msac masse nominale indiquée sur les sacs à 0,1 kg près et min la masse volumique
minimale de la plage concernée.
ni est arrondi au sac supérieur.
Tableau de résultats :
A partir des valeurs de ei et ni, les arrondis suivants sont effectués :
 épaisseur mini installée (e) à 5 mm près,
 nombre de sac mini (n) pour 100 m² à 1 supérieur.
Les résistances thermiques certifiées sont présentées dans un tableau sous la forme suivante :
Résistance thermique
certifiée
(M²K/W)
Epaisseur après
tassement
(mm)
Epaisseur minimal
installée
(mm)
Nombre de sacs
minimal pour
100 m²
La résistance thermique certifiée R ne peut être obtenue qu’en respectant impérativement à la
fois l’épaisseur et le nombre minimal de sacs pour 100 m² de surface couverte de plancher de
combles ainsi que les prescriptions figurant dans l’Avis Technique ou le Document Technique
d'Application du procédé en cours de validité (liste des Avis Techniques et Documents
Techniques d'Application disponibles sur le site www.cstb.fr).
RT 2012, valeur par défaut
En attendant la fin de la campagne d’essai 2014 au CSTB, on se référera aux valeurs par
défaut donnés en annexe 9 de la RT2012 pour les « autres isolants à base de fibres
végétales », ayant une masse volumique comprise entre 60 et 200 kg/m3, soit lambda =
0.065 W/mK.
Vous pouvez télécharger l’arrêté du 26 octobre 2010, relatif à la RT2012, sur le site
internet de LégiFrance. Lien.
Essais réalisés au CSTB en 2014
Balle de riz long étuvé brute
balle de riz long étuvé brute pour 2 densités (120 kg/m3 et 150 kg/m3). Les mesures ont été
réalisées dans les mêmes conditions de température et d’hygrométrie que les autres isolants
caractérisés au CSTB. La conductivité a été mesurée à 10°C et 23°C, pour un matériau sec, et à
23°C pour un matériau à 50% d’humidité relative (méthode décrite ici, rapport d’essai ici). La
quantité résiduelle de grains dans la balle de riz et le taux de poussière n’ont pas été mesurés.
22
Température
( °C )
Masse vol.
(kg/m3)
10
23
Humidité
relative
(%)
0
0
113
113
Conductivité
thermique
(W/m.K)
0.0459
0.0485
23
50
120
0.0506
10
50
120.4
0.0481
Température
( °C )
Masse vol.
(kg/m3)
10
23
Humidité
relative
(%)
0
0
141
141
Conductivité
thermique
(W/m.K)
0.0498
0.0527
23
50
153
0.0552
10
50
153.5
0.0521
Commentaires
1 échantillon CSTB
1 échantillon CSTB
1 échantillon CSTB, TH =
6.6%
Méthode de calcul lambda
Méthode de calcul masse
vol
TH = 6.6 + 0.35%
MV = 120/1.066*1.0695
Commentaires
1 échantillon CSTB
1 échantillon CSTB
1 échantillon CSTB, TH =
7.7 %
vol
TH = 7.7 + 0.35%
MV = 153/1.077*1.0805
Une densité de 150 kg/m3 est atteinte lorsqu’on tasse la balle de riz (à la main, au pied) dans
des caissons sur une épaisseur de 20 cm ou plus. Cette valeur ne peut être atteinte sur une
éprouvette de 10 cm de hauteur sans avoir recours à la vibration de l’éprouvette. La mise en
œuvre dans des conditions de chantier étant différente, ceci pourrait induire un léger biais
entre la mesure (vibré) et la réalité (tassé).
Balle de riz rond non étuvé brute
l’air ambiant (méthode décrite ici, rapport d’essai ici). La quantité résiduelle de grains dans la
balle de riz et le taux de poussière n’ont pas été mesurés.
23
Température
( °C )
Masse vol.
(kg/m3)
10
23
23
Humidité
relative
(%)
0
0
50
131
131
141
Conductivité
thermique
(W/m.K)
0.0471
0.0499
0.0531
10
50
141.5
0.0501
Commentaires
1 échantillon CSTB
1 échantillon CSTB
1 échantillon CSTB
vol
TH = 7.7 + 0.35%
MV = 141/1.077*1.0805
Reconstitution des conductivités thermiques à 120 et 150 kg/m3
Balle de riz long étuvé brute
Il est possible de reconstituer la conductivité thermique à 120 et 150 kg/m3 à partir des
mesures correspondant à des densités de 120.4 et 153.5 kg/m3. L’évolution est considérée
comme linéaire avec la densité.
La teneur en eau de la balle de riz stabilisée à 10°C/50% d’humidité relative est prise égale à
6.95% pour les mesures à 120 kg/m3 et 8.05 % pour les mesures à 150 kg/m3 (Méthode de
calcul masse vol).
Ceci nous conduit aux valeurs suivantes :
Température Humidité
Conductivité
Commentaires
Masse vol.
3
( °C )
relative
thermique
(kg/m )
(%)
(W/m.K)
10
0
112
0.0458
Reconstitution
23
0
113
0.0485
Reconstitution
23
50
120
0.0506
Reconstitution
10
50
120
0.0481
Reconstitution
Température
( °C )
10
23
23
10
Humidité
relative
(%)
0
0
50
50
Masse vol.
(kg/m3)
138
139
150
150
Conductivité
thermique
(W/m.K)
0.0494
0.0524
0.0548
0.0517
Commentaires
Reconstitution
Reconstitution
Reconstitution
Reconstitution
Balle de riz rond non étuvé brute
Les essais ayant été faits pour une seule densité (141 kg/m3 à 23°C/50% HR), la conductivité
thermique pour 120 et 150 kg/m3 est recalculée à partir de cette valeur, en considérant
l’évolution avec la densité comme linéaire entre ces 2 densités. Le coefficient de dépendance
avec la densité utilisé est celui constaté en France à partir des mesures CSTB sur la balle de riz
long étuvée.
La teneur en eau de la balle de riz stabilisée à 10°C/50% d’humidité relative est prise égale à
8.05 % (Méthode de calcul masse vol).
Ceci nous conduit aux valeurs suivantes :
24
Température
( °C )
10
23
23
10
Température
( °C )
10
23
23
10
Humidité
relative
(%)
0
0
50
50
Masse vol.
(kg/m3)
Humidité
relative
(%)
0
0
50
50
Masse vol.
(kg/m3)
111
111
120
120
138
139
150
150
Conductivité
thermique
(W/m.K)
0.0443
0.0469
0.0502
0.0474
Commentaires
Conductivité
thermique
(W/m.K)
0.0481
0.0511
0.0544
0.0512
Commentaires
Reconstitution
Reconstitution
Reconstitution
Reconstitution
Reconstitution
Reconstitution
Reconstitution
Reconstitution
25
Les valeurs à utiliser en France métropolitaine
Même si la balle de riz peut avoir subit un étuvage, la balle de riz étuvée et la balle de riz
non étuvée sont stockées ensemble et sur les chantiers, on aura soit l’une, soit l’autre, soit
un mélange des deux. La conductivité « utile » est la conductivité dimensionnante, à savoir
la plus élevée des deux (étuvée et non étuvée), arrondie au millième supérieur.
En l’état actuel des connaissances, il convient de prendre des marges supplémentaires par
rapport aux résultats d’essais et aux valeurs reconstituées pour tenir compte du faible
nombre d’échantillons testés (1 échantillon de riz long uniquement). Cette marge a été
fixée à 10%.
Le lambda qui doit être utilisé pour les calculs est donné ci-dessous. Les valeurs données
sont susceptibles d’évoluer puisque de nouveaux résultats d’essais vont être intégrés dans
les calculs. On pourra interpoler linéairement pour des densités intermédiaires.
Pour vos études, merci de bien conserver le présent document et d’indiquer explicitement
dans vos rapports le nom complet du document (la date affichée en pied de page fait partie
du nom).
Calcul des besoins de chauffage (HIVER)
La température et humidité relative utiles pour effectuer des calculs en besoins de
chauffage sont 10°C et 50% d’HR. Les conductivités à utiliser pour les calculs
règlementaires sont les suivantes :
26
Type de mise en œuvre
Vrac non tassé
Vrac tassé
Masse vol.
(kg/m3)
≈ 120
≈ 150
(W/m.K)
0.049 + 10%
0.052 + 10%
Mesures CSTB, modélisation « 120/150 », lambda utile (margé)
10°C/50%HR
Calcul de la température max (CONFORT D’ETE)
La température et humidité relative utile pour effectuer des calculs de confort d’été sont
fixées à 23°C et 50% d’HR, par commodité. En toiture, la température moyenne de
l’isolant est supérieure à 23°C, mais en l’absence de données, on conservera 23°C comme
température de référence.
27
Type de mise en œuvre
Vrac non tassé
Vrac tassé
Masse vol.
(kg/m3)
≈ 120
≈ 150
(W/m.K)
0.051 + 10%
0.055 + 10%
Mesures CSTB, modélisation « 120/150 », lambda utile (margé)
23°C/50%HR
28
Annexes
Définition d’un matériau isolant
En France, la norme NF P75-101 Octobre 1983 (« Isolants thermiques destinés au
bâtiment – Définition ») a pour objet de fixer les critères de définition des produits
"isolants thermiques" destinés aux parois de bâtiments, qu'il s'agisse de constructions
neuves ou existantes. Outre la satisfaction aux critères énoncés au chapitre 3 ci-dessous,
les produits isolants thermiques destinés aux parois de bâtiments doivent répondre à
différents critères d'aptitude à l'emploi, en fonction de leurs caractéristiques propres. Ces
critères et ces caractéristiques ne font pas l'objet de la présente norme. Elle ne vise pas
les applications industrielles (isolation des fours, des chambres froides, des canalisations,
des liquides frigorigènes, etc.). Les produits, objets de la présente norme peuvent se
présenter sous forme de plaques, panneaux, rouleaux ou en vrac.
Les labels de certification des isolants
Le Certificat ACERMI est délivré par l'Association pour la CERtification des Matériaux
Isolants qui regroupe :
 Le CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment).
 Le LNE (Laboratoire National de métrologie et d'essais).
Le Certificat ACERMI vise les produits isolants fabriqués en usine sous forme de plaques,
panneaux ou rouleaux et depuis 2001 les produits à base de laine minérale en vrac
destinés à être soufflés sur planchers de combles perdus.
Le Certificat ACERMI apporte une information sûre et vérifiée. L’étiquette apposée sur
l'emballage des produits certifiés se présente par exemple de la façon suivante : il permet
le choix d'un isolant adapté à l'emploi grâce aux informations inscrites sur l'étiquette
informative. Il impose notamment des prélèvements d’isolants en usine deux fois par an,
des tests réalisés sur ces prélèvements (thermique, feu, aptitude à l’emploi = mécanique,
eau, stabilité, vapeur d’eau …, acoustique) et des contrôles de la production en usine.
Certains fabricants de ouate de cellulose disposent d’une certification ACERMI.
COFRAC
Le Comité français d’accréditation (Cofrac) est l'unique instance chargée de délivrer les
accréditations aux organismes intervenant dans l'évaluation de la conformité en France. Il
s'agit d'une association loi de 1901 à but non lucratif, fondée en 1994 à Paris par les
pouvoirs publics.
Tous les laboratoires d’essais ne sont pas accrédités COFRAC. Le CSTB et le LNE le sont. La
caractérisation des matériaux dans des laboratoires non accrédités ont une valeur moins
officielles.
29

Conductivité thermique

Transcription

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