Auteur : Julien Léonard IG2 Ac


1.  Introduction

Nous parlerons ici principalement de l'application du verre cellulaire dans le cadre de l'isolation thermique d'un bâtiment. Nous allons tout d'abord voir pourquoi isoler est si important.

Par définition, l'isolation thermique est une "barrière à chaleur",le but étant en été d'empêcher la chaleur extérieure d'entrer dans le bâtiment et en hiver d'en sortir. L'isolation doit tout d'abord être réalisée au niveau des zones où les déperditions de chaleur sont les plus importantes(toitures,murs extérieurs fenêtres,sols ou encore ponts thermiques).

Les échanges de chaleur entre deux milieu peuvent avoir lieu de différentes manières:

  • par conduction(transport de l'énergie interne)
  • par rayonnement(transmission d'énergie par une particule porteuse)
  • par convection surfacique(déplacement d'un fluide,air par ex)
  • par advection(c'est-à-dire par échange de matière comme l'air par ex).

Dans toute construction, nous veillerons à réduire un ou plusieurs de ces modes d'échange de chaleur.

L'isolation est la première étape d'une bonne utilisation de l'énergie. Il est en effet plus important de mieux consommer l'énergie que d'en produire de meilleure qualité(panneaux solaires thermiques, pompes à chaleur,etc...), le mode de production d'énergie ne devant pas être prioritaire par rapport à l'isolation lors de l'étude du bâtiment.

Un matériau est caractérisé par son coefficient de déperdition thermique λ (exprimé en W/m.K), ce coefficient représentant la quantité d'énergie (en Joules)qui traverse en 1 seconde une paroi de 1m d'épaisseur lorsque la différence de température entre chaque côté est de 1 °C. La résistance thermique R est quant à elle égale à l'épaisseur du mur divisé par λ. Mais c'est en fait son inverse U ( alors exprimé en W/m².K et caractérisant donc le flux de chaleur au travers d'une paroi) qui sera le plus utilisé et qui caractérise la déperdition thermique de la surface de construction considérée. On veillera donc à obtenir un (U ou λ) le plus faible possible.

Notons également que pour tout habitat, il sera important de tenir compte de l'inertie thermique (une inertie thermique importante sera préférable). Par exemple, un bloc de pierre mettra plus de temps à chauffer ou à se refroidir que du métal mais aura une fonction intéressante de régulation de la température.

2.  Sous quelles formes utilise-t-on le verre cellulaire?

Voici une petite explication à propos de fabrication du verre cellulaire et la forme sous laquelle on l'utilise:

Le verre est fabriqué dans des fours électriques modernes. Fabriqué à l'origine avec du sable, il est aujourd'hui remplacé à 65% minimum de verre recyclé(pare-brise, vitrage etc). Il s'écoule sous forme de tubes de verre qui seront alors refroidis avant d'être réduits en morceaux et ensuite broyés à l'aide de galets. C'est dans la phase de broyage qu'un agent moussant va être ajouté, cet agent étant de la poudre de carbone et constituant à peu près 0,4% de la phase. La poudre de verre cellulaire est alors disposée dans des bacs en inox.


Le moussage est alors obtenu en chauffaut la poudre à plus ou moins 850°C. Des cellules hermétiquement fermées remplies d'un gaz isolant inerte sont ainsi formées et nous obtenons des genres de pains de verres cellulaires.


Ces pains sont alors introduits dans un four de recuits avant d'être ramenés à température ambiante suivant un cycle déterminé par les propriétés recherchées de l'utilisation du verre cellulaire. Ils seront par la suite retravaillés afin d'obtenir des blocs comme ci-dessous, les déchets étant récupérés et réinsérés dans le cycle de production par la suite.


Ces blocs seront alors encore découpés en blocs ou en panneaux de différentes tailles correspondant aux exigences du consommateur et de construction.

Voici à titre d'information un schéma simplifié d'installation moderne pour la fabrication des blocs en verre cellulaires.


3.  Avantages

Les avantages du verre cellulaire(sous formes de panneaux ou blocs) dans le domaine de la construction sont très nombreux. En voici une liste:

  • Très faible conductivité thermique: λ varie de 0.035 à 0.055 W/m.K, la valeur idéale recherchée pour une construction étant de 0.020 à 0.065 W/m.K. Voici à titre d'information un tableau comparatif de divers matériaux:
Matériauλ
Polyuréthane+/- 0.026
Polystyrène extrudé+/- 0.036
Verre cellulaire+/- 0.04
Bêton cellulaire+/- 0.08
Brique+/- 0.84
Terre+/- 0.75
Bois+/- 0.20
  • Relativement facile à manipuler: facile à ajuster,à travailler(scier),etc...
  • Résistance élevée à la compression: résistance à la rupture entre 0.7 et 1.6 N/mm² (70 à 160 tonnes/m²)
  • Complètement étanche à l'eau et vapeur d'eau: évite donc toute forme de condensation(et ainsi toute forme de corrosion) dans la structure si isolation par extérieur ainsi que dans l'isolant même
  • Le verre cellulaire est complètement incombustible. Il ne rejette donc aucune fumée toxique et ne transmet pas le feu lors d'incendie, ce qui en fait également un très bon produit au niveau des normes de sécurité
  • Durée de vie très longue, c'est-à-dire une grande stabilité et durabilité à long terme (au-delà d'un siècle en principe)
  • Coefficient de dilatation(allongement par unité de longueur pour une variation de 1°C)proche de celui du bêton et de l'acier: verre cellulaire: 9.10-6 /°C, acier 10.10-6 /°C, bêton 12.10-6/°C (ou/K)

4.  Inconvénients

Le verre cellulaire présente néanmoins quelques inconvénients dont il faut tenir compte que voici:

  • Prix assez élevé: de 10 à 50 euros/m² selon les différentes épaisseurs sur le marché(un panneau 45*30*5 cm coûte à peu près 25-30euros)
  • Masse volumique(100 à 180 kg\m³) plus importante que certains isolants comme polyuréthane ou polystyrène
  • Plus difficile à mettre en place si le bâtiment est constitué de formes irrégulières
  • Fragile si l'épaisseur du panneau ou bloc est fort fine
  • Mise en place pas super écologique (cfr dernier point du sujet)

5.  Mise en place

Lors de la construction d'un bâtiment, il sera préférable de choisir l'isolation par l'extérieur, c'est-à-dire entre les blocs (ou la structure principale du bâtiment) et les briques pour les murs ou entre la charpente (ou structure portante) et la toiture pour les toits à versants, cela pour différente raisons:

  • Pour les murs:
    • permet d'apporter une protection thermique à la structure du bâtiment
    • la paroi intérieure à l'isolation accumule de la chaleur et l'inertie thermique est dés lors améliorée
    • permet de réduire l'apparition des ponts thermiques
  • Pour les toitures:
    • permet d'apporter une protection thermique à la charpente(protection contre les chocs thermiques importants)
    • permet de garder la charpente apparente pour de futurs travaux (modifications)
    • évite les ponts thermiques créés par une isolation entre chevrons ou pouvant apparaître à l'intersection entre le mur et la toiture

L'isolation par l'extérieur permettant aussi de garder une surface habitable maximale. L'un des seuls désavantages pouvant être la déclaration communale des travaux lors d'une isolation pour une construction étant construite auparavant et ainsi un délai pour le commencement des travaux plus important.

Ce qui suit est un détail de la mise en place des panneaux et blocs en verre cellulaire dans leurs principales utilisations tout en signalant que l'application de ceux-ci peut également avoir lieu lors d'isolation pour murs enterrés, toitures plates, sols, etc...

5.1  Mise en place dans le cadre des murs creux

Les panneaux de verre cellulaire seront insérés entre la structure du bâtiment(blocs en bêton généralement) et la partie externe du bâtiment(briques). On veillera donc à laisser un espace lors de l'étude afin d'y insérer les panneaux. Ceux-ci pourront être disposés de plusieurs manières et ne toucheront pas la façade(briques) afin de ventiler le mur(principe du mur creux).

  • Une première manière consiste à fixer simplement le panneau sur la structure(crochets + adhésifs) sans utiliser de colle pour les joints
  • S'il s'avère nécessaire de coller les joints(pression de la vapeur d'eau dans une piscine ou pour meilleure étanchéité), alors un adhésif bitumeux sera utilisé

5.2  Mise en place dans le cadre des bardages (ou façades ventilées)

Lors de la construction d'un bardage, les panneaux seront installés sur la structure principale à l'aide de colle via une des deux méthodes suivantes:

  • Pose à joints secs:
  • Pose à joints encollés(adhésif bitumeux):

Plusieurs paramètres devront entrer en compte lors de la pose de la sous-structure du bardage. Si le revêtement de façade est inférieur à 250kg/m², alors la pose de la sous structure de celui-ci pourra se faire directement sur l'isolant. Pour un poids situé entre 120kg/m² et 250kg/m²(bardage lourd), l'utilisation de plaquettes métalliques sera nécessaire, celle-ci servant à répartir les charges appliquées.

Bardage léger Bardage lourd

Voici à titre d'exemple la construction d'un bardage en verre:

5.3  Mise en place dans le cadre des toitures à versants

Lors de la pose des panneaux sur les toitures, il faudra veiller, comme dit précédemment, à isoler par l'extérieur afin de protéger la cherpente des variations thermiques et de l'humidité(fonte de neige, etc...).La pose sera un peu plus complexe que lors d'une installation sur murs creux par exemple. On clouera tout d'abord une membrane bitumeuse sur les voliges. Nous placerons ensuite les panneaux par la méthode des joints encollés comme vu plus haut pour les bardages. Finalement, une feuille de polyéthylène et les contre-lattes seront fixées.

5.4  Mise en place dans le cadre d'éviter les ponts thermiques au niveau du plancher

Voici la mise en évidence d'un pont thermique(en rouge) lors de la réalisation d'un audit énergétique

Lors de l'étude d'un bâtiment, il est évidemment très important de réduire autant que possible les ponts thermiques pour diverses raisons:

  • Diminution du risque d'humidité et de corrosion de la structure
  • Amélioration de la qualité de l'air dans l'habitat
  • Aspect esthétique(évite les moisissures)

De par leur très bonne résistance à la compression, les blocs en verre cellulaire s'avèrent être idéal lorsqu'il sont installés sous la structure portante.

  • Economies d'énergie relativement importantes

Lors de la pose, les blocs seront donc directement installés à la maçonnerie comme le montre les images suivantes:

6.  Point de vue écologique

Nous sommes actuellement dans une période où chaque ingénieur (et même tout le monde) doit étudier ses impactes sur l'environnement. Voyons ce qu'il en est de l'utilisation du verre cellulaire.

Bien que sa fabrication était auparavant considérée comme peu écologique, il est important de noter qu'à l'heure actuelle le verre utilisé est à plus de 65% du verre recyclé (pare-brise,etc) et que les déchets de panneaux sont eux aussi récupérés et relancés dans la phase de broyage. De plus, aucun agent chimique est utilisé dans le processus de fabrication, ce qui en fait un matériau naturel qui ne rejette pas de CO2 et qui a donc moins d'incidence sur la santé que les laines de verres traditionnelles qui elles, sont considérées comme cancérigènes.

La pose quant à elle nécessite un adhésif pour la plupart du temps bitumeux, ce qui est évidemment un désavantage point de vue écologique.

Mais n'oublions pas que les panneaux ont en principe une durée de vie supérieure à un siècle, ce qui signifie une isolation à long terme et donc la non-nécessité de procéder à de nouveaux travaux d'isolation.

Il sera donc intéressant d'effectuer un bilan énergétique quant à l'utilisation du verre cellulaire et de le comparer à certains matériaux comme le polyuréthane ou le polystyrène(qui sont à priori beaucoup plus polluants).

7.  Bibliographie

8.  Commentaires