Evaluer les performances

SIMULATIONS ET MODÉLISATIONS

Lorsqu’il décide la rénovation de son bien, le propriétaire « non professionnel du bâtiment » ne se doute pas forcément de tous les outils d’aide à la décision existants. Nombre d’entre eux sont très récents et utilisent la puissance de modélisation et de simulation de l’outil informatique. Bien qu’ils soient surtout basés sur des techniques constructives récentes et industrielles, ces outils permettent d’anticiper la majorité des choix, d’éviter beaucoup d’erreurs, de quantifier, de vérifier, de qualifier et de viser un niveau de performance ou une somme d’impacts environnementaux.

Recourir aux modélisations informatiques permet de :

• comparer plusieurs variantes techniques/matériaux, de performances ou de confort,
• comprendre et éviter des pathologies complexes,
• décider des meilleurs choix possibles selon plusieurs critères et indicateurs de qualité,
• échapper au raisonnement du seul coût d’investissement,
• vérifier des états de fonctionnement et de confort,
• communiquer avec des spécialistes expérimentés.

DES ÉTUDES : quand, pourquoi, qui ?

Ces études sont à mener parfois en phase de diagnostics (thermique, pathologies complexes, détermination de potentiels) mais essentiellement en phase d’avant-projet (voir fiche développer son PROJET ).
Elles alimentent et justifient les décisions, les dimensionnements, les coûts immédiats, déclenchés et induits, les prises de consciences environnementales.
Elles sont généralement réalisées par des architectes et des bureaux d’études thermiques.

DES LIMITES : savoir interpréter les résultats

Les connaissances purement techniques et l’usage d’outils informatiques peuvent laisser croire que la maîtrise des sujets est totale. Ce n’est pas tout à fait vrai. Les résultats « machine » obligent à la plus grande prudence et doivent toujours être analysés avec esprit critique par un professionnel.

Chaque logiciel possède ses propres limites ; c’est en  pleine conscience de celles-ci qu’il faut interpréter les résultats. Ils sont toujours à confronter à la compréhension des  phénomènes physiques et naturels que peut avoir un homme « de terrain » qui a accumulé une expérience pratique et beaucoup de bon sens par l’observation. C’est notamment là que les savoirs de l’ingénieur et ceux de l’artisan confirmé se complètent.

Déterminer LE CONFORT D’ÉTÉ

Maîtriser les apports de chaleur

Les simulations thermiques dynamiques permettent la modélisation de l’évolution des températures dans chaque espace d’un immeuble tout au long de l’année. Elles considèrent toutes les composantes du bâti, du contexte et de l’occupation. Elles établissent des courbes de températures instantanées, cumulées, déterminent le degré d’inertie du bâtiment et les taux d’inconfort. Elles sont également utilisées pour déterminer et optimiser les besoins en chaleur et en froid dans la mesure où ces simulations permettent d’approcher des valeurs de consommations réelles, déterminées par un usage particulier. Ceci n’est pas le cas des logiciels réglementaires et de diagnostic énergétiques qui déterminent des consommations conventionnelles.
Dans les bâtiments basse consommation ou fortement isolés, le confort estival devient le critère d’appréciation principal. La mauvaise gestion des apports solaires et les apports internes peuvent rendre un bâtiment impropre à sa destination. Dans les bâtiments de référence (voir exemples) les éléments qui participent au confort d’été sont : auvents, épaisseur des murs, matériaux à faible diffusivité thermique.

Mesurer l’étanchéité à l’air du bâtiment

La perméabilité à l’air d’un bâtiment conditionne ses consommations énergétiques (déperditions directes), des effets  d’inconfort en toutes saisons (courants d’air et difficultés du contrôle des conditions climatiques) et des risques de dégradation des matériaux (migrations et accumulations d’humidité, décollement d’enduits, moisissures, etc.). Il est
possible aujourd’hui de la mesurer (détermination d’un débit de fuite) et de détecter les points de fuites. Aussi bien en diagnostic dans l’existant qu’en cours et fin de chantiers, ces tests sont aujourd’hui pertinents, voire obligatoires dans le neuf. Ils permettent d’éviter les problèmes précités et d’atteindre les objectifs de performances énergétiques prévues. La préparation du bâtiment est sommaire et une porte soufflante est installée sur une baie de l’immeuble. Un ventilateur crée une surpression entre intérieur et extérieur. Des mesures sont alors effectuées par les capteurs de pression et le logiciel et déterminent le débit de fuite, Q4 en France (en m3/h.m² de pf) et N50 en Europe (en Volume/h). Pendant ce temps, un fumigène et des poires à fumée permettent de trouver et de visualiser les points faibles des enveloppes qu’il conviendra de restaurer.

Ces tests sont avantageusement et couramment complétés par des visualisations par caméras thermiques (uniquement possibles en période de chauffage).
Sur les bâtiments de référence (voir exemples), les défauts d’étanchéité se trouvent notamment au niveau de la charpente, des menuiseries, du conduit de cheminée,…

Simuler L’ÉCLAIRAGE NATUREL

Les consommations électriques, notamment celles liées à l’éclairage et aux usages domestiques, deviennent les  principaux postes de dépenses, en logement et dans le tertiaire. Permettre à un espace de bénéficier au maximum de la lumière du jour, du meilleur éclairement possible, fait partie intégrante d’une démarche de qualité environnementale et architecturale.
Les logiciels spécialisés intègrent les composantes de la pièce (proportions, couleurs, détails des baies et vitrages) et représentent la valeur et la répartition de la lumière sur chacune des parois. Ils calculent l’homogénéité, les intensités lumineuses et l’autonomie en lumière naturelle des espaces. Ils sont également en mesure de simuler les effets de la lumière artificielle. Ainsi, ils permettent d’améliorer les conditions de confort d’un espace ; en réhabilitation, cette action
devient rapidement pertinente.

Simuler LES MIGRATIONS D’HUMIDITÉ DANS LES PAROIS

Déterminer les matériaux qui favorisent l’évaporation de la vapeur d’eau

Thème central de recherches aujourd’hui, notamment dans les projets de réhabilitation énergétique du patrimoine ancien, les effets des mouvements d’humidité à travers les parois sont modélisables et forts instructifs. Jusqu’alors peu intégrées et mal appréciées (méthode incomplète), ces études spécialisées évitent le déclenchement de toute nouvelle pathologie en localisant le point de rosée et qualifiant l’évolution et la saturation en eau des matériaux dans leur masse et à leurs interfaces.
Elles permettent ainsi de déterminer avec précision les bonnes valeurs de perméabilité à la vapeur d’eau des matériaux (Mu et Sd), de choisir le bon matériau en fonction de sa capacité d’absorption, d’aération ou d’étanchéité. En fonction de  son épaisseur et des conditions hygrothermiques de la paroi, les phénomènes varient de façon conséquente.

Exemple de Ludwigswinkel – isolation intérieure : évolution de la teneur en eau de l’isolant à la jonction avec le grès sur 4 ans, avec différents pare-vapeurs. Les seuils de saturation des isolants sont connus. Même si la tendance générale  n’aboutit pas à l’augmentation de la teneur en eau mais à une stabilisation apparente, seul un pare-vapeur à Sd  variable parfaitement posé et une laine de mouton semblent garantir la pérennité de l’isolant. Toutes les autres  situations conduisent à leur saturation quasi permanente, et donc leur dégradation.

Déterminer les épaisseurs d’isolants

Au-delà de leur simple potentiel thermique, les isolants n’ont pas  besoin d’être surdimensionnés à outrance ; des épaisseurs rentables, de confort et n’engageant aucune dégradation sont à rechercher. Ainsi, la comparaison en terme de bénéfice investissement / économies / complications est pertinente avant de figer toute prescription. (choisir ses MATÉRIAUX )