En construction neuve

Privilégier une structure portante lourde

Pour des bâtiments et locaux à occupation prolongée (par exemple séjour ou chambre d'enfants dans les logements), les locaux fortement ensoleillés et les locaux présentant des charges internes importantes, on favorisera une structure lourde, type murs massifs intérieurs, hourdis de béton ou de terre crue, etc même si les façades sont légères.

Pour les bâtiments résidentiels, on recommande de viser au minimum un type de construction « peu lourd ». Pour ce type de construction, ainsi que pour les constructions « mi-lourdes », le choix est donné au concepteur de mettre en œuvre des éléments de construction massifs soit horizontaux soit verticaux et inclinés.

Comme mentionné plus haut, c'est l'inertie de la dalle de sol qui aura le plus d'impact au niveau du confort thermique. Il est donc conseillé de mettre en priorité l'accent sur la masse thermique des éléments de construction horizontaux. Attention que ces éléments horizontaux ne peuvent être protégés par une isolation intérieure et doivent avoir une masse d'au moins 100 kg/m² (déterminée en partant de l'intérieur jusqu'à la lame d'air ou une couche de conductivité thermique inférieure à 0,2 W/m.K) pour être considérés comme éléments massifs au sens de la PEB.

Pour donner un ordre de grandeur, la valeur lambda d'une couche de finition sèche type plaque de plâtre entre deux couches de carton de densité inférieure à 800 kg/m³ est de l'ordre de 0,22 W/(m.K). Certains linoleums ont également une valeur de conductivité thermique de l'ordre de 0,2 W/(m.K). Les carrelages en grès cérame ont, quant à eux, une conductivité thermique de l'ordre de 1,2 – 1,6 W/(mK).

Dans le cas de constructions « peu lourdes », ce sont 50 à 90% des éléments de construction (horizontaux ou verticaux et inclinés) qui doivent être massifs. Dans le cas de construction « mi-lourdes », ce pourcentage grimpe à minimum 90%.

Les constructions « lourdes » considèrent l'ensemble des éléments de construction, tant horizontaux que verticaux et inclinés. Au moins 90% de tous les éléments de construction (horizontaux et verticaux et inclinés) doivent alors être massifs.

En ce qui concerne les immeubles de bureaux, on visera une capacité thermique spécifique des éléments de construction supérieure à 55 kJ/(m².K), qui constitue la valeur par défaut utilisée dans la méthode PEB et qui s'avère relativement pénalisante lors du calcul des besoins de refroidissement. L'accent sera à nouveau principalement mis sur les parois horizontales (plancher/plafond), et ensuite sur les éléments de structure verticaux.

Pour les locaux à occupation variable, on évaluera la pertinence de limiter l'inertie thermique, tant au niveau de la structure que des éléments de finition, ceci pour éviter une mise à température trop longue lors de l'occupation. Cette évaluation doit se faire en gardant à l'esprit qu'en présence d'une faible inertie thermique, des éléments limitant les apports de chaleur (protections solaires, principalement) doivent être envisagés pour garantir le confort d'été.

Le tableau ci-dessous donne les valeurs lambda, la densité, la chaleur spécifique et la capacité thermique d'une série d'éléments de structure courants, ainsi que pour des isolants massifs qui pourront ajouter de l'inertie au bâtiment dans le cas de constructions peu lourdes:

Performances thermiques des matériaux de structure

MatériauConductivité thermique (valeur lambda) [W/(m.K)]Densité [kg/m³]Chaleur spécifique [J/(kg.K]Capacité thermique [kJ/m³.K]
Matériaux de structure
Blocs de silico-calcaire0,911.8001.0001.800
Béton normal armé2,52.4001.0002.400
Hourdis en béton1,151.8001.0001.800
Profilés d'aluminium1602.8008802.464
Poutre bois massif 0,13 6001.600960
Bloc de chanvre0,0713401600544
Terre paille0,0788 - 0,099212 - 3321150 - 1160243 - 366

Source : « Choix des matériaux, Eco-bilan des parois », Architecture et Climat, 2010

On essayera de privilégier les matériaux dont la capacité thermique est la plus importante. Le lien avec les valeurs données dans la PEB sera fait facilement en considérant l'épaisseur de matériau mise en œuvre.

Préserver l'accessibilité à la masse thermique des éléments de construction

Choisir des éléments de finition aussi peu isolants que possible

Après avoir identifié les parois qui seront massives, il faut s'assurer du contact entre l'ambiance et cette masse.

Dans le cadre de la PEB, la définition d'élément de construction massif prend en compte les éléments suivants :

  • Pour le logement : la présence de matériau isolant est prise en compte. La masse de l'élément de construction est calculée depuis l'intérieur jusqu'à une lame d'air ou une couche de conductivité thermique inférieure à 0,20 W/(m.K). En présence d'un isolant intérieur, la masse de l'élément de construction sera donc considérée comme nulle.
  • Pour les immeubles de bureaux et les établissements scolaires, cela dépend de la méthode de calcul utilisée. 

Pour la méthode simplifiée :

  • C'est la présence de faux-plafond fermé et/ou de plancher surélevé qui sera considérée. Le tableau ci-dessous donne un aperçu de la capacité thermique spécifique par m² d'utilisation à prendre en compte pour la masse du plancher.

    Masse minimum de la structure de plancher par unité de surface d'utilisation (kg/m²)Capacité thermique effective surfacique par unité de surface d'utilisation
    Faux-plafond fermé et plancher surélevéFaux-plafond fermé ou plancher surélevéPas de faux plafond fermé ni de plancher surélevé
    < 100 555555
    100 à 40055110180
    >40055180360
  • Un faux-plafond est considéré comme fermé dès que moins de 15% nets de la surface du plafond est ouverte.

Réglementation PEB – méthode simplifiée

On détermine la capacité thermique effective du secteur énergétique i, Cseci, en kJ/K, sur base de la masse du plancher, comme suit :

Cseci = ΣjDj.Af,sec i,j

Il faut effectuer une sommation sur toutes les parties j dont l'ensemble constitue la surface d'utilisation du secteur i

Réglementation PEB – méthode détaillée

Pour la méthode détaillée, on considérera la masse active de tous les éléments structurels. Pour calculer cette masse active, les paramètres suivants sont considérés :

  • La masse volumique du matériau
  • La chaleur spécifique du matériau
  • L'épaisseur active du matériau
  • La surface de l'élément de construction

On détermine la capacité thermique effective du secteur énergétique i, Cseci, en kJ/K, comme la somme de la masse active de tous les éléments structurels situés dans le secteur énergétique i ou enveloppant le secteur énergétique i, les parois intérieures non-portantes n'étant pas prises en considération, comme suit :

Cseci = Σkρk.ck.dk.Ak

  • ρk est la masse volumique du matériau k, en kg/m³
  • ck est la chaleur spécifique du matériau k, en kJ/kg.K
  • dk est l'épaisseur active du matériau k, en m, déterminée comme l'épaisseur de l'élément de construction,

Pour autant que : la résistance thermique de l'élément de construction, calculée perpendiculairement depuis la surface intérieure, soit inférieure à 0,25 m².K/W

Étant entendu que dk ne peut pas être supérieur à 100mm et ne représente pas plus de la moitié de l'épaisseur totale de construction

Et que, pour les structures de plafonds suspendus dont une partie égale à au moins 15% nets de la surface du plafond est ouverte, elle peut ne pas être prise en considération pour la détermination de la résistance thermique de l'élément de construction depuis la surface intérieure

  • Ak est la surface de l'élément de construction k, en m².

Il faut effectuer une sommation sur tous les éléments de construction k qui se trouvent dans le secteur énergétique ou qui enveloppent le secteur énergétique, à l'exception des murs non portants.

On veillera à maintenir une surface de contact suffisamment importante entre les éléments de construction lourds et l'ambiance pour pouvoir assurer une bonne accumulation et une bonne restitution de la chaleur ou de la fraicheur.

Concrètement, ceci se fait en :

  • Evitant les revêtements de sol isolants (parquets, moquettes, tapis, faux-planchers et dans une moindre mesure vinyles et linoléums). Notons que, malheureusement, les matériaux massifs recommandés au sol (carrelages, dalles lissées, etc.) ont pour inconvénient une sensation de froid au toucher, et un inconfort si l'on se déplace pieds nus. Celle-ci ne peut être évitée et poussera parfois à privilégier les masses thermiques dans d'autres parois que le sol.
  • Concentrant les équipements sur d'autres surfaces (passages de câbles, tuyauteries, etc.). Par exemple, dans les bureaux, il est possible de prévoir uniquement des faux-plafonds ne recouvrant qu'une partie du plafond (critère des 15% nets de la surface de plafond de la PEB). Un mouvement de convection entre le faux plafond et la face inférieure de la dalle est alors possible.

Accessibilité à la masse thermique du plafond en béton grâce à la présence seulement partielle de faux-plafonds

Accessibilité à la masse thermique du plafond en béton grâce à la présence seulement partielle de faux-plafonds Projet Marly (Batex65) © Cenergie

Le tableau ci-dessous donne les valeurs lambda, la densité, la chaleur spécifique et la capacité thermique d'une série d'éléments de construction courants :

Performances thermiques des matériaux isolants et de finition

MatériauConductivité thermique (valeur lambda) [W/(m.K)]Densité [kg/m³]Chaleur spécifique [J/(kg.K]Capacité thermique [kJ/m³.K]
Matériaux isolants
Panneaux de fibres de chanvre0,04451.55069,75
Panneaux fibres de bois0,041601.470235,2
Matelas de cellulose0,04701.900133
Panneau de liège0,041201.700204
Perlite expansée0,0579090081
Laine de roche0,0351001.030103
Polystyrène expansé0,035301.45043,5
Polyuréthane0,025401.40056
Matériaux de finition
Marbre3,52.8001.0002.800
Chape de béton poli22.2751.0002.275
Linoléum0,171.7001.4002.380
Carrelage grès cérame1,202.0001.0002.000
Plancher bois0,136001.600960
Enduit à l'argile0,81.8001.0001.800
Enduit plâtre0,571.2001.0001.200
Plaque de fibro-plâtre0,321.1501.1001.265
Plaque de carton-plâtre0,259001.000900

Source : « Choix des matériaux, Eco-bilan des parois », Architecture et Climat, 2010 et Fiche 3.6 du « Guide pour la construction de logements individuels durables » © Architecture et Climat.

On essayera de privilégier les matériaux dont la capacité thermique est la plus importante. Le lien avec les valeurs données dans la PEB sera fait facilement en considérant l'épaisseur de matériau mise en œuvre.

Le tableau ci-dessus montre également que les isolants possédant une capacité thermique élevée sont généralement les isolants « écologiques ». Dans le cas où une isolation est requise (de par la réglementation, par exemple), on essayera de se tourner vers ce type d'isolant qui permet d'assurer malgré tout une certaine inertie thermique de la paroi.

Locaux à occupation variable

Dans une pièce uniquement occupée pendant la nuit, comme une chambre d'adulte, l'inertie peut être plus faible, ceci permet de limiter la chaleur emmagasinée dans les matériaux en journée et de refroidir rapidement l'ambiance (renouvellement de l'air chaud par de l'air frais extérieur). A l'inverse, dans une pièce occupée en journée, l'inertie doit être importante pour absorber la chaleur diurne dans les matériaux et limiter ainsi le pic de température. La chaleur stockée est alors progressivement éliminée durant la nuit.

Dans le cas de locaux à occupation intermittente, la présence d'éléments isolants peut s'avérer intéressante pour permettre une mise à température du local. L'inertie augmente en effet le temps de remise en température en hiver. Or, des locaux à occupation occasionnelle ne doivent pas être chauffés en continu. La longueur de la période de relance sera donc un paramètre de gestion important dans ces locaux. Pour ce type d'occupation, il est préférable, pour le confort des occupants de privilégier des constructions légères, fortement isolées, rapidement mises en température après une période sans chauffage lorsque le local n'est pas utilisé. Par contre, vu l'absence d'inertie, il est particulièrement important de bien protéger ce type de local du soleil d'été.

Interaction avec les techniques du bâtiment : l'activation du noyau de béton

En gardant accessible l'inertie thermique du bâtiment, on peut en tirer parti au niveau des techniques mises en œuvre. Ainsi, l'activation du noyau de béton met à profit la capacité d'accumulation de la chaleur ou de la fraicheur de la masse de béton pour assurer le confort thermique (chauffage et refroidissement).

Voir dossier | Garantir l'efficience des installations de chauffage et ECS (distribution et émission)

Vérifier le confort d'été au moyen d'outils de simulation dynamiques

Des simulations thermiques dynamiques seront réalisées au moins pour les locaux à fortes charges internes, comme dans le cadre de bureaux, par exemple, où le confort d'été sera simulé. L'outil de simulations dynamiques utilisé devra pouvoir prendre en compte l'inertie des matériaux mis en œuvre.

De cette manière, on pourra évaluer le confort dans les locaux critiques en intégrant le déphasage thermique créé par la masse du bâtiment. Ce déphasage est particulièrement visible lorsque l'on met en place une ventilation nocturne.

Dans les cas où le recours à une simulation thermique dynamique détaillée n'est pas envisageable (pour les petits projets, par exemple), il existe des logiciels qui permettent d'évaluer le confort dans les locaux de manière plus standardisée. Ces logiciels peuvent mettre en évidence les locaux où un risque de surchauffe peut se présenter et aider l'équipe de conception à réorienter le projet le cas échéant (optimisation des surfaces vitrées, mise en œuvre de protections solaires,…). Ces outils ne permettent cependant pas de simuler de manière détaillée le comportement thermique d'un bâtiment et l'opportunité du recours au refroidissement passif y est dès lors difficile à évaluer. Pour ce dernier point, l'outil de simulation thermique dynamique détaillé constitue souvent la seule option.

Mis à jour le 24/01/2019