Romuald Jobert, Domaine Construction PERMEABILITE A L’AIR DES BATIMENTS Mesure de la perméabilité à l’air Perméabilité à l’air des bâtiments: Mesure de la perméabilité à l’air L’objectif de cette partie est de présenter le déroulement et les résultats des mesures de perméabilité à l’air en présentant successivement : Le principe et la procédure pour effectuer les mesures Des outils d’analyse des résultas (Indicateurs et valeurs de référence, référentiels d’analyse des résultats) L’analyse des résultats à travers la représentation de l’impact de la perméabilité à l‘air et les résultats de quelques essais. Romuald Jobert, Domaine Construction

Principe et procédure Pourquoi faire des mesures? Dans un bâtiment, les fuites d’air sont réparties de manière diffuse, et il en suffit de peu pour dégrader considérablement ses performances en matière d’étanchéité. On sait par exemple, qu’en moyenne, la surface équivalente de fuites dans une maison correspond à un demi A4. Il est donc quasiment impossible de juger de l’étanchéité à l’air d’un bâtiment par simple inspection visuelle. C’est pourquoi les mesures in situ sont incontournables. Principe et procédure (1/8) Pourquoi faire des mesures? Dans un bâtiment, les fuites sont réparties de manière diffuse, et il en suffit de peu pour dégrader considérablement ses performances en matière d’étanchéité. On sait par exemple, qu’en moyenne, la surface équivalente de fuites dans une maison correspond à un demi A4*. Il est donc quasiment impossible de juger de l’étanchéité à l’air d’un bâtiment par simple inspection visuelle. C’est pourquoi les mesures in situ sont incontournables si l’on souhaite connaître la perméabilité d’un bâtiment. * La valeur du « ½ A4 » est la surface équivalente de fuite moyenne constatée lors des campagnes de mesures effectuées depuis une vingtaine d’années par le CETE de Lyon. Elle est obtenue à partir d’un calcul établi selon l'équation donnée par la norme ISO/DIS 9972 : A = K x (r/2) 0,5 x (DP) (n-0,5)  où = surface équivalente de fuite r = 1,2 kg/m3 densité de l'air à 20°C DP = 4 Pa (valeur la plus proche des conditions réelles)

Principe et procédure Principe de mesure La norme EN 13829 L’objectif est de créer artificiellement une variation de la pression interne du local testé afin de produire une différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur génératrice de courants d’air. Il s’agit d’extraire des volumes d’airs connus et de mesurer simultanément les différences de pression entre l’intérieur et l’extérieur afin d’obtenir une série de couple « débit/dépression ». La norme EN 13829 Principe et procédure (2/8) Principe de mesure L’objectif de la mesure est de visualiser les infiltrations d’air parasites et de quantifier la perméabilité à l’air de l’enveloppe du bâtiment. Pour cela, il faut créer artificiellement une variation de la pression interne du local testé afin de produire une différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur génératrice de courants d’air. La méthode retenue par le CETE de Lyon est la dépressurisation progressive du bâtiment testé à l’aide d’un ventilateur. Il s’agit d’extraire des volumes d’airs connus et de mesurer simultanément les différences de pression entre l’intérieur et l’extérieur afin d’obtenir une série de couple « débit/dépression ». La norme EN 13829 Pour la mesure de la perméabilité à l’air de l’enveloppe des bâtiments, le référentiel normatif se compose d’une norme européenne et française sous le NF EN 13829 (Application Février 2001). Cette norme définit le protocole et l’appareillage à utiliser lors des essais de perméabilité à l’air. NF EN 13829 : Performance thermique des bâtiments, Détermination de la perméabilité à l'air des bâtiments, Méthode de pressurisation par ventilateur La norme EN 13829* permet de définir l’appareillage et les protocoles à mettre en place pour effectuer les mesures *Performance thermique des bâtiments Détermination de la perméabilité à l'air des bâtiments Méthode de pressurisation par ventilateur

Principe et procédure L’appareillage Perméascope Blower Door Banc Grands Volumes Principe et procédure (3/8) L’appareillage Pour mesurer la perméabilité à l’air de l’enveloppe d’un bâtiment, on utilise un équipement spécifique adapté aux différents types de constructions : Le Perméascope, utilisé pour mesurer la perméabilité de maisons individuelles ou d’appartements La porte soufflante « Blower Door », utilisée pour des bâtiments dont le volume n’excède pas 4000 m3 pour n50 < 1 vol/h Un banc « Grands Volumes » (BGV), utilisé pour des bâtiments de volume allant jusqu’à 65000 m3 pour n50 < 10 vol/h Pour mesurer la perméabilité à l’air des réseaux aérauliques le CETE de Lyon utilise le Banc réseaux; des menuiseries, le CETE de Lyon est en train de mettre au point un prototype dans le cadre du projet PAM (Perméabilité à l’Air des Menuiseries).

Protocole de mise en œuvre de la Blower door Principe et procédure Protocole de mise en œuvre de la Blower door 1. Obturation des entrées et des sorties d’air volontaires de la ventilation Principe et procédure (4/8) Obturation des orifices L’objectif est de quantifier uniquement les fuites d’air non maîtrisées. C’est la raison pour laquelle les orifices volontaires (bouches de sorties et entrées d’air) sont colmatés à l’aide de rubans adhésifs imperméables à l’air et/ou de film polyéthylène. Cependant, dans certaines situations, un élément constitutif de l’enveloppe peut être colmaté puis décolmaté (trappe, menuiserie, appareillage électrique, …) de manière à pouvoir quantifier la contribution de cet élément en particulier sur la performance globale de l’enveloppe.

Protocole de mise en œuvre de la Blower door Principe et procédure Protocole de mise en œuvre de la Blower door 1. Obturation des entrées et des sorties d’air volontaires de la ventilation 2. Installation de la fausse porte (Type Blower Door) et du ventilateur Principe et procédure (5/8) Mise en place de la fausse porte Le principe consiste à remplacer un des ouvrants de l’enveloppe par un dispositif parfaitement étanche, comportant une ouverture connectée à un ventilateur de vitesse variable. Généralement, la porte d’entrée du logement est choisie pour cette technique. On la remplace par une «fausse porte» étanche et adaptable aux différentes dimensions. Le rôle du ventilateur à vitesse variable est d’extraire des volumes d’air connus. Il comporte des diaphragmes permettant de réguler le débit d’air extrait et crée divers niveaux de différence de pression pouvant aller jusqu’à 100 Pa. Un minimum de 50 Pa est recommandé pour effectuer les mesures avec une dérogation possible pour les bâtiments de grand volume (supérieur à 4000 m3).

Protocole de mise en œuvre de la Blower door Principe et procédure Protocole de mise en œuvre de la Blower door 1. Obturation des entrées et des sorties d’air volontaires de la ventilation 2. Installation de la fausse porte (Type Blower Door) et du ventilateur 3. Installation du banc de mesure Principe et procédure (6/8) Installation du banc de mesure Quel que soit le dispositif de mesure utilisé, il est composé : D’un capteur différentiel de pression qui permet de mesurer la différence de pression créée par le ventilateur à travers l’enveloppe du bâtiment. D’un débitmètre qui mesure le débit d’air traversant le ventilateur. D’un micro-ordinateur équipé d’un logiciel permettant d’automatiser les mesures en pilotant le ventilateur et d’afficher les résultats Dans le cas de l’utilisation du Banc Grands Volumes, le ventilateur de la fausse porte est remplacé par un autre beaucoup plus puissant. Quant au Perméascope, il est, en général, branché directement sur le système de ventilation et non pas sur un ouvrant de l’enveloppe. Cette méthode présente l’avantage d’être beaucoup plus facile à mettre en œuvre pour certains logements, notamment les locaux peu volumineux. L’inconvénient est que les essais doivent se limiter à des volumes inférieurs à 1000 m3. Cependant, le CETE de Lyon a mis en place un système de fausse porte adaptable à cet appareil.

Principe et procédure Protocole de mise en œuvre de la Blower door 1. Obturation des entrées et des sorties d’air volontaires de la ventilation 2. Installation de la fausse porte (Type Blower Door) et du ventilateur Poire à fumée : Prise électrique 3. Installation du banc de mesure 4. Mise en dépression constante du bâtiment pour localisation des fuites parasites Principe et procédure (7/8) Repérage des points de fuite Thermographie infra rouge La thermographie infrarouge consiste à visualiser les rayonnements thermiques émis par une surface, dans les longueurs d’onde correspondant à l’infrarouge. Un traitement de l’image permet de visualiser le champ des températures sur la surface étudiée. La thermographie infrarouge, couplée à une dépressurisation du local, permet de visualiser localement des infiltrations d’air froid à travers l’enveloppe d’un bâtiment. Lorsque le bâtiment est en dépression et que l’écart de température avec l’extérieur est suffisant (supérieur à 10°C), les infiltrations d’air froid à travers l’enveloppe refroidissent les surfaces internes de celle-ci. Il est alors possible de localiser ponctuellement les zones refroidies anormalement par les infiltrations d’air à travers l’enveloppe. Il faut être attentif lors de l’analyse des résultats. En effet, les défauts d’isolation de l’enveloppe (ponts thermiques, absence d’isolation thermique) sont également mis en évidence par la thermographie infrarouge. La difficulté consiste à bien différencier les origines des défauts thermiques observés sur l’enveloppe. Poire à fumée Une manière beaucoup moins coûteuse de détecter les infiltrations d’air consiste à observer à l’aide de fumées visibles, les écoulements aérauliques lorsque le bâtiment est dépressurisé. Des poires à fumée vendues dans le commerce sont couramment utilisées et ont notamment servi à recenser les points de fuites potentiels à travers les enveloppes des bâtiments.   À la main Il est possible de repérer les points de fuite de manière sensitive. En effet, la mise en dépression est suffisamment importante pour qu’on puisse repérer les infiltrations d’air parasites en passant simplement la main devant. Thermographie infra-rouge : Prises électriques

Protocole de mise en œuvre de la Blower door Principe et procédure Protocole de mise en œuvre de la Blower door 1. Obturation des entrées et des sorties d’air volontaires de la ventilation 2. Installation de la fausse porte (Type Blower Door) et du ventilateur 3. Installation du banc de mesure 4. Mise en dépression constante du bâtiment pour localisation des fuites parasites Principe et procédure (8/8) Mesures Avant chaque essai, des données météorologiques nécessaires aux calculs sont relevées (température, force du vent…) Pour effectuer l’essai, la vitesse du ventilateur est diminuée par paliers de 10 Pa environ, depuis 70 Pa jusqu’à 10 Pa. A chaque palier, les pressions indiquées par le manomètre sont relevées en conditions stationnaires. On mesure simultanément les différences de pression entre l'intérieur (a) et l'extérieur (b) et le débit ([Vdot]m) afin d'obtenir une série de couples {débits / dépressions}. On exploite cette série de points expérimentaux pour extraire des indicateurs 5. Mesure quantitative de la perméabilité de l’enveloppe à l’air

Indicateurs et valeurs de référence Les indicateurs I4: Débit de fuite sous 4 Pa, ramené à la surface de paroi froide* [m3/h/m2] n10: Taux de renouvellement d’air sous 10 Pa [vol/h] n50 : Taux de renouvellement d’air sous 50 Pa [vol/h] La surface équivalente de fuite La surface équivalente de fuite correspond à la surface d’un orifice unique à travers lequel, pour une pression de référence, le débit mesuré serait identique au débit de fuite de l’enveloppe. Indicateurs et valeurs de référence (1/2) Les indicateurs Les trois indicateurs ci-dessous ramènent le débit de fuite à une dimension caractéristique du bâtiment, ce qui permet de comparer les constructions testées entre elles. Le débit de fuite est ainsi divisé soit par la surface de parois froides APF-RT (m2) au sens de la RT 2005[1], soit par le volume chauffé V (m3).   L’indice de perméabilité à l’air I4 est le débit de fuite sous 4 Pa divisé par la surface de parois froides (au sens de la RT 2005, hors planchers bas). Il s’exprime en m3/h /m2 à 4 Pa    Le taux de renouvellement d’air sous 10 Pa n10 est le débit de fuite sous 10 Pa divisé par le volume chauffé. Il s’exprime en volume/h (ou en h-1) à 10 Pa. Le taux de renouvellement d’air sous 50 Pa n50 donne le débit de fuite sous 50 Pa divisé par le volume chauffé. Il s’exprime en volume/h (ou en h-1) à 50 Pa. [1] Paroi froide au sens de la RT 2005 : paroi en contact avec l’extérieur ou tout local non chauffé, hors plancher bas. La surface équivalente de fuite  La surface équivalente de fuite (AL) correspond à la surface d’un orifice unique à travers lequel, pour une pression de référence (ΔPref ), le débit mesuré ([Vdot]m) serait identique au débit de fuite de l’enveloppe ([Vdot]env). * Surface des parois séparant un local chauffé soit de l’ext., soit d’un local non chauffé, hormis les planchers bas

Indicateurs et valeurs de référence Valeurs de I4 [m3/h/m2] Appréciation qualitative de la perméabilité à l’air d’un logement (I4) en fonction de divers référentiels Indicateurs et valeurs de référence (2/2) Valeurs de I4 [m3/h/m2] En France, on utilise couramment l’indicateur I4. La RT 2005 définit pour les logements individuels une valeur de référence (ou valeur pour bâtiment justifié dans le cadre de la démarche de qualité de l'étanchéité à l'air) de 0.8 m3/h/m2 alors que le label « Passivhaus » exige un I4 de 0.17 m3/h/m2 soit environ 5 fois moins important. Le guide EDF-CETE distingue cinq catégories de bâtiments en fonction de leur I4 (excellent, bon, moyen, mauvais, très mauvais).

Référentiels d’analyse des résultats La Réglementation Thermique 2005 La RT 2005 définit des valeurs de perméabilité à l’air de référence et par défaut en fonction de l’usage des bâtiments Référentiels d’analyse des résultats (1/4) La Réglementation Thermique 2005 La Réglementation Thermique 2005 donne un cadre de référence. Elle définit : Des valeurs de référence qui permettent d’obtenir le niveau réglementaire si tous les éléments constitutifs du projet sont également au niveau de référence Des valeurs par défaut à utiliser lorsqu’il n’est pas possible de présager de la valeur finale au moment du calcul RT2005. Cette valeur est pénalisante par rapport à la valeur de référence

Référentiels d’analyse des résultats Échelles d’appréciation du CETE de Lyon Le CETE de Lyon a capitalisé les essais réalisés depuis une vingtaine d’années et a élaboré des grilles d’appréciation des valeurs de perméabilité à l’air. Échelle d'appréciation du CETE de Lyon. Base : I4 pour les logements individuels Référentiels d’analyse des résultats (2/4) Échelles d’appréciation du CETE de Lyon Le CETE de Lyon a capitalisé les essais réalisés depuis une vingtaine d’années et a élaboré des grilles d’appréciation des valeurs de perméabilité à l’air. Ces éléments sont tirés du guide réalisé par le CETE de Lyon en 2001 (EDF- CETE de Lyon, 2001) En France, on utilise couramment l’indicateur I4. La RT 2005 définit pour les logements individuels une valeur de référence (ou valeur pour bâtiment justifié dans le cadre de la démarche de qualité de l'étanchéité à l'air) de 0.8 m3/h/m2 alors que le label « Passivhaus » exige un I4 de 0.17 m3/h/m2 soit environ 5 fois moins important. Le guide EDF-CETE distingue cinq catégories de bâtiments en fonction de leur I4 (excellent, bon, moyen, mauvais, très mauvais). Échelle d'appréciation du CETE de Lyon. Base : I4 pour les immeubles collectifs

Référentiels d’analyse des résultats Les Maisons Passives Le cahier des charges des Maisons Passives est environ 4 à 5 fois plus contraignant sur la perméabilité à l’air de l’enveloppe  que la valeur de référence retenue dans la réglementation thermique française… Il prévoit également de réaliser des essais à la réception. Les labels « PassivHaus et Minergie-P» sont très exigeants quant aux valeurs de perméabilité à l’air. Pour le logement individuel : I4 = 0,17 m3/h/m2, Pour le logement collectif : I4 = 0,23 m3/h/m2. Référentiels d’analyse des résultats (3/4) Les Maisons Passives Le cahier des charges des Maisons passives est environ 4 à 5 fois plus contraignant sur la perméabilité à l’air de l’enveloppe  que la valeur de référence retenue dans la réglementation thermique française

Référentiels d’analyse des résultats Ordres de grandeur de la surface équivalente de fuites sous 4 Pa Référentiels d’analyse des résultats (4/4) Ordres de grandeur de la surface équivalente de fuites sous 4 Pa La surface de fuite, pour une maison individuelle de 110 m2 de surface habitable, dont le volume équivaut à 280 m3 et la surface froide à 230 m2 équivaut à 1 feuille A4 pour I4 = 2.5 m3/h/m2, à 1/2 feuille A4 pour I4 = 1.3 m3/h/m2 et à 1/3 de feuille A4 pour I4 = 0.8 m3/h/m2. Si l’on considère par ailleurs que la maison se compose de cinq pièces munies chacune d’une fenêtre mesurant 1,10 m de hauteur et 0,90 m de largeur et possède une porte d’entrée mesurant 2,15 m de hauteur et 0,90 m de largeur, ces surfaces correspondent respectivement à des espaces inférieurs à 2.8 mm, 1.2 mm et 0.8 mm sur tout le pourtour des menuiseries. * Pour une maison individuelle de 110 m2 de surface habitable, dont le volume équivaut à 280 m3 et la surface froide à 230 m2 ** Largeur de fuite sur tout le pourtour des menuiseries pour une maison avec cinq pièces munies chacune d’une fenêtre mesurant 1,10 m de hauteur et 0,90 m de largeur et qui possède une porte d’entrée mesurant 2,15 m de hauteur et 0,90 m de largeur

Analyse des résultats de mesures Résultats d’une campagne de mesures effectuée sur 73 logements (43 logements individuels et 30 logements collectifs) Analyse des résultats de mesures (1/3) Résultats d’une campagne de mesures effectuée sur 73 logements Entre 1999 et 2000, le CETE de Lyon a réalisé une campagne de mesures de perméabilité à l’air sur 73 logements. La détection des fuites d’air a permis de repérer les principales sources d’infiltrations. Ainsi cet histogramme représente la fréquence d’apparition des fuites, en distinguant les logements collectifs et individuels. La lecture de ce graphe met en évidence un nombre plus important de points de fuite dans les logements individuels, ce qui est logique au regard des liaisons entre éléments de l’enveloppe et du développé de paroi en contact avec l’extérieur ou des locaux non chauffés plus importants. En ce qui concerne les fuites rencontrées au niveau des liaisons ouvrants / dormants ou dormants / parois, tous les types de menuiseries sont concernées.

Analyse des résultats de mesures Impact de la perméabilité à l’air sur la consommation de chauffage Différence relative sur les besoins de chauffage 60% Besoins de chauffage augmenté de 44% I4 = 2.5 m3/h/m2 40% Différence relative sur les besoins de chauffage (%) Perméabilité par défaut pour les logements individuels Besoins de chauffage augmenté de 13% 20% Analyse des résultats de mesures (2/3) Impact de la perméabilité à l’air sur la consommation de chauffage 0% Valeur pour Bâtiment justifié dans le cadre de la démarche de qualité de l'étanchéité à l'air pour les logements individuels -20% 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 Perméabilité (m 3 /h/m 2 ) Ubatref = 0.591 W/m2/K Ubat = 0.425 W/m2/K - Echangeur : 0.9

Analyse des résultats de mesures Impact de la perméabilité à l’air sur la mise à l’abri vis à vis de polluants toxiques Analyse des résultats de mesures (3/3) Impact de la perméabilité à l’air sur la mise à l’abri vis à vis de polluants toxiques Le confinement passif consiste à rendre le local le plus étanche à l’air possible par des dispositions constructives et par le « colmatage » réalisé par les occupants. Il ne comporte aucun organe de traitement. Les études de confinement permettent de déterminer le niveau d’étanchéité à atteindre dans le local confiné afin que les personnes qui s’y abritent ne soient pas contaminées par le polluant avant l’arrivée des secours (soit une durée de 2h environ). Le niveau de perméabilité ainsi calculé permet de déterminer l’étendue des travaux à réaliser en réhabilitation ou en construction neuve.

Conclusion… Différentes méthodes permettent de mesurer la perméabilité à l’air de l’enveloppe des bâtiments (Blower Door, Banc Grands Volumes, Perméascope). Ces techniques sont aujourd’hui fiables et parfaitement maîtrisées. Cependant, en France, on constate que la mesure de la perméabilité à l’air reste marginale. Or les mesures sur site restent indispensables si on veut évaluer la qualité de l’étanchéité à l’air des constructions.