Les panneaux isolants sous-vide Les isolants nano-poreux Principes et Performances CEREN 16 juin 2011 Daniel QUENARD CSTB / Enveloppe et Revêtements / Physique des Matériaux daniel.quenard@cstb.fr - 04 76 76 25 46 30/05/2011 CSTB- Dpt Enveloppe & Revêtements | Div. Matériaux

SOMMAIRE Objectifs du Grenelle / RT2012 Isolation Thermique / Isolant Thermique Les évolutions Les Isolants Basse-Pression (« sous-vide ») Les Isolants Nano-Poreux Exemples de matériaux et d’applications

Les objectifs du Grenelle Bâtiment Objectifs pour le neuf 2012 Bâtiments Basse Consommation < 50 kWh/m².an 2020 Bâtiments à Energie Positive Objectifs pour l’existant 2008 240 kWh/m².an) 2012 -12% (210 kWh/m².an) 2020 -38% (150 kWh/m².an ) 2050 -70 à -80% (50 à 80 kWh/m².an) Rénovation de 400 000 logements par an dès 2013 (classe F, G) BEPos SOURCE : Biennale de l’habitat durable Grenoble - 2 juin 2008 - de la RT 2005 au BEPOS – JC Visier, JL Chevalier - CSTB

Toiture+Murs = 55 % surface Bâtiments Existants : Toiture+Murs = 55 % surface Maison Existante

Réglementation Thermique: … des progrès massifs sur le chauffage Ordres de grandeur des consommations d’énergie pour un logement

Certains travaux d’isolation sont si vite amortis qu’on peut les considérer comme des gains. Source : Mc Kinsey

Europe : importance de la rénovation 210 millions de bâtiments Environ 53 milliard de m² 60% 40 % The table above seeks to establish a baseline for the quantum of buildings in the European Union. The division into subsections of building types follows a generally accepted sub-division of the building stock and it is further broken down to reflect construction before the first major oil crisis in 1973 as the buildings built before that time were built in an era where there was little or no consciousness of the need to design for energy efficient performance. The construction sector is one of the most important industrial and economic sectors in the European Union. Its annual turnover was estimated at €1.2 trillion in 2009, providing 7.1% of all employment and 29% of industrial employment in the European Union. Furthermore, investment in construction represented over 51% of all fixed capital investments in that year. The sector therefore plays an essential role in renewed economic growth for the European Union. Policy measures should help to foster growth in this key industry whilst reducing the sectors environmental footprint and helping to improve energy security. Technological advances and new construction methods and techniques mean that in the very near future all new buildings in Europe can (and in the view of the E2APT should) be nearly zero energy buildings that demand very little, or no, primary energy input in order to make them habitable and very comfortable. The estimated rate of new buildings per year in the European Union is slightly more than 1%, meaning that about 2.1 million new buildings are built each year. It is suggested that there is no need for the upcoming Energy Efficiency Strategy, or any other new policy instruments, to target these new buildings specifically, asthe recast of the Energy Performance of Buildings Directive (2010/31/EU) already addresses this need. However, there is a strong need to ensure that the recast is effectively and rapidly implemented in all Member States and that compliance with its requirements is assured. The Importance of Buildings to European Objectives It is widely acknowledged that the use of buildings is the largest consumer of energy and the largest contributor to greenhouse gas emissions in the European Union. In fact buildings are responsible for about 40%2 of energy consumption and about 36% of all greenhouse gas emissions. As a result buildings have a significant impact on the environment and on climate change. It is estimated that there are about 210 million buildings in the European Union providing approximately 53 billion square metres of usable indoor space for our activities. These buildings are divided into the following types 3: Nouveau bâtiments : moins de 1 % Source : E2APT-RICS-ACE

Isolation Thermique Isolants Thermiques

Définition de l’isolant thermique Un isolant thermique est un matériau qui, par sa composition ou sa nature, ralentit la dissipation de l’énergie calorifique. Un isolant thermique est caractérisé par sa conductivité thermique () et par sa résistance thermique (R).

Conductivité Thermique W/m.K 1 R : Résistance Thermique (m².K/W) U : Coefficient de Transfert Thermique (W/m².K) : Conductivité Thermique (W/m.K) e : épaisseur Isolant-NF 0,065 W/mK 0,10 Air Immobile 0,025 W/mK 0,04 0,03 0,02 Conductivité Thermique vs Masse Volumique Matériaux Nano-Poreux Masse Volumique - kg/m3 PIV

La Conductivité Thermique Porosité : e > 95 % g : gaz s : solide r : rayonnement

: taille caractéristique des cavités P : Pression r : Masse Volumique d < 0.1 µm < lm d > 100 µm > lm Conduction Gaz : taille caractéristique des cavités P : Pression r : Masse Volumique E : Coefficient d’extinction Rayonnement Source : Microtherm

Les évolutions technologiques

Les grandes évolutions Changer la matrice solide (fibres, mousses, grains …) : (10% - 20%) - fibres « bio-sourcées » : origine végétale ou animale … - mousses, poudres, grains « bio-sourcés » Limiter les échanges par rayonnement (15% - 50 %) - « barrières basse émissivité » : films, poudres … Réduire la conduction par la phase gazeuse (60 % - 80 %) 1 : « gaz lourds » 2 : éliminer le gaz - basse pression 3 : réduire la mobilité du gaz - confinement

Matériaux Fibreux … des produits sous Avis Technique Laine de Verre Laine de Roche … des produits sous Avis Technique

Mousses Cellulaires PSE PU d ~ 100 µm Particules Opacifiantes Graphite Poudre Al d ~ 100 µm PSE PU

Changer de Gaz Interdit Vitrages

Confinement & Basse Pression Réduction de la taille des pores d Conductivité Thermique Pression

VIP : Vacuum Insulation Panel PIV : Panneaux Isolants sous Vide Fibre de Verre Mousse PU Mousse XPS Silice Précipitée Conductivité Thermique Silice Pyrogénée d < lm= 0.1 µm Pression

Confinement Isolant Nano Poreux source : www.empa.ch Laine Minérale PU & PSE d ~ 100 µm d ~ 0.1 µm d < 0.1 µm < lm d > 100 µm > lm

Exemples de Matériaux/Produits VIP : Vacuum Insulation Panel Aérogel Doc : LBNL GFP : Gas Filled Panel Doc : Microtherm l < 10 mW/mK Doc : CSTB

Panneaux Isolant sous Vide PIV Laine de Verre Film Etanche Matériau Coeur MW, EPS = 35 – 40 mW/mK VIP lVIP = 5 - 10 mW.mK VIP Vacuum Insulation Materials Source : IEA-HIPTI-Annexe 39

Isolation Thermique par l’Intérieur Panneaux Isolant sous Vide 40 mm  160 mm Source : ISOVER - Vacupad

Aérogel de silice dans un mat fibreux R (3 cm) : 2,8 R (LM-10 cm) : 2,5 Source : ASPEN - AEROGEL

Des produits sous Avis Technique Isolation Thermique PC « diffusant » Bruit d’Impact

Aérogel dans des mats fibreux

Aerowolle / Rockwool Nanogel in Fibre Mats l = 0.019 W/mK

Rénovation Intérieure ZZ Wancor, Regensdorf Suisse www.zzwancor.ch

Immeuble à Munich Martin Pool Architects VIP en isolation extérieure protégé par du PU

Conclusion En France le chauffage reste le poste dominant (60-70%) de consommation énergétique dans le bâtiment existant (32 millions de logements) et l’amélioration de l’enveloppe peut permettre de réduire de près de 70 % cette consommation L’isolation est une course à la réduction de la mobilité de l’air : étanchéité à l’air – grande échelle convection naturelle – cm (2 ou 3 vitrages, isolants …) agitation moléculaire – nanomètre – confinement et vide 

Merci pour votre attention