2. Performances thermiques des peintures sur un élément « paroi »
2.4. Banc expérimental extérieur
2.4.3. Évaluation des performances thermiques des peintures
L’étude de l’évolution en parallèle de 10 températures de surface de nos échantillons de pein-tures est plus discriminante lors des journées ensoleillées. On peut distinguer un écart de tem-pérature entre les 9 plaques variant entre 0 et 5°C pour le groupe peinture noire, peintures tra-ditionnelles et cool. La peinture aluminium demeure plus fraîche mais largement supérieure à la température de l’air. La différence de température maximale entre le noir et l’aluminium est d’environ 7°C au midi solaire. La figure 40 montre une journée où le flux solaire incident est bien régulier, on peut donc supposer que les fluctuations des températures sont dues au rafraî-chissement par convection qui est fonction de la vitesse du vent.
Figure 40 : Évolution de la température des 10 échantillons de peinture pour la journée du 30 août 2009
On peut néanmoins déjà faire une première approximation de la performance de nos peintu-res. Pour une journée ensoleillée, les peintures cool et leurs homologues standards affichent une différence de température variant de 0,5 à 3°C. L’évolution des températures de surface apparait assez aléatoire et les valeurs des coefficients optiques étant assez proches, pour ap-précier les performances des peintures cool par rapport à leurs homologues standards, on trace leur densité de probabilité d’occurrence de température en fréquences normalisées.
Le graphique ci-dessous représente cette densité de probabilité pour les températures diurnes des 9 peintures initiales rafraîchies sur 6 mois. L’élimination des périodes de condensation ou d’évaporation expliquée précédemment a été appliquée aux données affichées ci-dessous. Ici pour 17381 points de mesures, 4961 ont été conservés pour la période diurne. Dans la légende on peut lire l’espérance mathématique (µ), représentant la valeur moyenne prise par la distri-bution normalisée et l’écart type (σ) de chaque distridistri-bution de température.
Figure 41 : Densité de probabilité de températures diurnes pour dix échantillons en fréquen-ces normalisées pour 6 mois en 2008
La température de l’échantillon blanc est fortement démarquée des autres distributions, rappe-lons que sa réflectivité solaire mesurée en laboratoire était de 0,86, avec une température moyenne de 20,1°C et une très faible dispersion (σ = 5,0°C), il représente l’échantillon le plus frais. Les autres échantillons sont assez regroupés, leurs températures moyennes varient entre 26,2 et 28.6°C et leurs écarts types de 8,8 à 10,2°C. La comparaison des performances des paires cool / standards est mieux illustrée par la figure 42. Elle représente une période de me-sure différente où le bleu cool et le bleu standard avait même teinte. La courbe de fréquence cumulée est représentée à partir de 7464 mesures diurnes, le couple marron cool/standard n’étaient pas en exposition sur cette période.
Figure 42 : Probabilité d'occurrence d'une différence de température entre les paires d'échan-tillons standards et cool
On constate pour les trois couples qu’en moyenne (µ), la température de surface des peintures cool est plus fraîche que celle des échantillons standards d’environ 1°C sur la période diurne (~7600 données). On s’aperçoit aussi que sur cette période, pendant 4, 10 et 15% du temps respectivement pour le vert, le bleu et le noir/gris, l’échantillon standard est plus frais que l’échantillon cool de moins d’1°C. L’échantillon bleu cool est plus frais pendant 80% du temps de 0 à 2°C et entre 2 et 6°C pour les 10% du temps restant. Si sa réflectivité solaire ini-tiale est plus élevée de 12,3%, on peut éventuellement expliquer la période plus chaude par son émissivité GLO plus faible de 3,5% que celle du produit standard. Pour le vert cool, la tendance est similaire avec plus de 20% du temps où la surface est entre 2 et 5,7°C plus fraî-che que le vert standard. Et enfin le duo anthracite cool / noir standard montre la différence extrême la plus élevée avec 20% du temps où le produit cool est plus frais de 2 à 8,1°C. Sur une autre période, nous avons remarqué que le marron cool est statistiquement plus frais que son homologue d’environ 1,2 °C en moyenne. Dans ces conditions, les peintures cool tiennent leurs promesses même si les différences observées dans ces conditions particulières (par rap-port à une surface extérieure de bâtiment) ne sont pas élevées.
Les résultats provenant du graphe de densité de probabilités normalisées des températures nocturnes est difficile à déchiffrer car la différence de température entre les disques est
mi-nime et les courbes se superposent. Pour la période d’exposition du 1er juillet au 13 novembre 2009, deux échantillons de type aluminium ont été ajoutés (un disque peint complètement et un peint en parts noir/alu), ce qui laisse entrevoir des différences nocturnes plus marquées que lors des précédents essais où toutes les émissivités étaient globalement identiques. Pour bien illustrer les différences nocturnes, nous avons comparé la différence de température nocturne avec le disque le plus chaud, c'est-à-dire celui peint en aluminium, qui a l’émissivité GLO mesurée la plus élevée. La figure 43 illustre la densité de probabilité des différences de tem-pératures nocturnes des échantillons avec le disque aluminium (εGLO = 0,36) en fréquences cumulées brutes pour 107 jours sur notre banc d’essai.
Figure 43 : densité de probabilité d’occurrence d’une différence de température nocturne pour 9 échantillons par rapport à un échantillon référence du 1er juillet au 13 novembre 2009 en fréquences cumulées
La droite verticale ponctuant chaque série indique la valeur maximale de cette différence de température entre la surface aluminium et l’échantillon. Elle peut être trompeuse car l’occurrence nocturne de ces maximums peut s’avérer très faible. Ici, on peut néanmoins
dé-duire de droite à gauche l’ordre de la surface la plus fraîche et donc la plus émissive, à la sur-face la plus chaude durant la nuit. On remarque que les produits cools et standards sont relati-vement regroupés avec une différence de température moyenne s’étendant de 0,77 à 1,16°C entre le marron standard Climabat qui a la plus forte émissivité GLO des produits mats et le bleu cool. L’écart type de ces occurrences est très faible et varie de 0,25 à 0,45°C. La courbe un peu démarquée des autres en violet, représente la différence de température du disque alu-minium avec un disque peint en duo d’égales surface alualu-minium et noires. La différence de température moyenne est de 0,5°C avec un écart type de 0,15°C. La différence de température entre les peintures métalliques est souvent inférieure à la précision des thermocouples cali-brés, il faut rester mesuré quant à la signification de ces mesures.
En accord avec la littérature, deux mois après leur restauration, les émissivités GLO des pein-tures étudiées ont été encore mesurées et ont peu évolué. Les photographies ci-dessous mon-trent l’évolution de certains échantillons ou simplement leur état final.
De gauche à droite et haut en bas, on a le noir a l’état initial, le noir standard après 3 mois d'exposition , l’anthracite cool après 3 mois, le duo aluminium/noir, le bleu cool, le bleu stan-dard, le vert cool, le vert stanstan-dard, l’aluminium, le marron cool, et le marron standard après 3 mois, le blanc après 6 mois d’exposition. On remarque que le noir (premier en haut à gauche) et le blanc exposé lors de la première campagne se sont beaucoup détériorés, leur surface s’est écaillée. On distingue l’encrassement accumulé sous forme de tâches blanchâtres sur le se-cond noir et l’aluminium. Malgré son mauvais état, l’échantillon blanc est resté le plus frais tout au long de sa période de mesure. Pour connaitre les performances énergétiques de ces peintures sur le long terme il faut caractériser l’évolution de leurs coefficients radiatifs par le bilan énergétique à leurs surfaces, méthode que nous développons dans les paragraphes sui-vants.