Méthodes de caractérisation hygrothermique

- Masse volumique apparente

La masse volumique apparente a été déterminée conformément à la norme NF EN 1602 (AFNOR, Juillet 1997). Les échantillons ont été conditionnés à (23±2)°C et (50±5)% HR jusqu’à stabilisation. Ils ont ensuite été pesés et mesurés afin de déduire leur densité apparente.

- Conductivité thermique

La conductivité thermique est la propriété qui définie un isolant thermique. Il s’agit de la donnée intrinsèque au matériau qui va montrer sa capacité à assurer l’isolation thermique du bâtiment. C’est à partir de cette propriété et en connaissant l’épaisseur de l’isolant que sera déduite la résistance thermique de l’isolant (comme vu au 1.2.2.2). Cette résistance thermique est ensuite la donnée qui permettra de respecter ou non la réglementation, ou encore de bénéficier d’aides ou de crédits d’impôts pour isoler son logement. Il est donc indispensable de connaître avec précision cette valeur.

Les conductivités thermiques des isolants LDV, LDR, PSE, PFB et OP ont été mesurées à l’aide d’une plaque chaude gardée.

Le fonctionnement de la plaque chaude gardée est décrit dans la Figure 45. La plaque chaude gardée est décrite dans la norme NF EN ISO 8302 (AFNOR, Aout 1991). Elle permet de mesurer la résistance thermique d'un matériau en générant un flux de chaleur (W), par effet joule, au centre d'une plaque chaude. Une résistance électrique faisant office de zone de garde entoure la zone de chauffage. Une régulation par thermocouples différentiels maintient un écart de température nul entre la zone de garde et la plaque chaude. Deux échantillons sont placés de part et d’autre de la plaque chaude. Le flux qui les traverse est unidimensionnel. Enfin, deux plaques froides sont placées contre les faces extérieures des éprouvettes et sont régulées en température. Une fois un régime stationnaire atteint, les températures (K) et (K) sont mesurées sur les deux faces de chaque éprouvette, afin de calculer leur conductivité thermique (W/mK) selon l’équation :

(2.2)

Où (m) est l’épaisseur de l’éprouvette et (m²) est la surface de mesure de la plaque chaude gardée.

73 La plaque chaude gardée peut comporter une seule éprouvette. Elle fonctionne alors sur le même principe. L’utilisation de deux éprouvettes permet de faire une moyenne des résultats de mesure sur deux échantillons. Cette méthode de mesure est précise comparée à d’autres méthode (Dominguez-Munoz F., 2010), mais est longue, car il est nécessaire d’obtenir la stabilisation des échanges thermiques, ce qui nécessite plusieurs jours dans le cas d’isolants performants (Saleh A., 2006).

Figure 45 : Schéma illustrant le fonctionnement d'une plaque chaude gardée

Les essais ont été réalisés à plusieurs températures afin d’observer l’influence de celle-ci sur la conductivité thermique. Les valeurs sont obtenues à 10% près.

- Chaleur massique

La chaleur massique, également appelée capacité thermique massique, représente la quantité d'énergie à apporter par échange thermique pour élever d'un degré la température de l'unité de masse d'une substance.

La chaleur massique des isolants a été mesurée par la méthode Calvet, à l’aide d’un appareil SETARAM C80 II.

Les échantillons ont été conditionnés dans des creusets en acier inoxydable d’un volume utile de 6 à 8 cm³ fermés avec un couvercle étanche. Cette valeur donne la capacité du matériau à emmagasiner la chaleur par rapport à son poids. Elle permet d’estimer l’inertie du matériau.

La méthode consiste à réaliser une première mesure à blanc avec deux creusets vides. Une deuxième mesure est ensuite effectuée avec une masse d'échantillon m dans le creuset de mesure. Ces deux expériences sont réalisées à plusieurs paliers de températures. Le passage d’un palier à l’autre est caractérisé par l’élévation de température ΔT et par la vitesse de montée qui est appliquée au dispositif. Avant et après chaque montée une isotherme est appliquée afin d'avoir un signal stable.

Le flux de chaleur (J) que dégage (ou absorbe) l’échantillon pendant la rampe de température est enregistré, puis la chaleur massique (J/(kg.K)) du produit est calculée suivant l’équation (2.3), connaissant la masse exacte et le ΔT de l’échantillon.

74 - Facteur de résistance à la diffusion de la vapeur d’eau

Cette propriété est l’une des plus importantes pour l’analyse des flux de vapeur dans une paroi. En effet, elle illustre la capacité qu’a un matériau à laisser passer ou au contraire à bloquer le flux de vapeur qui le traverse.

Le facteur de résistance à la diffusion de la vapeur d’eau (-) a été mesuré selon la norme NF EN 12086 (AFNOR, Novembre 1997) avec la méthode de la coupelle sèche.

La méthode consiste à fermer une coupelle avec un échantillon cylindrique de l’échantillon du produit à caractériser. Elle contient un dessicatif qui fixe l’humidité relative dans la coupelle à 0%. L’ensemble est ensuite placé dans une enceinte climatique régulée à 50% d’humidité relative et à 23°C. Les coupelles sont pesées à intervalles réguliers. Les variations de masse de celle-ci sont ainsi calculées. Le flux de vapeur (kg/s) traversant l’isolant ainsi que la perméabilité à la vapeur d’eau et le facteur de résistance à la diffusion de la vapeur d’eau (-) peuvent donc être déduits selon (2.4). La Figure 46 illustre le dispositif expérimental d’essai.

(2.4)

Avec (m) l’épaisseur du matériau, (kg/(m.s.pa)) la perméabilité à la vapeur d’eau de l’air, (m) la surface de l’éprouvette traversée par le flux, et la différence entre la pression intérieure à l’enceinte et la pression dans la coupelle.

Figure 46 : Schéma représentant l'essai de mesure du facteur de résistance à la diffusion de la vapeur d'eau

- Coefficient d’absorption d’eau par immersion partielle

Le coefficient d’absorption d’eau par immersion partielle illustre la capacité qu’a le matériau à retenir l’eau lorsqu’il est en contact avec celle-ci. Il a été déterminé selon la norme NF EN ISO 15148 (AFNOR, Octobre 2003).

Le principe de l’essai est illustré Figure 47. Un échantillon repose sur des plots au milieu d’un bac rempli d’eau. Les 5mm inférieurs de l’éprouvette restent constamment sous l’eau. L’éprouvette est pesée au bout de 30min, 1h, 17h, 20h, 24h, 40h, 45h et 48h. La masse d’eau absorbée ( ) divisée par l’aire de l’éprouvette en fonction de la racine carrée du temps de pesée est ensuite tracée. La courbe obtenue est alors soit une droite (graphe de type

75 A), soit une droite suivie d’une diminution soudaine de pente (graphe de type B). Dans le premier cas, le coefficient d’absorption d’eau (kg/(m².s0.5

)) est alors le coefficient directeur de la droite. Dans le second, le coefficient est déduit de la masse d’eau absorbée à 24h.

Figure 47 : Schéma représentatif de l'essai de mesure du coefficient d'absorption d'eau par immersion partielle

- Courbe de sorption

Afin de déterminer la quantité d’eau absorbée par l’isolant lorsqu’il est dans un milieu humide, ou traversé par un flux de vapeur d’eau, il faut déterminer sa courbe de sorption. Elle donne en effet la teneur en eau de l’isolant en fonction de l’humidité relative dans laquelle il se situe. Cette propriété est importante car elle va directement donner la quantité de vapeur d’eau qui va être retenue par le matériau. La courbe de sorption est déterminée selon la norme NF EN ISO 12571 par la méthode de la chambre climatique (AFNOR, Octobre 2000). L’isolant est placé dans une chambre climatique régulée à 23°C et à une humidité relative précise. Une fois la masse de l’isolant stabilisée, sa masse est mesurée pour en déduire la quantité d’eau absorbée. La mesure est réitérée pour différentes humidité relatives (par ordre croissant) et la courbe de sorption est ainsi obtenue. Dans cette étude, les mesures ont été effectuées pour une humidité relative fixée successivement à 50%, 80%, 93% et 97%.

Pour évaluer la teneur en eau maximale que peut avoir l’isolant, un essai d’absorption d’eau sous immersion totale à long terme (NF EN 12087 (AFNOR, Novembre 1997)) est réalisé. L’isolant après séchage est totalement immergé dans de l’eau pendant 28 jours. Il est ensuite sorti de l’eau et pesé afin de déterminer sa teneur en eau.

La courbe de sorption du PSE n’a pu être déterminée. Ce matériau n’absorbant pas d’humidité, les mesures n’auraient donné aucun résultat (Jerman M., 2012). Il peut être considéré alors que le matériau reste constamment à 0 kg/m³ de teneur en eau.