Mesure in-situ de résistance thermique de parois de bâtiments – RESBATI

L’outil métrologique privilégié dans ce projet est la thermographie infrarouge en approche active. Cette technique consiste à produire artificiellement une excitation thermique de manière à créer un gradient de température dans la paroi étudiée et à enregistrer une séquence d'images thermiques. Différentes techniques d'analyse thermique (traitement d’images, modélisation, méthodes inverses) peuvent ensuite être appliquées de manière à obtenir des informations quantitatives caractéristiques dont la résistance thermique de la paroi à diagnostiquer. Le projet RESBATI tâchera de démontrer les points forts de l’approche active : le contrôle doit pouvoir être effectué à tout moment de l’année, pour tout type de bâtiment et d’utilisation de celui-ci (occupé ou non).

La robustesse des méthodes d'identification est testée grâce à un benchmark réalisé entre les différents partenaires du projet. Un prototype d'appareil sera testé sur des parois test instrumentées grâce aux chambres climatiques des partenaires (LNE (Cellule REBECCA), CEREMA et IFSTTAR). Les parois test seront au préalable caractérisées par le CSTB en utilisant la méthode normalisée de la Boîte Chaude Gardée. Une évaluation des incertitudes de mesure sera effectuée par le LNE afin de déterminer les erreurs de mesure en fonction des typologies de parois considérées: Isolation rapportée par l'intérieur (ITI) ou l'extérieur (ITE), mono-mur (brique multi-alvéolaire), ossature bois.

Le produit final qui sera développé à l’issue du projet comprendra :
- un appareil de mesure constitué de différents composants permettant la mise en œuvre de la thermographie infrarouge en mode actif (caméra thermique, système d’excitation, informatique embarquée), calibrés pour une utilisation sur le terrain;
- une instrumentation et une méthodologie adaptées à tout type d’utilisateur;
- une modélisation et une identification de paramètres robuste;
- l’affichage du résultat de la mesure et de l’incertitude associée.

Un état de l’art des méthodes de diagnostic des parois de bâtiments a été réalisé lors de la première phase du projet. Ce document fera l’objet d’une synthèse en anglais qui sera soumise pour publication comme article de Review fin 2018 ; une publication sous forme de livre de ce rapport complet est envisagée à la fin du projet (version française et/ou anglaise).

Un Benchmark de méthodes numériques pour l’estimation de paramètres a été réalisé entre quatre des partenaires du projet (CSTB, IFSTTAR, LNE et CERTES). Il a pour but de tester en aveugle la robustesse de différentes méthodes d’estimation de la résistance thermique de parois de bâtiments. Ce travail a fait l’objet d’un rapport intermédiaire et d'une communication orale à la journée scientifique du groupe METTI de la SFT le 2 mai 2018. Différentes publications et communications en congrès pourront être réalisées à partir de ce travail sur l’année universitaire 2018-2019.

Le choix des parois à tester et des conditions d'essais a conduit à la définition des lieux de ces essais avec une mobilisation significative des moyens d'essais des partenaires concernés (IFSTTAR, Cerema, CSTB et LNE). Ce choix a également conduit au dimensionnement d'une instrumentation à coeur des parois qui permettra le calage des modèles d'identification de la résistance thermique.

Des solutions innovantes d’instrumentation embarquée ont été mise en œuvre lors de la conception du prototype d’appareil de mesure. Ce travail a fait l’objet d’une communication au congrès européen de l’EGU à Vienne en avril 2018. Le prototype sera testé sur site fin 2018 et une version sera mise à disposition de professionnels volontaires afin de disposer d'un retour d'expérience de terrain.

Un questionnaire « Enquête Utilisateurs » a été établi par la société THEMACS Ingénierie en collaboration avec les autres partenaires du projet a été adressé sous forme électronique à des professionnels du bâtiment. La diffusion de ce questionnaire a été effectuée par les membres du comité de suivi du projet (ADEME, ALEC St Quentin en Yvelines, Fédération Française du Bâtiment). Le dépouillement de cette enquête sera effectué avant l’été 2018. Les résultats de cette enquête permettront de mieux cibler les attentes des utilisateurs afin de préparer la pré-série d’appareils qui sera testée dans la dernière phase du projet (courant 2019). Ceci permettra également de préciser les débouchés commerciaux de l'appareil et les situations de contrôle à privilégier (auto-contrôle sur chantier, diagnostic du bâti existant, diagnostic à réception des travaux).

«Problématique de l'estimation de la résistance thermique de parois courantes de bâtiments par thermographie infrarouge: apport et limitations de la réduction de modèles«, Auteurs: Laurent IBOS, Thanh-Tung HA, Vincent FEUILLET (CERTES), Julien WAEYTENS, Zohra DJATOUTI, Jean DUMOULIN (IFSTTAR), Simon THEBAULT, Kamel ZIBOUCHE, Rémi BOUCHIE (CSTB), Véronique LE SANT (LNE). Communication à la Journée SFT « Méthodes inverses en Thermique du Bâtiment » (2 mai 2018, Paris), présentant une sythèse du benchmark des méthodes d'estimation de résistance thermique de parois de bâtiments

“Smart and light data logger for thermal and environmental monitoring”, Auteurs: L. Gavérina, J. Dumoulin, J. Waeytens (IFSTTAR), J-P. Monchau (THEMACS Ingénierie), L. Ibos (CERTES). Poster présenté au congrès de l’EGU (avril 2018, Vienne), décrivant l'architecture de l'appareil de mesure prototype développé (électronique embarquée, sources d'excitations, capteurs utilisés, protocoles de communication...)

Le niveau d’isolation thermique des parois opaques demeure l’un des points essentiels pour l’amélioration de l’efficacité énergétique des bâtiments. En effet, le nombre de bâtiments existants imparfaitement isolés en France reste à ce jour très important. De plus, la réglementation thermique actuelle recommande de hauts niveaux d’isolation thermique qui vont continuer à s’accroître puisque tout bâtiment neuf devra être à énergie positive (RT2020). Pourtant, il n’existe pas de méthode de mesure systématique du niveau d’isolation thermique des parois de bâtiment. Les performances thermiques de celles-ci doivent pouvoir être contrôlées en vue de la rénovation du bâtiment, pendant sa construction, à sa livraison ou au cours de son utilisation. Le besoin d’une méthode de contrôle in-situ de paroi est donc plus que jamais d’actualité. Une telle mesure à l’échelle de la paroi constitue un complément intéressant aux méthodes globales (co-heating, etc.) de bilan énergétique du bâtiment dans son ensemble.

Le paramètre physique représentant la qualité d’une enveloppe d’un point de vue de l’isolation thermique est sa résistance thermique. Actuellement, des méthodes de mesure de cette grandeur existent, soit à l’état de mesures de laboratoire ou exploratoires, soit dans le cadre de normes internationales ou de projets de norme. Cependant, chacune de ces méthodes ne remplit pas toutes les conditions garantissant une mesure universelle : utilisation sur tout type de paroi et de bâtiment, à tout moment de l’année, faible durée de mesure, simplicité d’utilisation, coût de revient modéré. L’objectif du projet RESBATI (mesure in-situ de RESistance thermique de parois de BATIment) est de développer un dispositif de mesure in-situ répondant à ce cahier des charges. L’outil métrologique privilégié est la thermographie infrarouge en approche active. On identifiera lors du projet l’incertitude de la mesure et ses limites d’utilisation.

La thermographie infrarouge en mode passif a fait la preuve depuis de nombreuses années de sa capacité à révéler notamment la présence de défauts d’isolation dans les bâtiments. Cependant, elle demeure essentiellement qualitative. L’approche active de la thermographie infrarouge est peu utilisée dans le bâtiment malgré l’existence de travaux de recherche ayant montré la possibilité d’obtention d’informations quantitatives telles que la résistance thermique de la paroi à diagnostiquer. Le projet RESBATI s'emploiera à démontrer le potentiel de l’approche active afin que le contrôle puisse être effectué en toute saison, pour tout type de bâtiment et d’utilisation de celui-ci (occupé ou non) et rapidement. L’approche passive interviendra néanmoins en complément car elle ne nécessite pas de matériel supplémentaire assurant la sollicitation thermique de la paroi à diagnostiquer et permet d’accéder à l’analyse de surfaces de paroi plus importantes.

Le consortium proposé réunit des partenaires très complémentaires intervenant à différents niveaux du bâtiment : laboratoires de recherche, centre technique, laboratoire national de métrologie, entreprise innovante, organisme de normalisation. Le stade avancé des connaissances et des réalisations antérieures des différents partenaires sur le sujet permet d’envisager le développement d’une telle méthode de mesure avec incertitude associée et la mise au point de prototypes. De nombreuses installations seront mises à disposition par les partenaires pour la qualification du/des prototype(s) : chambres climatiques pour les essais en laboratoire, sites réels pour les qualifications de terrain. Ainsi, une grande variété de parois (structure et niveau d’isolation) pourra être testée. De plus, ces bâtiments présentent des usages variés (immeuble d’habitation occupé, locaux tertiaires). Dans la dernière phase du projet, des mesures seront effectuées sur chantier par des utilisateurs du dispositif.