VBD - Villes et Bâtiments Durables

Expérimentations et Modélisations pour la Multiplication d’Applications des Panneaux Isolants sous Vide – EMMA-PIV

Super isolation thermique des bâtiments par panneaux isolant sous vide (PIV)

Expérimentations et Modélisations pour la Multiplication d’Applications des Panneaux Isolants sous Vide

Enjeux et objectifs

L'amélioration de l'efficacité énergétique de l'enveloppe du bâtiment en rénovation constitue le premier levier de réduction des rejets de gaz à effet de serre. En isolation thermique par l'intérieur, technique la plus répandue, on se heurte à l'absence de solutions acceptables techniquement et économiquement pour les planchers (travaux induits) et pour les murs (perte de surface habitable). Ces deux cas nécessitent le recours aux super isolants thermiques dont les plus performants sont les panneaux isolants sous vide (PIV), 6 à 10 fois meilleurs que les isolants traditionnels. <br />Le projet « EMMA-PIV » vise à garantir et améliorer leur aptitude à l’emploi sur des durées de vie acceptables pour le bâtiment (50 ans) pour des applications qui sont sollicitées, même brièvement, par des températures et des humidités élevées. <br />Deux objectifs sont donc poursuivis dans le projet : <br />• la prévision de durée de vie en conditions réelles par la modélisation des phénomènes physiques en jeu ; <br />• l'élargissement des domaines d'applications par l’augmentation de l’étanchéité et de la résistance aux fortes températures et/ou humidités. <br /> <br />Il y a un double enjeu attaché à ce projet. <br />Un enjeu énergétique et environnemental, car ce projet vise le développement de solutions PIV conciliant les impératifs de performance et la demande du marché, pour des applications de plus en plus variées (toitures, isolation par l’extérieur, équipements de production et distribution de chaleur, émetteurs de chaleur, …). <br />Un enjeu industriel et social également, car tout progrès réalisé dans la connaissance des comportements et l’amélioration des complexes barrières permettra le développement du marché des PIV, par l’extension du domaine d’emploi et la création de marges de manœuvre techniques permettant de mieux maîtriser le compromis performance / coût. <br />

La méthode employée pour y parvenir a consisté à mener en parallèle :
• une recherche amont portant sur
o l'identification des phénomènes physiques de transfert de masse opérant dans les ultra barrières utilisées comme enveloppes des PIV ; pour cela le projet a mis au point et réalisé un programme d’essais dédié à cette question.
o la modélisation aux différentes échelles (enveloppe barrière, PIV, système et bâtiment) afin de prévoir la performance en conditions réelles sur 50 ans ;
o la compréhension des mécanismes de dégradation des enveloppes barrière sollicitées en conditions sévères (températures supérieures ou égales à 50°C, avec ou sans humidité élevées) ;
• une recherche industrielle, explorant une à une les possibilités
o d'amélioration de l'étanchéité des enveloppes ;
o et les rendant plus résistantes aux températures et humidités les plus élevées rencontrées dans les applications bâtiment (enveloppe opaque et systèmes énergétiques comme l'ITE, la toiture, les éléments chauffants).

Pour les deux grandes tâches techniques qui correspondent aux deux objectifs cités précédemment, le programme de travail a été établi, les complexes barrière de référence ont été fabriqués et leur caractérisation réalisée.
Concernant la tâche de compréhension des phénomènes de transfert et leur modélisation les résultats majeurs sont à différentes échelles :
• Echelle films : plusieurs hypothèses pour modéliser les transferts de gaz ont été considérées. Toutes les approches convergent et donnent un flux 10 fois supérieur à ceux mesurés. Les hypothèses pouvant expliquer cet écart ont été analysées.
• Echelle panneau : Un modèle numérique de PIV a été développé prenant en compte i) les transferts d’air et d’humidité au travers des complexes barrières, et ii) le vieillissement possible du cœur. Il reproduit bien les vieillissements du PIV.
• Echelle système : A partir du modèle de PIV et de simulations thermique à l’échelle bâtiment et hygrothermique à l’échelle du système, on calcule les conditions effectivement subies par les PIV en œuvre.

Concernant la tâche d'amélioration des enveloppes barrières les résultats majeurs sont :
• Les phénomènes de dégradation en conditions sévères ont été identifiés et reliés aux matériaux employés ainsi qu’aux conditions d’exposition : gonflement du PET, hydrolyse du PET et des colles, corrosion de l’aluminium et délamination du complexe.
• Des solutions d'améliorations ont été identifiées et mises en œuvre à l’échelle industrielle. Deux démonstrateurs finaux ont été réalisés correspondant à des usages en conditions clémentes ou sévères dont on peut estimer l’augmentation de durée de vie du PIV à respectivement x2 et x10.

Les perspectives se situent à plusieurs niveaux : scientifique, technique et industriel :
• l'interprétation des écarts calcul / mesure à l'échelle du film barrière ;
• l'estimation expérimentale plus précise des perméances relatives de l'air sec et de la vapeur grâce à une technique développée en fin de projet et sa prise en compte dans les modèles et dans la structure des produits ;
• l'amélioration de la connaissance des défauts de barrière en œuvre ;
• la mise en place d'un modèle de vieillissement de la fonction barrière.

Le consortium a massivement participé aux deux Symposiums Internationaux sur l’Isolation sous Vide (IVIS 2013 et 2015) ; il est clairement la référence mondiale sur le sujet. Des articles de conférences et dans les journaux à comités de lecture ont été publiés, d’autres sont sur le point de l’être.
De nombreuses autres retombées sont également à signaler en normalisation (CEN-TC88-WG11) et en participation aux actions internationales (Annexe 65 IEA-EBC).
Deux demandes de brevet et un savoir-faire connexes à EMMA-PIV ont été déposés.

Le projet « EMMA-PIV » vise à garantir et améliorer l'aptitude à l’emploi de la solution de super isolation thermique de bâtiments à base de panneaux isolant sous vide (PIV). En particulier il traite de la prévision de durée de vie en conditions réelles par la modélisation des phénomènes physiques en jeux et de l'élargissement des domaines d'applications actuellement restreints aux faibles températures et faibles humidités.

En effet, en l’état actuel de nos connaissances, il est difficile d’assurer un fonctionnement performant des PIV sur des durées de vie acceptables pour le bâtiment (50 ans) pour des applications qui sont sollicitées, même sur de courtes durées, par des températures et des humidités élevées. Il faudrait pour cela progresser dans deux directions : la connaissance des transferts de masse au travers des complexes barrières et l’augmentation de l’étanchéité de ces complexes y compris lorsque exposés à des conditions sévères.

Il y a un double enjeu attaché à ce projet.
Un enjeu énergétique et environnemental tout d’abord, car ce projet vise le développement de solutions PIV conciliant les impératifs de performance et la demande du marché, pour des applications de plus en plus variées (isolation de toitures, isolation par l’extérieur, isolation de parois chauffantes et d’équipements de production de chaleur, ballons, émetteurs, isolation de réseaux de distribution d’air chaud ou d’eau chaude, …). Il peut ainsi permettre d’offrir la haute performance thermique à de nouveaux composants qui sans cet apport n’auraient pu être construits ou rénovés à ce niveau.
Un enjeu industriel et social également, car tout progrès réalisé dans la connaissance des comportements et l’amélioration des complexes barrières permettra le développement du marché des PIV, par l’extension du domaine d’emploi (donc favorisant une production de masse) et la création de marges de manœuvre techniques permettant de mieux maîtriser le compromis performance / coût.

Les moyens pour y parvenir consistent à mener en parallèle :
- une recherche amont portant sur l'identification et la modélisation des phénomènes physiques de transfert de masse opérant dans les ultra barrières utilisées comme enveloppe des PIV, ouvrant la voie à la prévision de la performance en conditions réelles sur 50 ans ;
- une recherche industrielle, explorant les possibilités d'amélioration de l'étanchéité des enveloppes et les rendant plus résistantes aux températures et humidités les plus élevées rencontrées dans les applications bâtiment (enveloppe opaque et systèmes énergétiques).

Coordinateur du projet

Monsieur Bernard YRIEIX (EDF RECHERCHE & DEVELOPPEMENT) – bernard.yrieix@edf.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

EMPA Swiss Federal Laboratories for Materials Testing & Research
EDF RECHERCHE & DEVELOPPEMENT
REXOR REXOR
LEPMI / LMOPS Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et des Interfaces
EDF
MICROTHERM MICROTHERM

Aide de l'ANR 738 553 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2013 - 42 Mois

Liens utiles

Explorez notre base de projets financés

 

 

L’ANR met à disposition ses jeux de données sur les projets, cliquez ici pour en savoir plus.

Inscrivez-vous à notre newsletter
pour recevoir nos actualités
S'inscrire à notre newsletter