Les super-isolants, solution future pour la course à la performance ?

Isovip-Isover
Crédit : Pose Isovip – site Isover.

Les exigences de performances des isolations thermiques du bâti ne cessent d’être renforcées. Pour les satisfaire, c’est bien souvent l’épaisseur de l’isolant qui est augmentée, au détriment de la surface habitable. Lorsque les ITE (Isolation Thermique par l’Extérieur) ne sont pas envisageables car trop coûteuses ou sur un bâtiment en zone classée, l’isolation par l’intérieur est incontournable. Isoler des murs par l’intérieur requiert aujourd’hui une quinzaine de centimètres d’un isolant classique. Tout l’enjeu actuel pour les industriels est de réduire cette épaisseur, tout en utilisant une solution rapide à poser car le site est généralement occupé pendant les travaux. Les isolants minces pourraient convenir mais ils ne sont malheureusement pas à la hauteur des performances thermiques requises. Les super-isolants semblent mieux répondre à ce besoin, même s’ils restent chers et nécessitent encore quelques améliorations.

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Les super-isolants : un vrai tournant en termes de performances thermiques

La famille des super-isolants bouscule les seuils de performances traditionnels. Leur pouvoir isolant pourrait être jusqu’à 5 fois meilleur que celui des isolants « classiques » utilisés en masse aujourd’hui (laine de verre, laine de roche, polystyrène…). Grâce à une structure très poreuse, la conductivité thermique de ces super-isolants passe sous celle de l’air immobile, seuil remarquable. Ce sont des nanostructures particulièrement complexes, d’où le temps nécessaire consacré à la recherche sur ces nouveaux procédé d‘isolation thermique.

Deux types de super-isolants se distinguent : les panneaux isolants sous vide (PIV) et les super-isolants à pression atmosphérique (SIPA) dont le plus connu est l’aérogel de silice. Ces matériaux sont à l’étude depuis une quinzaine d’années déjà et ont connu de belles avancées dans les années 2010. Quelques produits à base de ces super-isolants sont commercialisés mais certains freins doivent encore être contournés, notamment leur résistance mécanique et leur durabilité pour pouvoir les utiliser comme procédés d’isolation thermique à plus grande échelle.

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Les panneaux isolants sous vide : fins et performants…

Les PIV ou VIP (Vacuum Insulation Panel) ne sont pas nouveaux. Ils ont d’abord été utilisés pour l’isolation de machines frigorifiques telles que les réfrigérateurs, congélateurs, chambres froides ou camion de transport de marchandises froides. Leur application en rénovation thermique de bâtiment est en revanche plus récente. Ces panneaux isolants sont constitués d’un noyau nanoporeux à base de silice, entouré d’un film multicouches comprenant de l’aluminium et mis sous vide. Le matériau ainsi mis sous vide est très peu conducteur de chaleur. L’aluminium sert quant à lui à repousser le rayonnement.

Les panneaux isolants sous vide atteignent une conductivité thermique de l’ordre de 0,006 W/m.K. En comparaison, une laine de verre a une conductivité thermique d’environ 0,04 W/m.K, soit presque 7 fois plus élevée. Ainsi, un tel panneau de 3 cm à peine permettrait d’atteindre une résistance thermique de 5 W/m².K. Cette faible épaisseur rendrait l’isolation intérieure des murs possible même dans les habitations de petite surface.

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…mais fragiles

Depuis fin 2015, des Avis Techniques attribués par le CSTB commencent à paraitre sur des panneaux isolant sous vide, par exemple sur le panneau Bepiv de Betsinor. D’autres obtiennent la certification ACERMI comme le panneau Isovip conçu par Isover, filiale du groupe Saint-Gobain et parmi les leaders sur le marché de l’isolation.

Betsinor

Mais les PIV connaissent encore des freins. En juillet 2016, la Commission Prévention Produits (C2P) de l’Agence Qualité Construction a mis en observation la nouvelle famille d’avis techniques relatifs aux procédés d’isolation de murs avec PIV. La C2P travaille sur les textes définissant la mise en œuvre des produits et procédés du bâtiment. Son rôle est notamment d’identifier les risques potentiels liés aux produits ou aux techniques employées. Les mises en observations ne sont finalement que l’avis d’un groupe d’experts destiné à mettre en garde les professionnels et à guider leur choix de produits ainsi qu’à prévenir les assureurs des techniques présentant des risques. Cette mise en observation concerne notamment le système développé par Isover, Optima PIV, conçu à partir du panneau Isovip. Ce dernier a finalement été validé et classé en Liste Verte après qu’Isover ait apporté des preuves suffisantes en réponse aux craintes de l’AQC. Ces inquiétudes concernent le risque de percement de l’enveloppe de l’isolant et donc de dégradation majeure de la résistance thermique ainsi que la discontinuité des propriétés hygrothermiques due à l’utilisation de laine de verre pour combler les espaces laissés entre deux PIV.

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Le risque lié au percement est en effet une problématique nouvelle liée aux panneaux isolants sous vide. Il est clair que leur percement risque d’altérer l’étanchéité de l’enveloppe et donc les performances du panneau, qui reposent justement sur la mise sous vide. Ce percement peut subvenir n’importe quand lorsque le panneau est installé au mur, le risque étant accru dans les résidences collectives puisque l’habitant n’est pas nécessairement sensibilisé à cette problématique. La technique de pose employée, notamment le système de fixation, représente aussi un risque puisque les panneaux PIV sont fragiles. Leur enveloppe doit être résistante pour que la mise sous vide soit durable.

La continuité de l’isolation peut également être remise en question. Les panneaux isolants sous vide ne peuvent pas être découpés. Il est donc impossible de recouvrir la totalité d’un mur avec ce procédé, à moins de se procurer des panneaux faits sur-mesure. Les espaces ne pouvant être comblés par un PIV doivent alors accueillir un autre système isolant, une porte ouverte aux ponts thermiques. Les ponts thermiques sont des défauts d’isolation ponctuels pouvant être provoqués par exemple par un contact entre deux matériaux ayant des conductivités thermiques différentes. Le risque de pont thermique est donc élevé au niveau de la jonction entre le PIV et l’autre isolant.

Le développement des panneaux isolants sous vide doit donc passer par une sensibilisation des professionnels sur ces problématiques. Une formation sur le calepinage est nécessaire pour optimiser la répartition des panneaux sur le mur et ainsi limiter les lieux de potentiels ponts thermiques. Pour contrer cette difficulté, les fabricants peuvent imaginer des outils d’aide au calepinage et à la pose des PIV. Isover propose par exemple un configurateur destiné aux professionnels de la construction pour les guider dans la bonne disposition des panneaux sur les murs et calculer la résistance thermique associée à chaque configuration.

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Les aérogels de silice : légers et résistants

Le deuxième type de super-isolant est l’aérogel de silice, un super-isolant à pression atmosphérique (SIPA), sous forme de solide nanostructuré très poreux. La porosité de ces matériaux peut atteindre 99% (i.e. le volume des pores représente 99% du volume total du matériau) avec des pores de la taille du nanomètre (i.e. leur diamètre approche les 10-9 m). Ils sont par conséquent peu denses. Leur densité et leur porosité confèrent à ces matériaux des applications très spécifiques, dans des secteurs de pointe comme le spatial.

Les années 2010 ont notamment été marquées par des recherches sur la création de bio-aérogels à base de pectine. Ces recherches menées conjointement par le CEMEF (Centre de Mise en Forme des Matériaux) à Sophia Antipolis et le centre PERSEE (Procédés, Energies Renouvelables et Systèmes Energétiques) de Mines ParisTech ont montré que la pectine permettait d’améliorer la résistance mécanique de l’aérogel, tout en le rendant biodégradable. Le réseau de particules de la pectine vient renforcer la nanostructure de l’aérogel. Ce dernier devient ainsi plus résistant à la compression, une qualité indispensable pour la formation de panneaux isolants. Cet Aéropectine a d’ailleurs été primé par l’ADEME en 2014 avec le prix des Techniques Innovantes pour l’Environnement, dans la catégorie Matériaux.

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C’est d’ailleurs à Sophia Antipolis qu’a eu lieu très récemment (du 21 au 23 septembre 2016) la troisième édition de l’International Seminar on Aerogels, dédié à au procédé de synthèse des aérogels ainsi qu’à ses propriétés physiques et ses applications. Parmi les entités à suivre pour le développement des aérogels, on peut citer PERSEE et le CEMEF mais également Enersens, fabricant très actif sur le secteur des super-isolants.

Les aérogels peuvent déjà se trouver sur le marché sous forme d’enduits isolants, mortiers, ciments ou granulés pour le double vitrage. Le matériau étant semi-transparent, il ne perturbe pas l’entrée de la luminosité ni les apports thermiques solaires. Leur utilisation en panneaux isolants reste encore à développer. Leur conductivité thermique pourrait atteindre 0,015 W/m.K, soit presque 3 fois moins que celle de la laine verre.

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