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Explications et calculs

Migration de la vapeur d'eau : Explications et Calculs

Comment la vapeur d'eau migre t'elle au travers des parois ?

Pour information, les molécules de vapeur d'eau sont environ 20 fois plus dispersées que les molécules d'eau.
La vapeur d'eau migre donc au travers de la plupart des matériaux, y compris au travers du béton dense.
Ce transfert des molécules de vapeur d'eau se fait sans mouvement de l'air, de la zone de haute pression partielle (face chaude du mur, du côté intérieur de la maison) vers la zone de basse pression partielle (face froide du mur, du côté extérieur de la maison).
Le transfert de cette vapeur d'eau est plus ou moins rapide suivant la perméabilité des matériaux exprimée par le "coefficient Mu" (coefficient de résistance à la diffusion de la vapeur d'eau d'un matériau).

 

Comment peut-on calculer s'il y a un risque de point de rosée ?

La vapeur d'eau est soumise à une pression dite pression partielle, variable de 0 kN/m² (air sec avec 0% d'humidité relative) jusqu'à un maximum appelé pression de saturation (pression à laquelle la vapeur d'eau devient liquide : air saturé avec 100% d'humidité relative).
Pour éviter le point de rosée, il faut donc que les pressions partielles à l'intérieur du mur n'atteignent jamais la pression de saturation !...

Les pressions de saturation sont de moins en moins élevées au fur et à mesure que les températures diminuent (cfr diagramme de Mollier)
Puisque la courbe des pressions de saturation est fonction de celle des températures, il faut donc commencer par déterminer la courbe des températures à l'intérieur d'une paroi.


1ère étape : Déterminer la courbe des températures dans une paroi

 
La température à l'intérieur de la paroi va décroitre proportionnellement à la résistance thermique de chaque composant de cette paroi.

Prenons un exemple pour être plus clair :

Supposons une température de 20° à l'intérieur de la maison et -10° du côté extérieur, soit une différence totale de température de 30°.

Pour illustrer notre calcul, nous représentons ci-contre un mur en Global Construct avec la composition suivante (en partant de l'intérieur de la maison, à droite sur notre croquis ci-contre) :
un plafonnage de platre de 1 cm d'épaisseur,
puis les blocs de béton pleins de 20 cm d'épaisseur, ensuite les blocs de Néopor de 20 cm d'épaisseur,
et enfin un crépi de 1 cm d'épaisseur sur la face extérieure du mur.

Il faut donc calculer la résistance thermique de chacun de ces composants pour connaitre la courbe des températures à l'intérieur de ce mur.
Concrètement, si un matériau est conducteur (ou avec une conductivité thermique - lambda - élevée : le béton dans notre exemple), il présentera peu de résistance au transfert des calories (résistance thermique faible).
Si au contraire un matériau est isolant (conductivité thermique - lambda - faible, tel que le Neopor), sa résistance thermique sera importante.
 Diffusion Description mur
 Tableau Calculs R
Ainsi, la résistance thermique R est le rapport de l'épaisseur e d'un matériau divisé par le coefficient de conductivité thermique (lambda) de ce matériau : R = e / lambda
La résistance thermique totale d'une paroi est bien sûr la somme des résistances thermiques de chacun des composants de cette paroi.
Vous pouvez voir dans le tableau ci-dessus le détail du calcul pour notre exemple ; soit R plafonnage + R béton + R Neopor + R crépi = 6,59 m²K/W
(N.B. : Les résistances thermiques d'échange superficiel - Ri + Re - sont  négligées dans notre calcul parce qu'elles ont très peu d'incidence sur le résultat ainsi que par souci de simplicité)
Par rapport à cette résistance thermique totale (6,59 m²K/W = 100%), on peut alors déterminer la proportion que représente la résistance thermique de chaque composant du mur.
Qu'est-ce que cela veut dire, par exemple, pour le Neopor qui représente 97,88 % (6,45 par rapport à 6,59 m²K/W) de la résistance thermique totale de notre mur ?
Cela signifie que 97,88% de la différence totale de température entre l'intérieur et l'extérieur du mur (rappel : 30°) se marquera à l'intérieur cette portion de mur, soit 29,36°.

De cette façon, on peut déterminer la température à l'entrée et à la sortie de chacun des composants du mur et dessiner à l'échelle la courbe des températures comme ci-contre.
 
 
2ème étape : Déterminer la courbe des pressions de saturation Ps dans la paroi

Pour rappel, la courbe des pressions de saturation est fonction de celle des températures.
Le diagramme de Mollier nous donne les pressions de saturation correspondant aux températures.
 Pressions saturation
 
3ème étape : Déterminer la courbe des pressions partielles p dans la paroi
Comme expliqué plus haut, dans une paroi, les pressions partielles subies par la vapeur d'eau vont en décroissant du plus chaud au plus froid.

Ces pressions partielles seront fonction de la température et de l'humidité relative (HR) dans l'air.
La composante des températures est prise en compte par la courbe des pressions de saturation Ps (cfr 2ème étape du calcul, ci-dessus).
Les pressions partielles p seront alors proportionnelles aux pressions de saturation, en fonction de l'humidité dans l'air : p = Ps x HR
Supposons des conditions défavorables avec l'exemple de mur que nous étudions :

. Du côté intérieur : Salle de bains avec une humidité relative (HR) élevée : HR = 80 % !
La pression partielle de la vapeur d'eau y serait alors de 1,88 kN/m² (2,35 kN/m² x 80%).

. Du côté extérieur : Supposons également une humidité relative très élevée (Brouillard givrant) : HR = 90 % !
La pression partielle y serait donc de 0,25 kN/m² (0,28 kN/m² x 90%).

 
 Diffusion HR
Pour rappel, le but du calcul est de savoir si la pression partielle atteint à un endroit quelconque à l'intérieur du mur la pression de saturation ; autrement dit, le but est de savoir si la vapeur d'eau condense quelque part dans le mur...
Pour le vérifier, il y a donc lieu de de dessiner le diagramme des pressions partielles à l'intérieur du mur.

Comment alors la pression partielle de la vapeur d'eau décroit-elle à l'intérieur du mur, du plus chaud vers le plus froid ?

Elle décroit proportionnellement à la résistance à la diffusion de la vapeur d'eau r' des composants de la paroi.
Cette résistance r' est le produit de l'épaisseur e du matériau et du coefficient Mu de ce matériau : r' = e x Mu

Rappel : Le transfert de la vapeur d'eau est plus ou moins rapide suivant la perméabilité des matériaux exprimée par le coefficient Mu (coefficient de résistance à la diffusion de la vapeur d'eau d'un matériau).
 
Vous pouvez voir dans le tableau ci-contre le détail du calcul pour notre exemple.

La résistance totale r't de la paroi à la diffusion de la vapeur d'eau est la somme des r' : 21,1 dans notre calcul.

Notons que la résistance r' du composant de mur "Blocs pleins de béton" représente seule plus de 71% de r't.

Grâce à cette résistance importante à la diffusion de la vapeur d'eau du mur massif en béton, la courbe des pressions partielles (en vert) s'infléchit nettement et s'écarte clairement de la courbe des pressions de saturation (en rose).

Dans notre exemple, il n'y a donc pas de point d'intersection entre la courbe des pressions de saturation et celle des pressions partielles.
Cela signifie qu'il n'y a pas de point de rosée ou condensation de la vapeur d'eau.
 Calculs r'
 
 Diffusion Global 20