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Evaluation
matériaux consistants des murs végétalisés
Laurent Libessart, HEI
Sébastien Gavory, Groupe ISA
Evaluation des conductivités thermiques
matériaux consistants des murs végétalisés
Groupe ISA - ITIAPE
des
matériaux consistants des murs végétalisés
Bâti et biodiversité Positive
Avant de détailler le projet technique sur les mesures expérimentales de conductivités thermiques, il est
nécessaire de rappeler dans quel contexte ce travail s’inscrit. En effet, il fait parti d’un ensemble plus
conséquent sous l’intitulé : « Bâti et Biodiversité
Pour mener à bien ce projet complexe, une équipe
approche écologique, sensorielle, paysagère, sociologique, technique, marketing, urbanistique et
architecturale.
Les porteurs de BBP sont :
– NORPAC, Groupe Bouygues Construction, filiale Nord
– IDDR (Institut du Développement Durable et Responsable de l’Université Catholique de Lille),
porté par l’Institut Catholique de Lille Avec comme partenaires :
– Elan, Groupe Bouygues Construction, unité spécialisée en management de projets.
– Ville de Lille – Direction des Parcs et Jardins.
– HEI, école d’ingénieur généraliste : pôle Énergie, Habitat et Environnement (Laboratoire Génie Civil et g
– CRESGE, centre d’étude en sociologie de l’habitat.
– Groupe ISA, école d’ingénieur généraliste en Agriculture, agroalimentaire et environnement :
Laboratoire d’analyse sensorielle ; pôle paysage ; équipe Sols et EnvirGénie Civil et géo-Environnement Nord de France).
– FLST (Faculté Libre des Sciences et Technologies) : laboratoire Environnement & Santé.
Les objectifs de la collaboration sont les
Alimenter et diffuser les cbiodiversité en termes de fonctionnalité, d’intégration et de perception.
Élaborer un guide pédagogique et méthodologique pour aider les professionnels de l’immobilier à concevoir un quartier à biodiversité positive.
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Introduction
Avant de détailler le projet technique sur les mesures expérimentales de conductivités thermiques, il est
nécessaire de rappeler dans quel contexte ce travail s’inscrit. En effet, il fait parti d’un ensemble plus
Bâti et Biodiversité & Positive » soit « BBP ».
Pour mener à bien ce projet complexe, une équipe pluridisciplinaire a été composée pour croiser une
approche écologique, sensorielle, paysagère, sociologique, technique, marketing, urbanistique et
, Groupe Bouygues Construction, filiale Nord-Pas de Calais.
IDDR (Institut du Développement Durable et Responsable de l’Université Catholique de Lille), porté par l’Institut Catholique de Lille
Elan, Groupe Bouygues Construction, unité spécialisée en management de projets.
Direction des Parcs et Jardins.
HEI, école d’ingénieur généraliste : pôle Énergie, Habitat et Environnement (et géo-Environnement Nord de France).
CRESGE, centre d’étude en sociologie de l’habitat.
Groupe ISA, école d’ingénieur généraliste en Agriculture, agroalimentaire et environnement : Laboratoire d’analyse sensorielle ; pôle paysage ; équipe Sols et Environnement (Laborato
Environnement Nord de France).
FLST (Faculté Libre des Sciences et Technologies) : laboratoire Environnement & Santé.
Les objectifs de la collaboration sont les suivants :
Alimenter et diffuser les connaissances sur les relations entre bâti, VRD, espaces verts etbiodiversité en termes de fonctionnalité, d’intégration et de perception.
Élaborer un guide pédagogique et méthodologique pour aider les professionnels de l’immobilier quartier à biodiversité positive.
Avant de détailler le projet technique sur les mesures expérimentales de conductivités thermiques, il est
nécessaire de rappeler dans quel contexte ce travail s’inscrit. En effet, il fait parti d’un ensemble plus
a été composée pour croiser une
approche écologique, sensorielle, paysagère, sociologique, technique, marketing, urbanistique et
IDDR (Institut du Développement Durable et Responsable de l’Université Catholique de Lille),
Elan, Groupe Bouygues Construction, unité spécialisée en management de projets.
HEI, école d’ingénieur généraliste : pôle Énergie, Habitat et Environnement (Axe Habitat du
Groupe ISA, école d’ingénieur généraliste en Agriculture, agroalimentaire et environnement : onnement (Laboratoire
FLST (Faculté Libre des Sciences et Technologies) : laboratoire Environnement & Santé.
onnaissances sur les relations entre bâti, VRD, espaces verts et
Élaborer un guide pédagogique et méthodologique pour aider les professionnels de l’immobilier
Bâti et biodiversité Positive
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Pour notre partie technique, l’objectif principal est de :
• Déterminer les bénéfices techniques que peut apporter un mur végétalisé au bâti
– en mesurant les performances thermiques et acoustiques d’un mur végétal en laboratoire et in-situ ;
– en déterminant et en caractérisant les performances des différents éléments constitutifs de l’ouvrage et du couvert végétal.
Pour ce projet, nous allons, tout d’abord, caractériser les constituants d’un mur végétalisé en laboratoire,
pour ensuite créer le dispositif vertical en conditions extérieurs pour au final l’intégrer sur les murs des
bâtiments à construire (site de Libercourt).
Ce rapport concernera donc la détermination de la conductivité des constituants des murs végétalisés.
Deux groupes d’étudiants ont participé à ce projet, nous tenons donc à remercier Nicolas Bouxin, Victor
Neuville, Rémi Preux, étudiants en 5e année à HEI et Pierre Bountham, Rémi Calesse, Damien Dransart
et José Valenzuela, étudiants en 4e année à HEI.
Quelques rappels :
Unités de performance thermique :
La résistance thermique exprimée en m2.K/W, s’obtient par le rapport de l’épaisseur (en mètres) sur la
conductivité thermique (lambda) du matériau considéré.
• Résistance thermique (R) : pour rendre compte de l’isolation thermique d’un matériau, nous
avons besoin de connaître la résistance aux flux de chaleur (m2.K/W) présentée par ce matériau
d’épaisseur donnée. Plus la résistance thermique R est grande, plus le matériau est isolant.
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• Conductivité thermique ( λ ) : la conductivité thermique lambda (λ ) est la quantité de chaleur
W/m.K pouvant être transférée dans un matériau en un temps donné. Plus la valeur λ est petite,
plus le matériau, à épaisseur égale, est isolant. Les isolants ont des λ < 0,06 W/mK.
Par exemple, un isolant de 200 mm d’épaisseur, ayant une conductivité thermique (λ ) de 0,040
W/(m.K) a une résistance thermique (R) égale à 5m2K/W. Un isolant de 200mm d’épaisseur ayant une
conductivité thermique (λ ) de 0,032 W/(m.K) a une résistance thermique (R) égale à 6,25m2K/W.
A épaisseur identique on peut donc avoir une performance thermique différente.
Voici quelques valeurs de conductivités de matériaux en W/m°C :
– Matériaux conducteurs: pierre, béton : 0,6 < λ < 5
– Isolants type briques : 0,2 < λ< 0,6
– Bons isolants: bois, laine minérale λ < 0,2
– Air immobile: λ= 0,024
Le tableau ci-après donne des ordres de grandeur générique par famille d’isolants. Il ne préjuge pas des
valeurs des produits mis sur le marché, qui sont fonction des composants, de la qualité de fabrication, du
contrôle de production et de la fiabilité des déclarations.
Produit d'isolation / Performance thermique
Lambda sec à 10°C (λ ) * les produits à base végétale et animale ont un lambda utile plus
élevé (pour tenir compte de la reprise d’humidité), le lambda ci-dessous doit donc être majoré
Laine de verre λ =0.030 à 0.040
Laine de roche λ =0.034 à 0.040
Laine de chanvre λ =0.041 à 0.044
Polystryrène (PSE) λ =0.030 à 0.038
XPS λ =0.029 à 0.035
Plume de canard λ =0.040 à 0.042
Polyuréthane λ =0.021 à 0.028
Laine de bois λ =0.038 à 0.060
Laine de mouton λ =0.039 à 0.042
Laine de lin λ =0.037 à 0.041
Ouate de cellulose λ =0.038 à 0.040
Laine de coton λ =0.039 à 0.042
Textiles recyclés λ =0.039 à 0.042
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Le tableau ci-dessous provient d’une étude réalisée par « La Maison Ecologique n°5 », il permet de
comparer les isolants suivants différents critères.
Va
leur
isol
ant
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Dur
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té
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cen
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(po
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suffl
atio
n o
u
dév
ers
eme
nt)
Liège expansé 5 5 2 3 5 4 2 26
Granule de chanvre 4 5 2 3 5 4 3 26
Granule de chanvre bitumé 1 5 2 2 5 3 1 19
Laine de cellulose 5 4 2 3 5 5 3 27
Laine de lin ou chanvre 5 4 2 3 5 4 2 25
Laine de mouton 5 5 2 2 5 5 2 26
Argile expansée 2 5 5 3 4 4 2 25
Perlite ou vermiculite 3 5 5 2 4 3 2 24
Laine minérale avec pare vapeur 5 4 2 1 1 1 5 19
Polystyrène 5 2 1 1 1 1 5 16
Pa
nne
aux
rig
ide
s
Liège expansé 5 5 2 3 4 4 1 24
Laine de bois 5 4 2 3 5 5 2 26
Laine de cellulose 5 4 2 3 5 5 2 26
Laine minérale 5 4 4 2 1 1 5 22
Pa
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se
mi-r
igid
e
ou
ro
ule
aux
Laine de cellulose 5 4 2 3 5 5 3 27
Laine de lin ou de chanvre 5 4 2 3 4 4 2 24
Laine de coton 5 4 2 3 4 4 1 23
Laine de mouton 5 4 2 3 5 5 2 26
Laine de coco 4 4 2 3 4 4 2 23
Laine minérale avec pare vapeur 5 4 2 1 1 1 5 19
Où se situeront nos constituants ? Seront-ils considérés comme isolants ?
D’après l’étude bibliographique, nous remarquons que les expérimentations se déroulent le plus souvent
en conditions extrêmes et essentiellement l’été. De plus, les résultats obtenus prennent en considération
tout le système (support + végétalisation) et touche davantage l’environnement proche que le confort à
l’intérieur du bâtiment. Enfin, nous trouvons peu de caractérisation des matériaux constituants.
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Généralités sur les murs végétalisés
Concernant la végétalisation de surface de bâtiment, les études portent en général sur les toitures-
terrasses et peu sur les murs. Voici le retour de l’analyse bibliographique :
I. Intérêts des murs végétalisés
L’idée de créer des murs végétalisés ou murs végétaux a progressivement fait son chemin. Cette
tendance est principalement venue d’Allemagne où dès le début des années 70, des artistes et des
architectes ont décidé de soutenir cette idée de construire des bâtiments plus respectueux de
l’environnement. Des politiques d’encouragement pour la réalisation de façades vertes s’en sont suivies.
Ainsi, entre 1983 et 1997, près de 250 000 m² de façades vertes ont été installées dans la capitale
allemande [1]. Cette démarche s’est ensuite propagée en Europe et dans le monde, et voici les premiers
bilans obtenus :
a. Impact acoustique
Dans les villes, les populations sont, en raison du manque de place, de plus en plus souvent logées à
proximité de grands axes routiers les exposant à la pollution sonore. La végétalisation verticale peut
donc constituer un axe important dans la lutte contre cette pollution sonore. Ce que l’on sait depuis
longtemps, c’est que la présence au sol de végétaux en milieu urbain diminue de façon significative la
pollution sonore. Plusieurs expériences ont été menées pour arriver à cette conclusion : la présence de
végétation peut conduire à une réduction du bruit pouvant atteindre 20 dB selon la nature et la
disposition de la végétation. Cette réalité à conduit à se demander si les murs végétalisés présentent
également des intérêts acoustiques. En fait, cela dépend de la fréquence du bruit qui atteint le mur et
également de la nature des végétaux installés mais d’une manière générale, le mur végétalisé grâce à son
pouvoir d’absorption et de diffusion permet de réduire le bruit jusqu’à 10 dB. Cette réduction a
essentiellement été mesurée pour les faibles et moyennes fréquences [2].
Cependant, en raison de son coût élevé par rapport à des moyens plus traditionnel, le mur végétalisé ne
doit pas être choisi uniquement pour ses vertus acoustiques. Par contre, il peut être préconisé en
intérieur pour assurer la discrétion d’une salle de réunion [2][3].
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6
b. Lutter contre la pollution de l’air
Grâce aux parties végétatives des plantes qui constituent le mur végétalisé, ce dernier est capable de
fixer ou d’absorber des particules et de nombreux polluants nocifs pout l’homme mais également des
pollens allergènes. Une façade verte a le pouvoir de bloquer plus facilement le mouvement de ces
particules le long d’un bâtiment. En effet, lorsque le béton, la brique, la pierre ou le verre sont chauffés
pendant les mois d'été, des mouvements verticaux de l'air sont créés et les particules de poussière, de
saleté et de pollution qui se trouve sur le terrain et dans l'air se propagent. Grâce au mur végétalisé, les
particules peuvent être en partie adsorbées ou piégées par les parties végétatives ou les micro-
organismes présents dans le substrat ou par les éléments constitutifs de ce dernier. En effet, les
précipitations peuvent permettre l’infiltration de certaines substances dans le support de culture
[4][5][6]. Les plantes représentent également un puits de carbone et permettent ainsi de stocker le CO2.
Cette capacité et ce potentiel a d’ailleurs été mesurée et mis en évidence sur une toiture-terrasse [7].
Ainsi, les murs végétaux peuvent contribuer à diminuer les problèmes de santé de type respiratoire mais
également à ralentir le processus de vieillissement des façades des bâtiments en luttant contre la
corrosion due à la pollution [8].
c. Diminution de la chaleur en ville
Des recherches ont démontré qu’il existe un potentiel non négligeable de réduction de la température de
l’air ambiant [9] dans les îlots de chaleur urbains lorsque les enveloppes des bâtiments ainsi que leur toit
sont recouvertes de végétation. Au plus le climat est chaud et sec, au plus l'effet de la végétation sur les
températures en milieu urbain est important. Il a d’ailleurs été démontré que les murs végétaux étaient
de meilleurs candidats que la toiture végétale pour créer un microclimat rafraichissant dans les espaces
urbains étroits [10]. A l’échelle de la ville, la combinaison des murs végétalisés et des toits végétalisés
permettent en fait d’agir encore plus efficacement sur la température en ville. Quand les murs
végétalisés sont associés à des toitures végétalisées, ils permettent une diminution sensible de la
température relevée. Appliqué à un îlot urbain, un microclimat est créé [10]. Appliqué à toute une ville,
la température diminue de façon plus globale.
Bâti et biodiversité Positive
7
Le phénomène de refroidissement est fortement lié à l’évapotranspiration des plantes et du substrat
constituant le milieu de culture [11] :
Type de plante : diversification de la palette végétale
Exposition des plantes et du mur
Climat (sec/humide)
Vitesse du vent
Humidité du substrat et gestion de l’arrosage.
d. Effet thermique des murs végétaux :
Plusieurs études ont soulignées l’effet des murs végétaux sur les températures de surface des bâtiments
qu’ils recouvrent. Elles démontrent qu’ils ont tendance à les diminuer par rapport à une façade témoin,
vierge de toute végétalisation [8][11][12].
Il a également été relevé que plusieurs paramètres influençaient le gain d’énergie observé. Ils sont
regroupés autour de trois mécanismes fondamentaux [9][10][11][13][15][16] :
• l’interception des rayons solaire par l’effet d’ombre mis en place par la végétation :
densité du feuillage (nombre de couches)
répartition homogène du feuillage sur l’ensemble de la surface porteuse
• l’isolation thermique fournit par la végétation et le substrat :
densité du feuillage (nombre de couches)
mouvement d’air dans l’espace intermédiaire
effet de barrière contre le vent
substrat : épaisseur, densité et humidité
• la variation de l’effet du vent sur les façades du bâtiment :
Orientation de la façade
Direction et vitesse du vent
densité du feuillage (nombre de couches)
Bâti et biodiversité Positive
8
e. Autres avantages liés aux murs végétaux :
1. Ils protègent les murs de la pluie de l’air ambiant grâce à la disposition en tuile des feuilles des
végétaux. Une étude [8] a démontré cette capacité sur le lierre, mais il existe d’autres espèces
végétales susceptibles d’offrir la même protection. D’ailleurs, il est préconisé de toujours avoir
recours à une mixité des espèces dans la conception de murs végétaux
2. Dans le cas de murs végétalisés avec substrat, les eaux de pluies peuvent être épurées, et
l'écoulement des eaux de toiture est alors fortement ralenti ce qui diminue la quantité d’eau à
évacuer dans les villes dans le cas de fortes pluies. Ils peuvent donc être préconisés comme
solution, tout comme les toitures végétales, dans des programmes visant le zéro rejets des EP
dans le réseau urbain et le traitement des eaux EP in-situ.
De plus, cette connexion entre les évacuations d’eau de pluies et les murs végétaux peuvent
réduire l’apport d’eau d’irrigation nécessaire à la croissance et au développement des plantes.
Un système bien étudié pourrait aller jusqu’à l’autonomie complète en eau des murs végétaux.
3. Une étude réalisé au Canada [6] a démontré le pouvoir déstressant des murs végétaux sur les
employés d’un building dans lequel était installé un mur végétal. D’ailleurs, le mur testé a
démontré ses capacités à dépolluer l’air intérieur du bâtiment (ex : réduction des COV).
II. Types de murs végétalisés :
Il existe deux types de murs végétalisés assez différents l’un de l’autre du point de vue de la mise en
œuvre et de la nature des végétaux utilisés : les murs simples (extensifs) et les murs complexes
(intensifs).
a. Les murs simples (extensifs)
Les murs simples (figure 1), le plus généralement extensifs utilisent des végétaux grimpants de type
lierre qui viennent « envahir » le mur. Il faut donc souvent attendre plusieurs années avant d’obtenir le
résultat souhaité.
Bâti et biodiversité Positive
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Figure 1 : Mur simple de lierre
Les murs extensifs permettent de laisser place au développement naturel des plantes et nécessitent une
intervention humaine réduite. Ce type de mur doit être colonisé à l’aide de plantes grimpantes et
nécessite donc de la patience quant au résultat final.
Comme montré sur ce schéma (figure 2), ce type de mur peut être mis en place de la façon suivante, le
mur est utilisé comme élément porteur sur lequel est placée une isolation extérieure. Puis, une structure
de soutien est fixée dans laquelle se situera une lame d’air permettant d’éviter le contact direct entre
l’isolation et la végétation. Les végétaux plantés à la base du mur vont croître de leur propre chef. Cette
armature peut exister en bois, avec une durée de vie d’environ 25 ans, ou alors en métal, avec une durée
de vie plus longue, mais qui capte plus facilement la chaleur et dessèche les végétaux.
Figure 2 : Schéma de principe d'un mur végétal simple.
Les végétaux sont plantés dans une fosse de plantation à la base des murs et y poussent librement.
L’entretien se résume à un travail de taille pour contrôler le développement des végétaux et ainsi éviter
qu’ils ne viennent endommager la toiture par exemple.
1 – élément porteur 2 – isolant 3 – lame d’air 4 – structure de soutien 5 – végétaux
Bâti et biodiversité Positive
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Il est possible de mixer plusieurs espèces végétales (Chèvrefeuille, Clématites, …). Cependant, les deux
principales espèces communément utilisées pour la réalisation des murs extensifs sont le lierre et la
vigne vierge. Le lierre peut grimper jusqu’à une hauteur de 30 m. C’est une plante peu exigeante pour
son développement dans la mesure où elle pousse aussi bien à l’ombre qu’au soleil et a une durée de vie
qui peut atteindre plusieurs siècles.
b. Les murs complexes (intensifs)
Figure 3 : Mur Végétal Complexe du Quai Branly de Patrick Blanc
Les murs complexes (figure 3), réclamant généralement un entretien intensif sont techniquement les
plus travaillés en termes de conception. En fait, il existe plusieurs procédés de mise en œuvre. Plusieurs
constructeurs se disputent le marché et proposent différents procédés de construction. Mais globalement,
le principe reste le même : un système d’armature est fixé sur le mur laissant une lame d’air entre celui-
ci et le mur (figure 4). Ces armatures permettent de placer un substrat dans la structure pour accueillir
les plantes.
Généralement, les concepteurs de murs végétaux complexes ont recours à des substrats d’origine
organique allégés (billes d’argile expansée, polystyrène, etc…). Ils y insèrent également éléments à
forte capacité de rétention en eau (hydro-rétenteurs, sphaigne, tourbe, etc…).
Contrairement aux murs simples, le mur complexe nécessite un système de ferti-irrigation qui, en plus
de permettre l’apport hydrique suffisant pour le développement des plantes, permet d’apporter les
éléments nutritifs nécessaires à leur croissance. Les substrats utilisés dans les murs complexes doivent
être alors régulièrement irrigués d'un courant de solution qui apporte les sels minéraux et nutriments
essentiels à la plante.
Le système de ferti-irrigation comporte couramment des pompes pour la circulation des liquides, un
minuteur et une ou plusieurs électrovannes afin de réguler l’irrigation, des filtres et un stérilisateur U.V.
qui ont pour rôle principal de détruire les virus, bactéries, parasites et spores d'algues et enfin, une cuve
contenant l’eau pouvant soit être enfuit sous terre soit installée dans un local technique.
Bâti et biodiversité Positive
11
Le système d’irrigation est intégré dans le substrat et arrose à l’aide de tuyaux percés ou sur lesquels
sont montés des microasperseurs ou des gouttes à goutte. Le système d’irrigation est le plus souvent
associé à un « Dosatron » (voir annexe) qui permet de gérer l’apport fertilisant nutritif.
Les murs complexes sont considérés comme de la culture “hors-sol” et permettent un rendu esthétique
immédiat, grâce à une couverture totale dès le début de la plantation. La culture des végétaux sur ce type
de mur repose sur les principes d’hydroponie qui par définition est la culture de plantes réalisées sur un
substrat neutre et inerte. Toutefois, seul le concept de Patrick Blanc utilise aujourd’hui un substrat ayant
ces caractéristiques. Les plantes croient sur un géotextile constamment irrigué. Donc seul son concept
peut être qualifié de culture hydroponique.
En termes de palette végétale, les murs végétaux peuvent accueillir une grande quantité des espèces
horticoles vivaces généralement utilisé en espaces verts.
Figure 4 : Schéma de principe d'un mur végétal complexe.
Les murs complexes sont mis en place de la façon suivante : le mur est utilisé comme élément porteur
sur lequel peut-être placée une isolation extérieure. On y laisse une lame d’air et on y place l’armature
qui soutiendra le substrat qui servira à la croissance des plantes. Dans ce substrat, tout un réseau
d’irrigation parcourt le mur végétalisé permettant d’apporter les sels minéraux et nutriments. La
structure est bien evidement fixé au mur. Le substrat peut être emprisonné dans un géotextile.
Principaux types de procédés de mise en œuvre :
Certains murs végétalisés complexes utilisent un système d’armatures principales sur lesquelles sont
ensuite disposés des modules comportant les végétaux et leur substrat.
1 – élément porteur 2 – isolant 3 – lame d’air 4 – structure portante 5 – irrigation 6 – panneau modulaire 7 – végétaux
Bâti et biodiversité Positive
Le mur Végétalis utilise ce procédé de mise en œuvre.
d’abord, fixé sur le mur à l’aide de chevilles tout en laissa
plantes et de leur substrat est réalisée
Le « Green box » a une épaisseur de 85mm et pèse environ 45 kg/m2. Il s’agit d’un casier fait en fil
soudé et galvanisé, possédant deux crochets permettant sa fixation à une structure secondaire. Il en
existe de différentes tailles.
Le mur végétal « GreenBox » se présente
secondaire lui-même chevillé au mur.
Le support secondaire est en treillis en acier galvanisé, il possède des fixations grâce à des chevilles de
grilles en fil d’acier galvanisé. Il forme avec le mur un
avoir une ventilation en continu.
12
Le mur Végétalis utilise ce procédé de mise en œuvre. Une structure en armature en aluminium
à l’aide de chevilles tout en laissant une lame d’air. Puis,
est réalisée dans une boite de type « Green box ».
a une épaisseur de 85mm et pèse environ 45 kg/m2. Il s’agit d’un casier fait en fil
t deux crochets permettant sa fixation à une structure secondaire. Il en
» se présente sous forme de modules qui viennent se clipser sur un support
même chevillé au mur.
treillis en acier galvanisé, il possède des fixations grâce à des chevilles de
grilles en fil d’acier galvanisé. Il forme avec le mur un espace de 20 à 50mm servant de lame d’air pour
Figure 5 : différentes photos éléments constitutifs du procédé Végétalis : armature, irrigationGreenBox (elles sont cultivées en pépinière avant leur mise en place sur les murs).
en aluminium est, tout
Puis, la mise en place des
a une épaisseur de 85mm et pèse environ 45 kg/m2. Il s’agit d’un casier fait en fil
t deux crochets permettant sa fixation à une structure secondaire. Il en
clipser sur un support
treillis en acier galvanisé, il possède des fixations grâce à des chevilles de
espace de 20 à 50mm servant de lame d’air pour
différentes photos des éléments constitutifs du procédé Végétalis : armature, irrigation,
(elles sont cultivées en pépinière avant leur mise en place sur les
Bâti et biodiversité Positive
Autres caractéristiques techniques fo
- Le mur a une épaisseur de 150 mm à 180 mm et un
d’humidité.
- Les GreenBox sont interchangeables ce qui permet donc si cela est souhaité de modifier à souhait
l’aspect du mur.
Le substrat est de type organique et
éléments entrant dans la formulation sont des
fois leur poids en eau.
Nous pouvons citer d’autres systèmes qui reposent sur le même fonctionnement :
« MMV », ou encore « Vivagreen
galvanisé ou en aluminium. Les différences se trouvent dans la manière dont les
substrat sont implantés sur cette ossature. Les dimensions des modules varient, il y a ou non présence
d’une enveloppe qui cercle les modules. Ce qui diffère d’un constructeur à l’autre, c’est aussi la nature
du substrat. Des matières minérales et organiques, de la fibre de coco, des complexes argilo
sont utilisés.
Le système VivaGreen (figure 6)
de 25 kg/m2) épousant la forme du support, habillée d’une toile Cane
principe est d’assembler différents casiers afin d’avoir la surface à végétaliser totalement recouverte. Il
est équipé d’une porte facilitant l'installation des réseaux d'eau et d'air, il est pourvu d'étagères anti
foisonnement, ainsi que d’étagères d’anti
MMV : Module composé de cages métalliques en
acier galvanisé et de cloisons en feutre non tissé
pour accueillir le substrat
13
Autres caractéristiques techniques fournies par le constructeur :
isseur de 150 mm à 180 mm et un poids compris entre 45 et 70 kg/m
Les GreenBox sont interchangeables ce qui permet donc si cela est souhaité de modifier à souhait
Le substrat est de type organique et garanti non putrescible et anti-bactériologique.
éléments entrant dans la formulation sont des hydro-rétenteurs, c'est-à-dire qu’ils retiennent jusqu'à 15
r d’autres systèmes qui reposent sur le même fonctionnement :
Vivagreen ». Tous utilisent le même type d’ossature qu’elle soit en acier
galvanisé ou en aluminium. Les différences se trouvent dans la manière dont les
substrat sont implantés sur cette ossature. Les dimensions des modules varient, il y a ou non présence
d’une enveloppe qui cercle les modules. Ce qui diffère d’un constructeur à l’autre, c’est aussi la nature
rales et organiques, de la fibre de coco, des complexes argilo
est composé de cellules en maillage galvanisé (12cm d’épaisseur et
de 25 kg/m2) épousant la forme du support, habillée d’une toile Canevaflor tissée non biodégradable. Le
principe est d’assembler différents casiers afin d’avoir la surface à végétaliser totalement recouverte. Il
est équipé d’une porte facilitant l'installation des réseaux d'eau et d'air, il est pourvu d'étagères anti
nnement, ainsi que d’étagères d’anti-tassement.
: Module composé de cages métalliques en
acier galvanisé et de cloisons en feutre non tissé
poids compris entre 45 et 70 kg/m2 suivant le taux
Les GreenBox sont interchangeables ce qui permet donc si cela est souhaité de modifier à souhait
bactériologique. Certains de ses
s retiennent jusqu'à 15
r d’autres systèmes qui reposent sur le même fonctionnement : « Canevaflor »,
. Tous utilisent le même type d’ossature qu’elle soit en acier
galvanisé ou en aluminium. Les différences se trouvent dans la manière dont les végétaux et leur
substrat sont implantés sur cette ossature. Les dimensions des modules varient, il y a ou non présence
d’une enveloppe qui cercle les modules. Ce qui diffère d’un constructeur à l’autre, c’est aussi la nature
rales et organiques, de la fibre de coco, des complexes argilo-humides
en maillage galvanisé (12cm d’épaisseur et
vaflor tissée non biodégradable. Le
principe est d’assembler différents casiers afin d’avoir la surface à végétaliser totalement recouverte. Il
est équipé d’une porte facilitant l'installation des réseaux d'eau et d'air, il est pourvu d'étagères anti-
Bâti et biodiversité Positive
Il est à la fois fixé au mur et au sol. Il est indépendant du mur vis
passage de l’air entre la partie végétalisée et le mur.
Le système d’irrigation fonctionne automatiquement grâce à une réserve de
des conditions météorologiques. Il s’agit d’un système d’arrosage par goutte à goutte. Il lui est ajouté un
système de fertilisation automatique. Les eaux usées ne sont pas rejetées car le substrat possède une
grande capacité de rétention d’eau, donc il n’y a pas de pollution secondaire .De plus le casier possède
un système de drain d’air.
L’intérieur du casier est constitué :
- D’un grillage métallique
- D’une toile imputrescible qui contribue au maintien du substrat et conserve une
constante au sein du substrat.
- Du substrat de plantation (75 kg/m2)
La dernière famille de murs végétalisés n’utilise
organiques. C’est Patrick Blanc qui a le premier eu l’idée de faire pousser des plantes en l’absence de
terre. Il est également très connu pour avoir réalisé le mur végétalisé du Musée du quai Branly. Pa
Blanc a été chercheur au CNRS et
l’observation de l’implantation et du développement des plantes dans leur milieu naturel.
Il a ainsi pu remarquer que pour se développer, une pl
simplement d'une surface qui permet aux racines de s’y fixer pour aller puiser l’eau et des sels
minéraux.
14
Il est à la fois fixé au mur et au sol. Il est indépendant du mur vis-à-vis de la végétation, ce qui permet le
passage de l’air entre la partie végétalisée et le mur.
Le système d’irrigation fonctionne automatiquement grâce à une réserve de 350L régulée en fonction
des conditions météorologiques. Il s’agit d’un système d’arrosage par goutte à goutte. Il lui est ajouté un
système de fertilisation automatique. Les eaux usées ne sont pas rejetées car le substrat possède une
tention d’eau, donc il n’y a pas de pollution secondaire .De plus le casier possède
L’intérieur du casier est constitué :
D’une toile imputrescible qui contribue au maintien du substrat et conserve une
constante au sein du substrat.
Du substrat de plantation (75 kg/m2)
La dernière famille de murs végétalisés n’utilise pas de substrat de type terreau ou autres matériaux
organiques. C’est Patrick Blanc qui a le premier eu l’idée de faire pousser des plantes en l’absence de
terre. Il est également très connu pour avoir réalisé le mur végétalisé du Musée du quai Branly. Pa
Blanc a été chercheur au CNRS et docteur d'Etat à l'université Pierre et Marie Curie. Il s’est basé sur
l’observation de l’implantation et du développement des plantes dans leur milieu naturel.
pour se développer, une plante n'a pas nécessairement besoin de terre mais
simplement d'une surface qui permet aux racines de s’y fixer pour aller puiser l’eau et des sels
Figure 6 : Principe du mur végétal Viv
vis de la végétation, ce qui permet le
350L régulée en fonction
des conditions météorologiques. Il s’agit d’un système d’arrosage par goutte à goutte. Il lui est ajouté un
système de fertilisation automatique. Les eaux usées ne sont pas rejetées car le substrat possède une
tention d’eau, donc il n’y a pas de pollution secondaire .De plus le casier possède
D’une toile imputrescible qui contribue au maintien du substrat et conserve une humidité
pas de substrat de type terreau ou autres matériaux
organiques. C’est Patrick Blanc qui a le premier eu l’idée de faire pousser des plantes en l’absence de
terre. Il est également très connu pour avoir réalisé le mur végétalisé du Musée du quai Branly. Patrick
docteur d'Etat à l'université Pierre et Marie Curie. Il s’est basé sur
l’observation de l’implantation et du développement des plantes dans leur milieu naturel.
ante n'a pas nécessairement besoin de terre mais
simplement d'une surface qui permet aux racines de s’y fixer pour aller puiser l’eau et des sels
: Principe du mur végétal VivaGreen.
Bâti et biodiversité Positive
15
En ce sens, le procédé est différent. Comme toujours, une ossature métallique est fixée sur le mur
porteur. Ce qui fait la singularité du dispositif créé par Patrick Blanc est l’utilisation de feutre de
polyamide (figure 7). Des plaques de PVC expansé d’épaisseur égale à 10 mm sont fixées sur l’ossature
métallique. Puis, deux couches de feutre de polyamide sont agrafées sur cette plaque. Chaque couche de
feutre a une épaisseur de 3 mm et l’intérêt de ce matériaux est son fort pouvoir de capillarité ainsi que sa
rétention d’eau.
Ces couches constituent le support pour les racines des plantes, ce dispositif étant le résultat des
observations décrites précédemment. Cette méthode permet donc de s’affranchir des contraintes liées au
substrat qui d’une part est volumineux et d’autre part à un poids qui parfois est trop important pour
permettre la végétalisation de certaines façades.
L’irrigation est réalisée grâce à un réseau de tuyaux qui apportent l’eau et les éléments nutritifs. Le
feutre s’imprègne alors de cette eau et grâce à la capillarité du matériau et la gravité, toutes les plantes
peuvent puiser les éléments dont elles ont besoin. Ce dispositif fonctionne en circuit fermé : l’excès
d’eau est recueilli puis réinjecté dans le réseau.
Enfin, parmi tous les dispositifs existants, certains présentent d’autres particularités : le procédé
« VertiGreen » de Le Prieuré (figure 8) est assez différent de ceux cités précédemment. En effet, le
dispositif n’est pas composé d’une ossature + un substrat + plantes mais d’un module complet constitués
d’une couche en laine minérale enfermée dans un encadrement en acier galvanisé directement fixé au
mur grâce à des cornières qui permettent en outre le maintien d’une lame d’air. Ils sont installés un à un
directement sur le mur.
Figure 7 : exemple d'un mur végétal réalisé par Patrick Blanc. On distingue encore le feutre qui n’a pas déjà été entièrement recouvert par la végétation
Bâti et biodiversité Positive
16
Figure 8 : Mur Végétal VertiGreen
Bâti et biodiversité Positive
17
Il existe plusieurs types de murs complexes repertoriés dans le tableaux suivant :
Système de végétalisation Structure Module Enveloppe Substrat
Cage métallique sans enveloppe
Végétalis avec Greenbox (Greenwall)
Rails horizontaux Greenbox en mailles d'acier galvanisé Pas d'enveloppe Sphaigne du Chili
Grillage
Encadrement périphérique
Mur végétalisé (Atech) Cadre métallique : montants et traverses
Mailles d'acier galvanisé
Cage métallique avec enveloppe
Canevaflor (Canevaflor)
Cornières métalliques sur mur existant Treillis en acier
galvanisé Toile imputrescible
Matières Organiques et minérales
Structure indépendante Micro-organisme (dépollution)
MMV, module mur végétal (Mur mure végétale)
Rails horizontaux en acier galvanisé
Maille de 10 x 10 cm en acier galvanisé
Natte hydratante imputrescible
Zéolythe (composés minéraux inertes)
fibre de coco
Vertiflor système ossature (Tracer Environnement)
Ossature sur mesure en acier inoxidable ou galvanisé
Treillis soudés en acier inoxydable
Feutre imputrescible hydratant
Complexe argilo-humique (terre allégée reconstituée) et nutriments adaptés aux végétaux
Sur mur existant ou mur autoporteur double-face
Vertiflor système mince (Tracer Environnement)
Cadre en aluminium Grille en acier galvanisé avec plaque en PVC
Natte en polyester recyclé
Complexe argilo-humique : levain bactérien, argile rétenteur d'eau, farine protéinique (engrais retard)
VertiGreen de Le Prieuré Cornières sur mur existant Encadrement métallique avec grilles de maintien
Barrière capillaire brevetée
Laine minérale de densité adaptée
Vivagreen de Sopranature
Profils en aluminium extrudé
Caissons en aluminium Modul'nature : Grille en
polyéthylène à maille fine
Substrat meuble et granuleux : matières minérales et organiques Coulisseaux en aluminium
extrudé
face supérieure : grille inox à mailles carrées fond en tôle aluminium
Colonne
Vertiflor système colonne (Tracer Environnement)
Fixation sur le sol ou dans un bac à réserve d'eau :
Parois intérieures etextérieurs en acier galvanisé
Feutre imputrescible hydratant
Complexe argilo-humique (terre allégée reconstituée) et nutriments adaptés aux végétaux
Dalle en polyester recyclé de 5 cm d'épaisseur
Complexe argilo-humique : levain bactérien, argile rétenteur d'eau, farine protéinique (engrais retard) Natte en
polyester recyclé
Bâti et biodiversité Positive
18
III. Conclusion :
Les murs végétaux représente un potentiel non négligeable quant à l’amélioration du cadre de vie
urbaine, autant pour les résidents que pour la biodiversité vivant en ville [13]. Toutefois, la connaissance
des potentialités de chacune de ses caractéristiques demeurent faibles. Seules quelques études relevées
dans les revues scientifiques ont amorcés ce travail.
Le but de ce projet est de compléter le guide mis en œuvre dans le cadre du projet « Bâti et Biodiversité
Positive » et de créer un dispositif pouvant déterminer les caractéristiques thermiques des constituants
rencontrés dans les toitures-terrasses et les murs végétalisés (substrat, végétalisation) puis à réaliser des
mesures suivant les paramètres sélectionnés (épaisseur, humidité, palette végétal, …).
Cette démarche est la première partie du projet technique BBP, elle nous donnera davantage
d’informations sur les parois végétalisées, elle nous permettra par la suite de développer un deuxième
dispositif en condition extérieur (rayonnement solaire vent, …).
Bâti et biodiversité Positive
19
Notions de base à la thermique :
La chaleur est une énergie thermique qui peut-être transférer du fait d’une différence de température
[17]. Trois principaux modes de transfert thermiques peuvent coexister : Conduction, convection et
rayonnement.
Dans les milieux solides et de fluides, les phénomènes de transport de chaleur sont basés sur l’équation
de diffusion (Eq. de Fick) qui relie une grandeur extensive (le flux de chaleur, de masse…) à un gradient
d’une grandeur intensive (température,…).
I. Conduction :
Le terme de conduction désigne la propagation inhérente aux chocs internes, sans transport de matière.
Par exemple quand deux solides à températures différentes sont mis en contact, le corps à températures
différentes est mis à celui dont la température est la plus faible, sans qu’il y ait transfert de matière.
Un tel transfert se manifeste toujours lorsqu’un matériau est soumis à un gradient de température, un
flux de chaleur s’écoule de la région où la température est plus élevée vers la région où la température
est la plus basse. La loi de Fourier permet d’analyser les échanges. Ensuite le bilan peut-être établi à
partir de l’équation de la chaleur.
La résistance thermique R d’un matériau est inversement proportionnelle à sa conductivité thermique λ
qui est une grandeur caractéristique du matériau.
Loi de Fourier :
dx
dλ
θϕ −= (W/m²)
λ = conductivité thermique (W/m°C)
Régime permanent :
Cas d’une paroi plane d’épaisseur e :
2)1(e
λ θθϕ −= (W/m²)
Bâti et biodiversité Positive
20
On notera le flux Φ et la densité de flux ϕ avec la relation S
Φ=ϕ
Régime variable :
C’est la chaleur accumulée (pendant dt) dans la tranche considérée différent de 0, donc température
variable dans le temps.
tCp
zyx pi ∂∂=+
∂∂+
∂∂+
∂∂ θρθθθλ ..
²
²
²
²
²
². avec
pCa
.ρλ=
L’étude analytique des problèmes de conduction pour le bilan thermique d’une « tranche représentative
de la géométrie considérée » qui conduit à l’équation différentielle de Laplace, dite « équation de la
chaleur ». Dans certains cas, et notamment en régime permanent, la résolution de cette équation peut
donner lieu à des formulations très utiles, puisqu’elles permettent de visualiser et de quantifier
l’influence des paramètres.
II. Convection :
La convection thermique [18] correspond à un transport de chaleur par un fluide en mouvement : le
chauffage d’une habitation fait largement appel à ce mode de transfert qu’il s’agisse de la circulation
d’un fluide dans la tuyauterie et les radiateurs, ou des mouvements d’air à l’intérieur du volume chauffé.
Le transfert de chaleur par convection est complexe, car il résulte de la superposition de 2
phénomènes :
− Conduction entre les particules de fluide qui se rencontrent,
− Mélange de ces particules par suite du mouvement d’ensemble du fluide.
Les 3 modes de convection :
− La convection forcée
La convection est dite forcée lorsque la circulation du fluide est engendrée sous l’action d’une force
extérieure au fluide (pompe, circulateurs, ventilateurs, accélérateurs).
Bâti et biodiversité Positive
21
− La convection libre ou naturelle
Le mouvement est provoqué par des forces internes au fluide, l’air chaud a tendance à monter puis s’il
se refroidit à redescendre. Ce type de mouvement transfère tout simplement de la chaleur de bas en haut.
L’écoulement de la chaleur est donc étroitement lié à l’hydrodynamique (viscosité) du fluide porteur de
chaleur. Les transferts convectifs sont traités différemment selon que l’écoulement fluide est de type
laminaire ou turbulent.
– La convection mixte
Ecoulement laminaire
Le fluide se déplace en suivant des lignes parallèles.
Ecoulement turbulent
Le fluide se déplace tout en étant perturbé, les trajectoires des particules de fluides ont une composante
aléatoire tridimensionnelle.
Différentes grandeurs :
)Grasshofdenombre(.T.D.g.
Gr
Prandt)de(nombreλ
µ.CPr
Reynolds)de(nombreµ
.Dρ.uRe
Nusselt)de(nombreλ
h.DNu
2
23
p
m
µρ∆β
=
=
=
=
avec :
um = vitesse moyenne du fluide
ρ = masse volumique du fluide
Cp = chaleur spécifique du fluide
µ = viscosité dynamique du fluide
λ = conductivité thermique du fluide
D = diamètre du tube
β = coefficient de dilatation
g = accélération de la pesanteur
Bâti et biodiversité Positive
22
A l’aide de ces nombres sans dimensions, on peut exprimer sous une forme très générale des critères
simples indiquant :
− Soit l’apparition des mouvements convectifs,
− Soit le changement de régime (transition d’une structure de l’écoulement à une
autre suivie des modifications importantes du transfert thermique).
Dans le cas de couches planes horizontales uniquement (chauffage par en dessous), l’apparition du
mouvement convectif se fait brusquement à partir d’un certain seuil et en fonction de l’évolution de l’un
des paramètres, par exemple le gradient de température.
Dans tous les autres cas, couches verticales ou inclinées, la convection naturelle apparaît dès qu’une
différence de température, apparaît. Mais au départ, ce mouvement est peu intense et le transfert de
chaleur a un caractère pseudoconductrif ; par la suite, il peut s’intensifier jusqu’au moment d’un
changement de régime, prévisible par un des critères de transition.
III. Rayonnement :
Le transfert de chaleur par rayonnement [19] fait intervenir l’énergie du champ électromagnétique dans
le domaine de longueurs d’onde du rayonnement thermique. Tout corps à une température supérieur au
zéro absolu est émetteur de rayonnement thermique. T > 0K.
Quand le rayonnement émis par un objet frappe la surface d’un corps voisin, il peut y être absorbé,
réfléchi ou transmis. Les corps qui transmettent le rayonnement, sans absorption ni diffusion, sont
qualifiés de transparent. Au contraire les corps qui ne transmettent pas le rayonnement sont dits
opaques.
A l’équilibre thermique, un corps qui absorbe puis rediffuse la totalité du rayonnement incident est
appelé corps noir. Un corps gris n’en diffuse qu’une partie et il est caractérisé par une émissivité
indépendante de la longueur d’onde.
Dans l’habitat, on dénombre essentiellement deux domaines de longueurs d’ondes :
• Les rayonnements Grandes Longueurs d’Ondes GLO correspondent aux transferts à basses
températures, proches de l’ambiance,
• Les rayonnements Courtes Longueurs d’Ondes CLO correspondent au rayonnement solaire
particulièrement important en thermique des bâtiments.
Bâti et biodiversité Positive
23
− Le rayonnement « thermique » qui s’étage de l’ IR au début de UV,
− Le rayonnement « visible », entre 0,4 et 0,8 µm.
III.1. Le corps noir :
Figure 9 : Spectres des ondes électromagnétiques
Pour l’œil humain, le corps noir correspond à la non perception de rayonnement du domaine visible ou
lumineux. C’est un corps qui a une température T donné émet le maximum d’énergie. C’est un corps
parfaitement absorbant.
– Loi de Planck : (Emitance)
1e
C1.λ(T)M
λT
C2
5
λ
−=
−°
– Lois de Wien :
− Loi de déplacement λm × T = cste = 2890 µmK
− 2e loi : 5λ
B.T(T)M =°
– Loi de Stephan – Bolzmann : 4T.E σ= (W/m²) avec σ = 5,67.10-8
W/m².K4.
• Echanges radiatifs entre 2 surfaces « noires » séparées par un milieu parfaitement transparent :
Relation de réciprocité : F12 × S1 = F21 × S2
Bilan des échanges :
)T.(T.S1.F.S1.F.TΦΦΦ 42
411212
42112net12 −==−= °°° σσ
F12, F21 : Facteurs de forme géométriques
Bâti et biodiversité Positive
24
IV. Conductivité thermique des milieux poreux
A partir de la résolution de l’équation de l’énergie [20][21], beaucoup de modèles de calculs de la
conductivité thermique ont été développés. Ce paragraphe consiste à exposer une liste de modèles de la
littérature qui peuvent donner de bons résultats pour le calcul de la conductivité thermique apparente des
milieux granulaires. Les modèles décrits dans la littérature sont des outils de prédictions développés afin
d’appréhender les mécanismes de transfert thermique dans les milieux granulaires.
La problématique est multiple : d’une part, il faut développer des modèles faisant intervenir des
phénomènes physiques différents (transfert/condensation, loi de contact entre particules, conduction, et
convection), vérifier la microstructure du milieu (taille, forme des particules) et enfin étudier l’état des
constituants du milieu (phase conductrice). Il existe un panel important de modèles de calcul de la
conductivité thermique apparente dans un milieu granulaire.
Les modèles présentés ne concernent que les milieux granulaires diphasiques. La phase solide est
constituée d’une seule phase représentée par des particules solides. Par ailleurs, le fluide est représentée
par des pores remplis avec de l’air.
Le tableau ci-dessous présente un récapitulatif de tous les modèles développés
Bâti et biodiversité Positive
25
Bâti et biodiversité Positive
I. Thermocouples :
En 1822, Thomas Seebeck a découvert (accidentellement) que la jonction entre 2 métaux produit une
tension qui est fonction de température.
sur l’effet SEEBECK.
Bien que n’importe quelles jonct
thermocouple, un certain nombre de standards sont employés parce qu’ils possèdent des tensions de
sorties prévisibles et des grands gradients de température. Le thermocouple génère une différen
potentiel proportionnelle à la différence de température entre l’extrémité des jonctions
thermoélectriques.
Il existe le thermocouple de type T
et de Nickel), il est particulièrement adapté à la basse température et de
est lui adapté pour la haute température (lecture rapide à distance par contact direct).
Les thermocouples sont réalisés à partir de fils monobrins, gainés de Téflon d’environ 250
diamètre. Ils possèdent une sensibilité d’environ 38
Figure 10
26
L’instrumentation :
En 1822, Thomas Seebeck a découvert (accidentellement) que la jonction entre 2 métaux produit une
tension qui est fonction de température. Il est dit que le fonctionnement des thermocouples repose
Bien que n’importe quelles jonctions de 2 types de métaux puissent être employés pour faire un
thermocouple, un certain nombre de standards sont employés parce qu’ils possèdent des tensions de
sorties prévisibles et des grands gradients de température. Le thermocouple génère une différen
potentiel proportionnelle à la différence de température entre l’extrémité des jonctions
type T qui allient les conducteurs Cuivre et Constantan (alliage de Cuivre
et de Nickel), il est particulièrement adapté à la basse température et de type K (Chrome
est lui adapté pour la haute température (lecture rapide à distance par contact direct).
Les thermocouples sont réalisés à partir de fils monobrins, gainés de Téflon d’environ 250
diamètre. Ils possèdent une sensibilité d’environ 38 µV/°C à 20°C.
Figure 10 : Diagramme d’un thermocouple de type K
En 1822, Thomas Seebeck a découvert (accidentellement) que la jonction entre 2 métaux produit une
dit que le fonctionnement des thermocouples repose donc
ions de 2 types de métaux puissent être employés pour faire un
thermocouple, un certain nombre de standards sont employés parce qu’ils possèdent des tensions de
sorties prévisibles et des grands gradients de température. Le thermocouple génère une différence de
potentiel proportionnelle à la différence de température entre l’extrémité des jonctions
qui allient les conducteurs Cuivre et Constantan (alliage de Cuivre
(Chrome – Alumel) qui
est lui adapté pour la haute température (lecture rapide à distance par contact direct).
Les thermocouples sont réalisés à partir de fils monobrins, gainés de Téflon d’environ 250 µm de
Bâti et biodiversité Positive
27
Figure 11 : Code couleur des thermocouples
II. Sonde platine Pt100
Les sondes de température de type platine sont des capteurs d’un emploi courant dans l’industrie, leur
principe repose sur la variation de résistance en température d’un conducteur de platine (fil ou feuille)
selon les caractéristiques électriques connues et stables, décrites par les normes IEC 751, DIN 43760, …
Le principe de cette sonde de température repose directement sur la loi d’Ohm :
U = R.i
Les bornes de la sonde Pt100 définissent la différence de potentiel U (V) générée par un courant i (A)
appliqué au circuit, il est déduit la résistance R (Ω) directement proportionnelle à la température.
Les modèles rencontrés sont référencés Pt100, Pt500, Pt1000 : la dénomination du modèle le plus
courant Pt100 signifie que le capteur présente une résistance de 100Ω à 0°C. Elles peuvent être utilisées
dans des gammes de températures allant de -200°C à 800°C. La variation de résistance est quasiment
linéaire en fonction de la température. Elle est pour une Pt100 de l’ordre de +0,4Ω/°C à 0°C et de
+0,35Ω/°C à 300°C.
Gamme deType de température
Thermocouples d'utilisation (°C)T Cuivre et Constantan 0 à 350J Fer et Constantan 0 à 750E Nickel-10% Chrome et Constantan0 à 900K Nickel-10% Chrome 0 à 1250
et 5% aluminium, silicon
Identification
± 2.2 K ou ± 0.75 %
Tolérance de jonction de référence à 0°C
Tolérance standart Tolérance Spéciale
± 0.5 K ou ± 0.4 %± 1.1 K ou ± 0.4 %± 1 K ou ± 0.4 %± 1.1 K ou ± 0.4 %
± 1 K ou ± 0.75 %± 2.2 K ou ± 0.75 %± 1.7 K ou ± 0.75 %
Tolérance de thermocouples sur des valeurs initiales de force électromotrice par rapport à la température
Bâti et biodiversité Positive
28
Figure 12 : Sonde Pt100 3 fils
Selon la technique de réalisation employée, les sondes se répartissent en classes de précision :
-100°C 0°C 100°C 200°C 300°C
Classe B +/- 0,8°C +/- 0, 3°C +/- 0,8°C +/- 1,3°C +/- 1,8°C
Classe A +/- 0,35°C +/- 0,15°C +/- 0,35°C +/- 0,55°C +/- 0,75°C
Classe 1/5
DIN
+/- 0,16°C +/- 0,06°C +/- 0,16°C +/- 0,26°C +/- 0,36°C
Connexion et interfaces électroniques
Le choix de la méthode de connexion et de l’interface électronique dépend de la précision de mesure
recherchée. La mesure se faisant par l’intermédiaire d’un courant électrique circulant dans la sonde,
l’auto-échauffement du capteur par effet Joule peut également être responsable d’une erreur dans la
mesure.
Une sonde platine peut être utilisée selon trois modes de connexion :
- Le mode « 2 fils », le plus simple, n’apporte aucune précision de mesure dès que l’effet induit
par la résistance des câbles de connexion devient du même ordre de grandeur que la précision
recherchée. Un câble standard AWG24 (85Ω/km) introduit une erreur de l’ordre de 0,4°C par
mètre de connexion pour une sonde Pt100.
- Le mode « 3 fils » assure très souvent une précision suffisante, et plusieurs méthodes existent
basées sur l’hypothèse de l’égalité des valeurs de résistance des 3 fils de connexion.
L’utilisation d’un câble AWG18 (21Ω/km) tout à fait adapté pour une connexion moyenne
distance, introduira en fonction de la qualité de l’interface électronique, moins de 0,4°C pour
100 mètres de connexion pour une sonde Pt100.
Bâti et biodiversité Positive
- Le mode « 4 fils » représente le montage de meilleure précision
réalisée directement au niveau de la partie active de la sonde avec une interface haute
impédance, les résistances des câbles de connexion n’interviennent plus dans l’erreur de la
mesure.
Interface 2 fils
III. Fluxmètre à gradient tangentiel
L’équipe Habitat du LGCgE [17][19]
l’instrumentation fluxmétrique depuis plus d’une
chaleur entre une paroi et son environnement.
Grâce à une jonction planaire de deux m
Constantan) on obtient un gradient de température tangentiel. Ces jonctions sont reproduites en série, et
des dissymétries provoquent un gradient tangentiel de température.
Pour réaliser un nombre suffisant de jonctions en série,
circuits imprimés, cela améliorent énormément la sensibilité.
29
» représente le montage de meilleure précision : la mesure de tension étant
réalisée directement au niveau de la partie active de la sonde avec une interface haute
résistances des câbles de connexion n’interviennent plus dans l’erreur de la
Interface 3 fils
Interface 4 fils
Figure 13 : Différents cablage de PT100
Fluxmètre à gradient tangentiel :
][19] (Laboratoire de Génie Civil et géo-Environn
l’instrumentation fluxmétrique depuis plus d’une quinzaine d’année, afin de mesurer les transferts de
chaleur entre une paroi et son environnement.
Grâce à une jonction planaire de deux métaux de pouvoir thermoélectrique différent (Cuivre
Constantan) on obtient un gradient de température tangentiel. Ces jonctions sont reproduites en série, et
des dissymétries provoquent un gradient tangentiel de température.
isant de jonctions en série, il est nécessaire d’utiliser
circuits imprimés, cela améliorent énormément la sensibilité.
: la mesure de tension étant
réalisée directement au niveau de la partie active de la sonde avec une interface haute
résistances des câbles de connexion n’interviennent plus dans l’erreur de la
Interface 3 fils
Environnement) a développé
d’année, afin de mesurer les transferts de
étaux de pouvoir thermoélectrique différent (Cuivre –
Constantan) on obtient un gradient de température tangentiel. Ces jonctions sont reproduites en série, et
il est nécessaire d’utiliser la technologie des
Bâti et biodiversité Positive
30
Ce type de capteurs est sensible aux trois modes de transfert thermique : conduction, convection,
rayonnement.
Il se décompose en deux parties :
a. Une thermopile planaire
Elle est constituée par un ruban métallique (Constantan) de faible épaisseur (25 µm) gravé en forme de
maille grecque sur support isolant souple (Kapton ou Mylar). Pour obtenir les thermocouples planaires,
le ruban métallique est recouvert par un grand nombre de dépôts électrolytiques (Cuivre) régulièrement
espacés sur le ruban de constantan.
Dans les régions recouvertes par les électrodes plaquées, le circuit se comporte comme un grand nombre
de thermocouples connectés électriquement en série. Les jonctions thermoélectriques sont localisées sur
les lignes frontières des dépôts électrolytiques.
Figure 14 : Thermopile planaire
b. Des cales en partie supérieure :
Elles ont fonction de générer, entre les jonctions de chacun des thermocouples, une différence de
température proportionnelle au flux thermique à mesurer. Lorsque la chaleur traverse le capteur en
partant de la face supérieure, il y a constriction des lignes de flux thermique vers les régions où il y a
contact thermique.
La différence de température entre jonctions thermoélectriques dépend de l’épanouissement des lignes
de flux dans l’épaisseur de la thermopile et de son support.
dépots de cuivre
support kapton + cuivre
piste de constantan
0.2 mm
Bâti et biodiversité Positive
31
Cuivre
Kapton
Kapton
film de colleepoxy
Constantan
0.3
mm
Figure 15 : Cellule fluxmétrique
En pratique, le plot de constriction est gravé sur une surface cuivrée et les contacts thermiques sont
réalisés en collant, après positionnement correct, la partie supérieure du capteur sur la surface de la
thermopile planaire.
Figure 16 : Vue éclatée du fluxmètre
c. Caractéristiques :
L’avantage de ce capteur est sa faible épaisseur, il peut ainsi réduire au maximum les perturbations dues
à sa présence et il est capable de détecter des flux de chaleur avec une réponse de l’ordre de la seconde.
Le circuit imprimé est recouvert des deux côtés d’une fine couche de cuivre (matériaux de grande
conductivité thermique) ainsi, la température de surface du capteur peut être uniforme et aussi assurer
l’unidirectionnalité des lignes de flux dans le plan d’entrée et de sortie de celui-ci.
plots de constrict ion
cuivre
isolant électrique(kapton)
kapton
thermopile de surface
kapton
cuivre
Bâti et biodiversité Positive
32
IV. Appareil d’acquisition :
Pour réaliser nos relevés, nous avons utilisé un multimètre MS8218 (figure 17) de précision afin de
mesurer les faibles variations de potentiels des thermocouples et des fluxmètres.
CARACTERISTIQUES
- 50000 points de mesure
- gamme Auto / Manuel
- mesures ACV et DCV atteindre jusqu'à 1000V
- précision de la mesure DC atteint jusqu'à 0,03%
- résistance 0.01Ω et 1µV résolution de la tension
- Tension / fréquence linéaire de mesure de courant
- Mesure de la capacité de 0.01nf à 5000µF
- AC / DC de mesure efficace vraie mesure dBm /
- RS-232C interface infrarouge et un logiciel PC Windows
- Logiciel étalonne automatiquement
SPECIFICATIONS
- ACV / DCV + ACV: ± 0,5% 50mV/500mV/5V/50V/500V/1000V
- DCV: ± 0,03% 50mV/500mV/5V/50V/500V/1000V
- Courant AC / DC + AC actuel: 500µA/5000µA/50mA/500mA/5A ± 0,75%, 10 ± 0,15%
- Courant DC: 500µA/5000µA/50mA/500mA/5A/10A ± 0,15%
- Résistance: ± 0,1% 500Ω/5kΩ/50kΩ/500kΩ/5MΩ, 50MΩ ± 0,5%
- Capacité: 50nF/500nF/5µF/50µF ± 1%, ± 2% 500µF/5000µF
- Diode: 2,5 V ± 1%
- Cycle de fonctionnement: 5 Hz ~ 500kHz
- Portée: 10% ~ 90%
- Logic fréquence: 5Hz ~ 5MHz ± 0,006%, 2 ~ Vpp signal carré 5V
- fréquentielle: 10Hz ~ 200kHz ± 0,006%
- Sensibilité: 100mV plus bas
Figure 17 : Multimètre MS8218
Bâti et biodiversité Positive
33
Expérimentation : Afin de caractériser les matériaux, nous orientons notre dispositif vers un système horizontal qui se
rapproche des toitures-terrasses. La mise en œuvre des matériaux à tester sera plus aisée. Le but de cette
manipulation est de mesurer des conductivités thermiques, il faut donc empêcher le transfert thermique
par convention, pour cela, une enceinte clause a été conçue. Sa composition est détaillée ci-après :
I. Les capteurs :
(1) Fluxmètre (30*30 cm²), mesure les flux sortants
sensibilité : K = 262 µV/W/m²
(2) Fluxmètre (30*30 cm²), mesure les flux sortants
sensibilité : K = 258 µV/W/m²
La sensibilité nous permet de transformer notre valeur de tension (µV) en valeur de flux (W/m²).
Exemple : pour une tension mesurée de 10 000 µV, nous obtenons un flux de 38,16 W/m² (pour K =
262 µV/W/m²)
(3) Thermocouple de type K
Composition : Chromel (alliage nickel + chrome) / Alumel (alliage nickel + aluminium (5%) +
silicium)
Thermocouple standard. Il permet une mesure dans une gamme de température large : -250°C à
1 372°C. Il est également bon marché, mais ne permet pas une mesure à 0 °C.
Couleurs selon CEI 584-3 (+ / -) : Vert / Blanc
Table de correspondance : voir Annexe
4 6
Figure 18 : Fluxmètre
Figure 19 : Thermocouple type K
Bâti et biodiversité Positive
34
II. Dispositif :
Pour mesurer des échanges conductifs, un boitier (figure 20) de 1m3 en bois expansé a été réalisé afin
de contenir le dispositif expérimental. Ce boitier évitera la création de convection autour du dispositif de
mesure.
Il est composé ensuite d’une dalle en béton de 5cm (figure 21) d‘épaisseur qui servira de répartition de
chaleur par la suite.
Pour générer le flux de chaleur deux dispositifs ont été nécessaires. Tout d’abord des plaques
chauffantes qui permettent de mettre en chauffe la dalle béton à une température supérieure à 40°C et
ensuite un film chauffant qui homogénéise la température de surface. De plus, il servira pour les
mesures délicates des végétaux.
Sur ce film chauffant vient une plaque de contreplaqué de 5 mm qui sert à obtenir une surface plane et
uniforme.
Dalle béton
Figure 20 : Boitier
Figure 21 : Dalle béton
Bâti et biodiversité Positive
35
Nous pouvons ensuite disposer le premier fluxmètre 30*30 cm qui servira à mesurer le flux sortant
(Φ1). Un thermocouple est collé sur sa surface afin de mesurer la température (T1) figure 22).
Autour du fluxmètre, un anneau de garde en polystyrène expansé est disposé, ce système isolant
orientera le flux sortant et évitera la perte de flux sur les côtés (figure 23).
Ensuite, un film géotextile de 30µm est placé dans le fond (figure 23), il servira à recueillir le matériau
granulaire ou poreux à analyser et à limiter les résistances de contact entre le fluxmètre et le matériau
(figure 24).
Thermocouple collé
Fluxmètre
Sable
Figure 22 : Détail du dispositif de mesure
Figure 23 : Anneau de garde + le géotextile
Figure 24 : Exemple de matériau : le sable
Bâti et biodiversité Positive
36
Pour finir et après avoir mis le matériau, un deuxième film géotextile est placé ainsi que le deuxième
fluxmètre qui mesurera le flux traversant (Φ2) (figure 25).
De même, un deuxième thermocouple est disposé sur sa surface (T2), nous pourrons définir la
différence de température nécessaire à la résolution de la Loi de Fourier.
Sur le côté de l’enceinte se situe, le bornier de mesure ainsi que la sonde de température de référence de
type PT100 (figure 27).
Figure 25 : Fermeture du dispositif de mesure
Figure 26 : Vue d’ensemble du boitier et du dispositif de mesure
Bâti et biodiversité Positive
37
a. Schéma de principe :
Sonde PT100
Figure 27 : Bornier de mesure
Bâti et biodiversité Positive
38
b. Protocole expérimental :
Allumer les plaques chauffantes (les régler entre les thermostats 1 et 2 : les plaques ne
doivent pas trop chauffer). Il faut attendre quelques heures pour atteindre le régime
permanent.
S’assurer de l’uniformité de la température de la dalle. Le ∆T en tout point de la dalle
où sera posé le fluxmètre ne doit pas excéder 1°C. Trois thermocouples sont répartis
comme suit :
Placer le fluxmètre au centre de la dalle (un tracé est prévu à cet effet).
Placer le matériau à étudier au dessus du fluxmètre.
o Cas du polystyrène extrudé
Placer la plaque de polystyrène extrudé juste au dessus du fluxmètre.
o Cas d’un matériau granuleux
Placer le cadre de polyuréthane dont l’intérieur est recouvert de géotextile
fabriqué par nos soins à cet effet au dessus du fluxmètre. Mettre le matériau à
étudier dans le cadre, le remplir à ras bord sans tasser (il faut préalablement
peser le matériau).
Recouvrir le cadre rempli de matériau d’un film de géotextile afin d’éviter des
résistances de contact
Placer le deuxième fluxmètre au dessus
Enfin, refermer la boîte et attendre le régime stationnaire.
Bâti et biodiversité Positive
39
III. Matériaux testés :
- Polystyrène expansé
- Sable
- Terreau
- Bille d’argile
- Lierre
- Vigne vierge
- Sphaigne
De plus des mélanges terreau + billes d’argile seront testés suivants différentes compostions. Les
résultats sont présentés dans la partie suivante.
Bâti et biodiversité Positive
40
Résultats :
Notre mesure de conductivité se base sur le principe de la
méthode de la plaque chaude gardée et de la méthode
fluxmétrique. Le flux de chaleur doit être constant dans le temps
et uniforme dans l'espace. Les mesures du flux unidirectionnel
seront réalisées par nos deux fluxmètres (Φ).
La valeur de la conductivité (λ) se calculée en s’appuyant sur la
Loi de Fourier, pour cela, nous mesurons les 2 températures aux
bornes de l’échantillon (∆T) pour 1m² et une épaisseur donnée (e)
ce qui nous donne l’équation suivante :
(W/mK)
I. Validation du dispositif :
a. Polystyrène extrudé du commerce (voir annexe) : λ = 0,036 W/m°C.
Polystyrène extrudé 1 Epaisseur : 4 cm
Valeur Pt100 = 108,92 Ω soit 22,59°C
T1 = 1,547 mV soit 38,41 °C
T2 = 0,301 mV soit 7,60°C
Φ1 = 7,618 mV soit 29,07 W/m²
Φ2 = 7,600 mV soit 29,46 W/m²
Polystyrène extrudé 2 Epaisseur : 4 cm
Valeur Pt100 = 109,09 Ω soit 23,33°C
T1 = 1,711 mV soit 42,41 °C
T2 = 0,332 mV soit 8,37°C
Φ1 = 8,383 mV soit 31,996 W/m²
Φ2 = 8,300 mV soit 32,2 W/m²
λ =
λ =
λ = 0,0377 W/m°C
λ =
λ =
λ = 0,0376 W/m°C
Bâti et biodiversité Positive
41
Pour cette validation, nous retrouvons la valeur de conductivité de notre polystyrène extrudé avec une
erreur d’environ 4%. De plus, le ∆T est bien supérieur à 20°C comme le demande la norme d’essai.
Nous allons maintenant procéder à la mesure d’un matériau granulaire qui se rapproche davantage à nos
échantillons à tester.
b. Sable sec : λ = 0,0225 W/m°C [20]
La courbe granulométrique se situe en annexe
Sable sec e = 4 cm
M = 5,764 kg soit une masse volumique apparente de 1601 kg/m3
ω = 0%
Valeur Pt100 = 108,66Ω soit 22,23°C
T1 = 1,423 mV soit 35,39 °C
T2 = 0,684 mV soit 17,17°C
Φ1 = 27,400 mV soit 104,58 W/m²
Φ2 = 27,400 mV
De même, la conductivité thermique du sable a été retrouvée, nous pouvons donc valider notre dispositif
expérimental.
Pour la suite des mesures, nous ne détaillerons pas les mesures, nous indiquerons simplement les
conditions d’essais : matériau testé, sa masse, son épaisseur, sa teneur en eau et sa valeur de
conductivité thermique.
Il nous est difficile de connaitre les formulations de substrat des entrepreneurs qui développent les murs
végétaux, pour cela, nous allons nous fournir dans le commerce de matériaux de base (terreau, tourbe,
bille d’argile) et nous pourrons créer nos propres formulations.
Cette prochaine partie sera divisée en 3 : substrats secs, substrats humides, palette végétale.
λ =
λ =
λ = 0,229 W/m°C
Bâti et biodiversité Positive
42
II. Substrats secs :
Terreau universel du commerce (voir annexe)
Composition : écorce compostée, tourbe blonde, compost végétal
Matière sèche/brut : 35%
Matière organique/sec : 55%
Capacité de rétention en eau sur brut : 600ml/l de substrat
pH : 6,5
Teneur en eau = 0%
Epaisseur 4 cm
Masse = 0,928 kg soit une masse volumique apparente de 257,8 kg/m3
Conductivité mesurée : λ = 0,062 W/m°C
Billes d’argile
L'argile expansée est fabriquée industriellement à partir d'argile brute naturelle qui sera successivement
séchée, réduite en farine, mélangée à de l'eau puis chauffée dans des fours ce qui donne en définitive des
billes ou blocs à base de billes d'argile. Ce matériau a une masse volumique entre 350 et 700 kg/m3.
Une référence précise que la conductivité thermique des billes d’argile est comprise entre 0,10 et 0,16
W/m.°C [25] et que ses performances sont plus intéressantes pour une isolation phonique, puisqu'elles
agissent efficacement contre les bruits aériens et d'impact.
La courbe granulométrique se situe en annexe
Pour nos essais, voici les paramètres :
Masse = 1,480 kg soit une masse volumique apparente de 411 kg/m3
Teneur en eau = 0%
Epaisseur : 4cm
Conductivité mesurée : λ = 0,11 W/m°C
Masse = 1,469 kg soit une masse volumique apparente de 408 kg/m3
Teneur en eau = 0%
Epaisseur : 4cm
Conductivité mesurée : λ = 0,10 W/m°C
Nous sommes donc bien dans la fourchette présentée ci-avant.
Bâti et biodiversité Positive
43
Mélange terreau + billes d’argile
Teneur en eau = 0%
Ce qui nous donne comme relation (1) :
é 0.00025 % % 0,08675 (1)
y = -0.0005x + 0.1109
R² = 0.9857
y = 0.0005x + 0.0626
R² = 0.9857
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0 20 40 60 80 100 120
Co
nd
uct
ivit
é t
he
rmiq
ue
(W
/m°C
)
% de terreau
% de billes d'argile
Variation de la conductivité en fonction du % de terreau et de
billes d'argile
% terreau % billes d’argile λ (W/m°C)
36 64 0,095
48 52 0,089
75,2 24,8 0,071
Bâti et biodiversité Positive
44
Sphaigne
Propriétés :
Elle possède une grande capacité d'absorption et rétention de l'eau, la sphaigne est une mousse pouvant
emmagasiner 20 fois son volume en eau grâce à sa texture très légère.
Elle est antibactérienne ce qui permet une protection contre la pourriture, les maladies et les parasites et
elle a un pH naturellement acide de 4,8.
Pour notre essai, voici les paramètres :
Teneur en eau = 0%
Epaisseur : 4cm
Masse = 85 g soit une masse volumique apparente de 23,6 kg/m3
Conductivité mesurée : λ = 0,060 W/m°C
Récapitulatif :
Substrat Conductivité thermique (W/m°C)
Sable 0,225
Terreau universel 0,062
Billes d’argile 0,105
Sphaigne 0,060
A l’état sec, le terreau et la sphaigne peuvent être considérés comment des isolants thermiques.
III. Substrats humides :
Sable humide Epaisseur : 4 cm
Masse sable = 4,845 kg
Teneur en eau : 8,8%
Conductivité mesurée : λ = 0,621 W/m°C
Bâti et biodiversité Positive
45
Terreau
Epaisseur : 4 cm
Teneur en eau (%) Masse (kg) Conductivité (W/m°C)
27 1.113 0.119
31,3 1,170 0,12
70 1,290 0,178
97,3 1,408 0,185
108,3 1,300 0,229
131,4 1,402 0,222
151 1,500 0,275
179 1,710 0,324
Entre 150 kg/m3 et 250 kg /m3, nous remarquons une baisse de la conductivité d’environ 33% tous les
50kg/m3.
Soit :
! "#$%&'(%! )) * 0.6851 , -.%/ 260.89 (2)
y = -0.6851x + 260.89
R² = 0.9592
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00
Ma
sse
vo
lum
iqu
e a
pp
are
nte
(k
g/m
3)
Teneur en eau (%)
Masse volumique apparente sèche du terreau
en fonction de sa teneur en eau
Bâti et biodiversité Positive
46
Ce qui nous donne pour une teneur en eau w > 10% comme relation moyenne (3) :
* 0,0013 , -.%/ 0,07737 (3)
Teneur en eau (%)
Conductivité mesurée (W/m°C)
Conductivité calculée (W/m°C)
0.00 0.060 0.077
27.00 0.119 0.113
31.30 0.120 0.118
70.00 0.178 0.168
76.60 0.176 0.177
97.30 0.185 0.204
108.30 0.229 0.218
131.40 0.222 0.248
151.00 0.275 0.274
179.00 0.275 0.310
Les écarts entre les conductivités mesurées et calculées peuvent provenir de la mesure de la teneur en
eau, où un échantillonnage est prélevé sur la masse globale.
y = 0.00130x + 0.07737
R² = 0.96464
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Co
nd
uct
ivit
é t
he
rmiq
ue
(W
/m°C
)
Teneur en eau (%)
Conductivité du terreau en fonction de sa
teneur en eau
Bâti et biodiversité Positive
47
Sphaigne
Teneur en eau = 700%
Epaisseur : 4cm
Masse = 667g
Conductivité mesurée : λ = 0,216 W/m°C
Teneur en eau = 885%
Epaisseur : 4cm
Masse = 730g
Conductivité mesurée : λ = 0,270 W/m°C
Teneur en eau = 258%
Epaisseur : 4cm
Masse = 650g
Conductivité mesurée : λ = 0,136 W/m°C
Ce qui nous donne comme relation (4) :
23 0,000226 , -3.%/ 0,06625 (4)
y = 0.000226x + 0.066253
R² = 0.989938
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Co
nd
uct
ivit
é t
he
rmiq
ue
(W
/m°C
)
Teneur en eau (%)
Conductivité thermique de la sphaigne en fonction de
sa teneur en eau
Bâti et biodiversité Positive
48
Malgré la présence importante d’eau, la sphaigne conserve une conductivité relativement
faible, en effet pour une teneur en eau de 890% sa conductivité est égale à 0,27 W/m.°C,
comparée au terreau cela correspond à une teneur en eau de 150% environ.
IV. Palette végétal :
Lierre
Epaisseur : 10cm
Masse = 127g
Conductivité mesurée : λ = 0,265 W/m°C
Epaisseur : 10cm
Masse = 186g
Conductivité mesurée : λ = 0,239 W/m°C
Vigne vierge
Epaisseur : 10cm
Masse = 105g
Conductivité mesurée : λ = 0,274 W/m°C
Epaisseur : 10cm
Masse = 122g
Conductivité mesurée : λ = 0,218 W/m°C
Bâti et biodiversité Positive
49
Conclusion : La réglementation RT2005 impose, pour notre zone H1, une résistance thermique de paroi de : ISOLATION DES MURS RESISTANCE THERMIQUE CONSEILLEE (m²/K)
Valeur générale conseillée R = 2.85 à 3.15
Sous ossature métallique R = 2.85 à 3.15
Doublage collé R = 2,95
Afin d’obtenir cette résistance avec nos matériaux en prenant en compte un mur en béton de 20 cm
d’épaisseur soit R = 0.22 m²/K, il nous faudrait une épaisseur de :
- Pour la vigne vierge : 72 à 80 cm (λ = 0,274 W/m.°C)
- Pour le lierre : 65 à 73 cm (λ = 0,25 W/m.°C)
- Pour un terreau avec une teneur en eau de 100% : 53 à 59 cm (λ = 0,20 W/m.°C)
- Pour un terreau sec : 16 à 18 cm (λ = 0,06 W/m.°C)
- Pour une sphaigne avec une teneur en eau de 400% : 41 à 46cm (λ = 0,156 W/m.°C)
En sens inverse pour obtenir un mur respectant l’isolation des murs (R = 3 m²/K) avec 20 cm de lierre
ou de vigne vierge et avec un voile en béton de 20cm, il nous faudrait ajouter une isolation
complémentaire (λmoyen = 0,04 W/m.°C) de :
Pour la vigne : 8,2 cm
Pour le lierre : 8 cm
Pour conclure, nous ne pouvons pas déclarer que nos matériaux peuvent être utilisés comme substitution
à des isolants classiques. Par contre, ils peuvent être utilisés en compléments d’isolations. Nous avons
également trouvé des relations entre la conductivité et la teneur en eau.
De plus, la mesure de conductivité est réalisée sur des matériaux bruts et nous donne une valeur
intrinsèque du matériau, elle ne prend pas en compte son utilisation. Il serait nécessaire de poursuivre
des expérimentations en site exposé afin de mesurer son influence sur le confort thermique de
l’habitation.
Bâti et biodiversité Positive
50
Bibliographies :
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Geosciences
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surface microclimates and contributing to the bioprotection of historic buildings” Building and Environment,
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Bâti et biodiversité Positive
51
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wall layer on the thermal performance of a building zone”, Building and Environment, n°45, pp1287-1303,
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[21] Delacre E., « Caractérisation thermique de matériaux poreux humides par analyse inverse dans la
domaine fréquentiel », thèse de doctorat, Université d’Artois, 2000
[20] NF EN 12667 et NF EN 12664 Normes caractérisation de la conductivité thermique des matériaux
[22] De Pont F, Klarsfeld S, « Conductivité thermique des isolants », technique de l’ingénieur, 2002
[25] http://isolation.comprendrechoisir.com/comprendre/argile-expansee
Bâti et biodiversité Positive
52
Annexe
DOSATRON Caractéristique du polystyrène extrudé Caractéristique du film chauffant
Bâti et biodiversité Positive
53
Caractéristique du terreau universel
Caractéristique des billes d’argile
Bâti et biodiversité Positive
54
Table de correspondance des thermocouples de type K
Chromel vs Alumel (0ºC to 640ºC) EMF in Millivolts - Reference Junction 0ºC
Bâti et biodiversité Positive
55
Graphe de conversion PT 100 (résistance en Ω en fonction de la température °C)
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Bâti et biodiversité Positive
56
Courbe granulométrique du sable sec
Tamis (mm) Refus (g) Refus (%) Refus cumulé (%) Tamisat (%)
6,5 1,2 0,12 0,12 99,88
5 2,8 0,28 0,40 99,60
2,5 69,6 6,97 7,57 92,43
1,25 81,6 8,18 15,55 84,45
0,63 126,8 12,71 28,26 71,74
0,315 415,4 41,62 69,88 30,12
1,16 269,4 26,99 96,87 3,13
0,08 26,6 2,67 99,54 0,46
fond 4,6 0,46 100,00 0,00 Courbe granulométrique des billes d’argile
Tamis (mm) Refus (g) Refus (%) Refus cumulé (%) Tamisat (%)
12,5 137,4 18,49 18,49 81,51
8 556,8 74,92 93,41 6,59
6,3 34,8 4,68 98,09 1,91
5 2,8 0,38 98,47 1,53
2,5 1,8 0,24 98,71 1,29
1,25 0 0,00 98,71 1,29
0,315 1,6 0,22 98,92 1,08
0,08 3,4 0,46 99,38 0,62
fond 4,6 0,62 100,00 0,00