Isolant et densité

[boifan]

Bonjour,

Petite question disons d'ordre scientifique ... car pas pour discuter de l'intérêt de ces produits SVP,

J'en étais resté à cette notion, dixit JP Oliva : "un isolant de qualité est donc un matériau de très faible densité comportant un très grand nombre de cellules le plus petites possibles et contenant un maximum d'air".

En m'intéressant au Styrodur et au Neopor qui sont tous deux des polystyrènes extrudés, je lis que que la conductivité thermique (lambda) est fonction de la densité du matériau, jusque là ça va !

Mais ça se gâte ici :



Plus c'est dense, plus c'est isolant, et ... plus c'est cher !

Et quand on regarde les données par épaisseur commercialisées et qu'on recalcule le lamda de chaque type de plaques à partir de leur Resistivité thermique R, avec lambda = e/R (e = épaisseur), on constate que lambda varie avec l'épaisseur du produit. En fait du Styrodur en 50 mm (lambda = 0,0322 W/m²°K) et en 100 mm (lambda = 0,0357 W/m²°K) ne sont pas le même produit car le premier parait avoir une densité de 30 kg/m³ et le second de 20 kg/m³.
Ce qui fait que 2 épaisseurs de 50 mm auront un R = 3,10 m²°K/W avec une densité de 30 kg/m³ tandis qu'une épaisseur de 100 mm aura un R = 2,80 m²°K/W seulement avec une densité de 20 kg/m³.

Il ne semble donc qu'on ne puisse pas calculer le R d'une épaisseur de ces isolants sans connaître le type de plaque utilisé ni extrapoler d'une épaisseur à une autre. Ou encore, que pour modérer l'augmentation de prix, lorsqu'on augmente l'épaisseur, le fabricant diminue la densité ce qui diminue la qualité de l'isolant.

Jusqu'alors, je doublais la valeur de R lorsque l'épaisseur de l'isolant doublait. Maintenant je me demande si cela se pratique avec d'autres isolants ?
Ou alors me suis-je planté quelque part ?

[dclik]

Bonjour,

Sujet complexe boifan,

Mes compétences sont malheureusement dépassées, mais j'espère que l'on aura des réponses à ta demande intéressante.

Je ne pensais pas que la conductivité thermique pouvait varier en fonction de l'épaisseur, que celle-ci était fixe et c'est ce qui permettait d'évaluer une résistance thermique...si on rajoute la notion de densité, n'influe-t-elle pas le déphasage pour une notion de thermique dynamique ?

Je pense que mon post n'évolue pas le débat..hihi

Bonne journée.

dclik.

[bedouin]

Ce qui me parait bizarre à prime abord c'est la phrase:

- "Plus c'est dense, plus c'est isolant"

En général c'est l'inverse.

Plus c'est dense en fait et plus il a de matériau et moins de place pour l'air encapsulé dans ce dit matériau et donc plus il sera conducteur. Ceci est vrai et se vérifie sur les laine de bois par exemple.

Ce serait donc ce genre de produits PSE et neopor qui auraient ces caractéristiques si particulière....d'où tire tu ce graphique ?
Cela voudrais dire que plus on a un neopor dense et plus il y a de la place pour encapsuler de l'air dans le neopor.

[boifan]

Ce qui me parait bizarre à prime abord c'est la phrase:

- "Plus c'est dense, plus c'est isolant"

En général c'est l'inverse.

C'est la raison de ce post

Le graphique est dans ce document : ICI

J'ajoute que le fabricant explique que ne pouvant diminuer la conductivité thermique de son matériau par la seule augmentation de densité car le prix augmente, il lui fallait en modifier la composition pour se déplacer sur une autre courbe conductivité/densité. D'où l'adjonction de "réflecteurs" de carbone pour obtenir le Neopor qui a les mêmes caractéristiques que le styrodur pour une densité moitié plus faible.

[bedouin]

Oui j'avais trouvé la référence - merci.

En fait c'est du graphite qui est inséré dans le PSE et il aurait donc une propriété de réflecteur thermique et constituerait donc une barrière thermique ce qui permettrait à épaisseur moitié du PSE la même isolation.

C'est donc la combinaison de capture d'air dans des bille de PSE mélangé à des particules de graphite qui combiné donnerait ces caractéristiques à la fois d'isolation (air capturé) et de barrière thermique.

Qu'en est il du confort d'été ?

[Merfène]

Jusqu'alors, je doublais la valeur de R lorsque l'épaisseur de l'isolant doublait. Maintenant je me demande si cela se pratique avec d'autres isolants ?
Ou alors me suis-je planté quelque part ?

Pour un matériau donné, la valeur R ne dépend en effet que de l'épaisseur et si on double l'épaisseur, on double le R.
La difficulté vient ici du fait que la composition du matériau (et sa résistance thermique) varie avec l'épaisseur des plaques commercialisées.
Je ne pense pas qu'il y ait d'équivalent dans les matériaux d'origine naturelle.

Quant au fait que la résistance thermique augmente avec la densité, c'est vrai aussi que ça va à l'encontre de ce qui est communément admis.
Je pense en fait qu'il y a une courbe en 'U'.
Ce qui fait la qualité de l'isolant c'est bien de contenir beaucoup d'air mais aussi que cet air soit le plus cloisonné possible en microbulles pour limiter les transferts de chaleur par convection. Une très faible densité de matériau signifie de "grosses" bulles d'air enfermées à l'intérieur et donc des performances moins bonnes à cause de la convection. A l'extrême, il suffit d'imaginer un ballon gonflé d'air (densité minimale et résistance thermique pas terrible à cause de la convection qui peut jouer à plein).
En cloisonnant davantage cet air, on renforce sa résistance thermique (en éliminant quasiment les phénomènes de convection pour ne laisser que de la conduction) et, forcément, on augmente sa densité.
Mais à partir d'un certain niveau de densité, la conduction qui se fait dans les "parois" des microbulles l'emporte sur l'effet bénéfique lié au cloisonnement de l'air enfermé et on a à nouveau une déterioration des performances thermiques.

Je pense que c'est comme ça que ça doit se passer et que ça explique le phénomène que tu décris.
Ceci dit, dans les plages de valeur de densité et de conductivité thermique dont nous parlons usuellement, je pense que tout ceci joue malgré tout assez à la marge.

[chatelot16]

la resistance thermique proportionnelle a l'epaisseur c'est vrai si la chaleur ne se propage que par conduction , mais le polystyrene par example est presque transparent au infra rouge et on a beau augmenter l'epaisseur on ne diminue pas beaucoup cette forme de transmission : d'ou l'interet des isolants avec des couches d'aluminium

autre phenomene : si la densité est trop faible le materiaux isolant n'est plus etanche : il apparait des mouvement de convection qui cassent l'isolation

encore pire les resultat pratique d'isolation sont souvent moins bon que la theorie car on oublie les passage de vapeur d'eau par la porosité des materiaux , et qui deplace beaucoup d'energie !

[boifan]

En cloisonnant davantage cet air, on renforce sa résistance thermique (en éliminant quasiment les phénomènes de convection pour ne laisser que de la conduction) et, forcément, on augmente sa densité.

J'y avais pensé mais ...

Si on prend un cube d'arête a , son volume est Vc = a³
Il y a des bulles sphériques de rayon R dans ce cube dont le volume est Vb = 4/3 PI R³
Le rapport k entre l'arête a et le rayon des bulles R donne le nombre N de bulles contenues dans le cube : k = a/2R et N = k³ (si a=2R, 1 bulle ; si a=4R, 8 bulles ; si a=6R, 27 bulles ; etc).
La différence entre le volume du cube et le volume des bulles donne le volume de solide restant Vs.
Vs = Vc - (N x Vb) = a³ - k³ x [4/3 PI x (a/2k)³] = a³ x (1-PI/6)

Ce qui fait que le volume de solide est indépendant du nombre de bulles dans l'hypothèse où on met le maximum d'air dans l'isolant. Mais ce n'est peut-être pas le cas.

La conductivité thermique (lambda) est une caractéristique physique d'un échantillon déterminé. Plusieurs échantillons de caractéristiques différentes peuvent porter le même nom (exemple : béton) et avoir des lambda différents. On donne donc des lambdas moyens.

En fait, je me demande si cette courbe de conductivité qui diminue avec la densité n'est pas un artifice.

Le matériau de base est extrudé puis découpé. Rien n'empêche de tailler des épaisseurs de 50 mm et de 100 mm dans le même bloc et donc on aurait le même lambda avec la même densité et un R de chaque plaque proportionnel à l'épaisseur.

Mais le fabricant a décidé pour des raisons à déterminer (dont le prix du m² qui augmente comme l'épaisseur) de donner à chaque type de plaque des caractéristiques techniques différentes, ce qui leur donne entre autres un lambda et une densité différents.

Puis pour les besoins de sa démonstration, une courbe densité-lambda a été établie pouvant laisser penser que si la densité augmente la résistivité thermique diminue, ce qui est paradoxal. Cette courbe ne serait donc pas le reflet de caractéristiques physiques du matériau, mais aussi de considérations commerciales qui font varier la densité du styropor inversement à son épaisseur.

La rigueur voudrait que ces données soient présentées sous forme de nuages de points non reliés entre eux avec les épaisseurs de plaque en étiquette.

[bedouin]

Ok, mais dans tes calculs de billes et de cube, tu n'as pas pris un compte un point fondamental, c'est l'adjonction par BASF de particules de graphite dans l'isolant. Ce graphite est censé réfléchir l'onde de chaleur et contribue de ce fait à en freiner le passage au travers de l'isolant. Pour imager ce néopor se comporterait comme un panneau de PSE sur lequel on aurait collé un film réfléchissant multi couche alu...

Même si ce système peut améliorer l'isolation thermique, je me pose toujours la question de l'isolation d'été ?

Au vu des derniers posts dans le fil isolation exterieur et simulation faites par rbobeda, un mur euromac 2 de 26/16/6 serait alors aussi bon en isolation d'été que d'hiver car avec 26 cm + 6 cm de neopor et 16 de béton...on obtien une valeur de R > à 10...

J'utilise le conditionnel car même les simulation de rbobeda étaient simplifiées et ne permettent pas forcément de faire des généralisations sur ces cas précis...

[boifan]

Ok, mais dans tes calculs de billes et de cube, tu n'as pas pris un compte un point fondamental, c'est l'adjonction par BASF de particules de graphite dans l'isolant.

Ils utilisent la même représentation pour le Styrodur et le Neopor. Dans l'un comme l'autre cas, le lambda diminue quand la densité augmente (voir graphique plus haut, en blanc Styrodur, en jaune Neopor) ... Mon petit calcul ne sert qu'à montrer que pour diminuer la densité il faut augmenter la quantité d'air, pas seulement le nombre de bulles en les faisant plus petites, ou modifier la composition de la matière première (ou les deux).

Par exemple, Xella diminue la densité du Thermopierre et passe de lambda 0,10 et 400 kg/m³, à lambda 0,09 et 350 kg/m³ et même lambda 0,08 et 300 kg/m³ ! (en Suisse, hélas ... ici ya pas de quoi pavoiser, on n'est pas près de gagner les jeux olympiques de la construction) . Mais au moins le lambda et la densité varient dans le même sens !

J'en reste donc sur l'idée que la représentation donnée par BASF est un biais qui n'a rien à voir avec la physique.

Le problème actuel de tous les fabricants est d'augmenter les qualités isolantes de leur produit en restant dans des dimensions raisonnables car on ne peut pas continuer à augmenter l'épaisseur des murs ... et les prix. C'est absurde d'augmenter les volumes de matières de 25%, l'énergie pour produire et transporter d'autant et aboutir à des murs de 50 cm d'épaisseur !
BASF a eu l'idée de rajouter de la "mine de crayon" dans le Styrodur pour faire du Neopor. D'autres remplissent de perlite les briques monomur. Mais c'est un autre débat que celui de savoir pourquoi lambda diminue quand la densité augmente !

Cordialement.

Ps : en fait l'architecte m'a proposé d'isoler le toit terrasse par l'extérieur (normal) avec du styrodur. Je trouvais son épaisseur un peu faiblarde d'où mon intérêt pour le produit. Merci Bedouin pour l'idée de l'isolation d'été, je vais lire cette file d'autant que j'aimerais si possible faire l'étanchéité avec une membrane PVC Evalon V-Solar qui est équipée de capteurs photovoltaïques souples.

[BoB82]

Bonjour,

pour essayer de répondre à pourquoi la lambda diminue alors que la densité augmente, c'est que ce lambda n'est pas un lambda conductif mais un lambda équivalent regroupant les résistances thermiques radiatives et conductives: Un lambda biaisé comme dit Biofan!

En gros, ils ont construits un modèle de Styropur et Neopor avec une résistance radiative en série avec une résistance conductive, ils ont calculé une résistance équivalente pour l'ensemble et ensuite recalculer un lambda "conductif" équivalent.

Du coup lorsque l'on augmente la densité on diminue l'impact radiatif, on augmente R et diminue Lambda. Il est vrai en augmentant la densité on diminue le lambda conductif mais apparament c'est le radiatif qui prend le dessus.

Je ne sais pas si je suis très clair, mais c'est mon point de vu!

A plus

Olivier

[luckylours]

@boifan, certes en Suisse on trouve apparemment d'excellents produits !
Par contre le gros bémol c'est au niveau du prix! je suis en pleine construction en ce moment.

Histoire de comparer, isolation de façades (matériel + pose + enduit extérieur, Hors taxe):
laine de pierre haute densité : 18cm --> 97€/m2
EPS : 16cm --> 75€/m2
EPS : 12cm --> 62€/m2
Liège : 12cm --> 97€/m2
multipor (minéral): 12cm --> 84€/m2

En gros en LDP 18cm cela représente 6% du budget construction et j'ai 2 murs mitoyens ...

ET après on se demande pourquoi les gens n'isolent pas plus ...

[philclip]

1) mais le polystyrene par example est presque transparent au infra rouge et on a beau augmenter l'epaisseur on ne diminue pas beaucoup cette forme de transmission : d'ou l'interet des isolants avec des couches d'aluminium

2) on oublie les passage de vapeur d'eau par la porosité des materiaux , et qui deplace beaucoup d'energie !

Bonjour Chatelot, j'aurais deux petites questions à propos de ces affirmations:
1: est-ce à dire qu'un isolant avec des couches d'aluminium serait plus indiqué avec un poële de masse en intérieur?
2: pourriez-vous developper, svp?
Merci

[Zarcobx]

@boifan, certes en Suisse on trouve apparemment d'excellents produits !
Par contre le gros bémol c'est au niveau du prix! je suis en pleine construction en ce moment.

Histoire de comparer, isolation de façades (matériel + pose + enduit extérieur, Hors taxe):
laine de pierre haute densité : 18cm --> 97€/m2
EPS : 16cm --> 75€/m2
EPS : 12cm --> 62€/m2
Liège : 12cm --> 97€/m2
multipor (minéral): 12cm --> 84€/m2

En gros en LDP 18cm cela représente 6% du budget construction et j'ai 2 murs mitoyens ...

ET après on se demande pourquoi les gens n'isolent pas plus ...

Combien représente le cout du chauffage/clim sur les charges ensuite ?

S'il faut mettre même 20% du cout de la construction pour "éliminer" 30 à 40% des charges ensuite ça a un sens non ?

Je pose la question je connais pas trop les chiffres ur les différents postes dans une construction.

Je pensais même qu'une trés bonne isolation coutait plus de 10% d'une construction.

[luckylours]

Ben dans mon cas,

LDP 12cm au lieu de 18cm = 1000kwh de pertes thermiques annuelles en plus.
Soit à la louche un stère de bois... ou 60€/an de charges en plus ...

Bref, à l'heure où on parle (càd au prix actuel de l'énergie) Je vois pas comment ce surcoût pourrait-être amorti !

Personnellement j'essaie dans la mesure du possible de ne pas raisonner économiquement parlant ! Donc autant que faire se peut (si vous me passer l'expression...), j'isole !

Concernant les 6% je n'ai parlé que de l'isolation des parois verticales ! et j'ai 2 murs mitoyen ...