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GENIE CLIMATIQUE ET ENERGETIQUE
FICHE DE LECTURE
ETUDE DE SOLUTIONS DE RENOVATION DE BATIMENTS
TRADITIONNELS EN ECOSSE
Par MARIE JONNARD
Tutrice : C. VASILE
Tuteur entreprise : J. BROS WILLIAMSON
Institut National des Sciences
Appliquées de Strasbourg
Septembre 2014

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Jonnard Marie Etude de solutions de rénovation de bâtiments traditionnels en Ecosse
Tutrice : Vasile C. Septembre 2014
L’Ecosse compte aujourd’hui 400 000 bâtiments traditionnels, construits avant 1919, ce qui
représente 20 % du parc immobilier écossais. Face aux attentes de la Réglementation
Thermique 2020, plusieurs organisations gouvernementales ont été mandatées afin
d’améliorer l’efficacité énergétique de ces bâtiments historiques. Le Scottish Energy Centre
réalise des travaux de recherche pour ces organisations de préservation du patrimoine.
Cette étude a pour objet de présenter les spécificités du bâtiment traditionnel écossais, ainsi
que les solutions de rénovations pouvant être mises en place facilement et à moindre coût.
L’étude portera ensuite sur l’impact de ces solutions, à travers l’analyse des phénomènes de
condensation dans la masse. Enfin, une dernière partie développera l’outil de calcul mis en
place pour déterminer le bilan annuel de condensation d’une paroi.
Figure 1 : Bâtiments traditionnels étudiés
1. Spécificités du bâtiment traditionnel écossais
Historic Scotland définit le bâtiment traditionnel écossais de la façon suivante, « un bâtiment
construit avant 1919, composé de mur porteurs en maçonnerie lourde et d’un toit pentu
recouvert d’ardoises ou d’un autre matériau de couverture naturel ». Les parois sont
généralement constituées de quatre couches comme le montre la figure 2 : un mur en pierre
(traditionnellement du grès), une cavité d’air de 4 cm, une couche de lattes de bois et plâtre,
et un revêtement intérieur en plâtre. Les fenêtres sont de simples vitrages de type guillotine
(figure 3).
Figure 2 : Coupe schématique d’un mur traditionnel
Figure 3 : Fenêtres à guillotine à Edimbourg
Face aux spécificités des bâtiments traditionnels écossais, certaines méthodes de rénovation
se sont développées. Des isolants comme la perlite, la ouate de cellulose ou les billes de
polystyrène expansé sont soufflés ou versés dans la cavité d’air. Des panneaux de silicate de
sodium ou de l’aérogel sont appliqués directement sur la couche de lattes de bois et de plâtre.
Pour les vitrages, des volets intérieurs sont installés, plus faciles à mettre en place que des
volets extérieurs. Des solutions alternatives comme le second vitrage ou le film thermique sont
également mises en place.

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Jonnard Marie Etude de solutions de rénovation de bâtiments traditionnels en Ecosse
Tutrice : Vasile C. Septembre 2014
2. Amélioration des parois et des fenêtres
Les parois et les ouvrants font partie des plus grosses sources de déperditions d’un bâtiment.
Des solutions accessibles peuvent réduire considérablement les pertes de chaleur. Cette
étude développe certaines de ces solutions testées sur une propriété traditionnelle, nommée
Wee Causeway et située à Culross (figure 4).
Les parois ont été rénovées en 2012 avec trois isolants différents :
 Des billes de polystyrène expansé soufflées dans la cavité d’air réduisant la valeur de
U de 1.4 à 0.5 W/m².K
 Des panneaux de silicate de calcium de 15 mm d’épaisseur réduisant la valeur de U
de 1.5 à 0.7 W/m².K
 Une couche d’aérogel de 10 mm d’épaisseur appliqué sur la surface (figure 5),
réduisant la valeur de U de 1.4 à 0.9 W/m².K
Le plafond a été isolé avec 275 mm de laine de chanvre.
En 2013, un film thermique de faible émissivité a été appliqué sur les fenêtres de la façade
Est, et des volets intérieurs ont été mis en place sur la façade Ouest. La valeur de U du simple
vitrage a été enregistrée à 5.2 W/m².K. Le film thermique diminue cette valeur à 4.3 W/m².K et
les volets la diminuent à 1.1 W/m².K. Notons que les volets ne sont pas systématiquement
fermés et que donc la valeur de U varie entre 5.2 et 1.1 W/m².K.
Figure 4 : Wee Causeway, façade avant avec
trois volets fermés
Figure 5 : Mise en place de l’aérogel dans
la chambre au premier étage
Etude comparative des résultats
Pour comparer les différentes améliorations apportées à Wee Causeway, plusieurs modèles
ont été construits à l’aide du logiciel Standard Assessment Procedure (SAP). Ce programme
se base sur une méthode de calcul fournie par le gouvernement qui permet de comparer les
performances énergétiques et environnementales de plusieurs bâtiments. SAP réalise une
analyse complète du bâtiment, et calcule entre autres la consommation énergétique en
fonction de la surface du bâtiment.
Neuf modèles ont été créés sous SAP afin d’évaluer l’impact des solutions testées.
- Scénario 1 : Scénario de référence, Wee Causeway avant tout travaux de rénovation.
- Scénario 2 : Après rénovation, Wee Causeway actuellement.
- Scénarios 3 à 6 : Basés sur le scénario de référence, ils détaillent les améliorations
apportées par les trois types d’isolation dans les parois et celle installée dans le plafond
- Scénarios 7 et 8 : Egalement basés sur le scénario de référence, ils montrent l’impact
des volets et du film sur les fenêtres.
- Scénario 9 : Meilleure solution de rénovation, ce scénario a été construit aux vues
du meilleur modèle de parois et d’ouvrants.

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Jonnard Marie Etude de solutions de rénovation de bâtiments traditionnels en Ecosse
Tutrice : Vasile C. Septembre 2014
La meilleure solution de rénovation s’appuie sur la comparaison des consommations d’énergie
annuelles pour le chauffage, du classement énergétique et du classement des émissions de
gaz. Les coûts et la complexité de l’installation de chaque matériau n’ont pas été pris en
considération.
Les matériaux choisis pour le scénario 9 sont les suivants :
 Les billes de polystyrène expansé, car cet isolant présente la meilleure réduction de
la valeur de U dans les parois (1.4 à 0.5 W/m².K)
 La laine de chanvre a été installée dans le plafond. Seul isolant testé, elle permet une
diminution des consommations d’énergies pour le chauffage de 261 kWh/m².an à 235
kWh/m².an. La valeur de U a été réduite de 1.4 W/m
2
K à 0.2 W/m
2
K.
 Le film thermique a été appliqué à toutes les fenêtres car il diminue la valeur de U de
5.2 à 3.4 W/m
2
K. Les volets réduisent la valeur de U de 5.2 à 1.1 W/m
2
K mais
uniquement lorsqu’ils sont fermés. Lorsque le pourcentage d’ouverture des volets est
appliqué, la valeur de consommation énergétique de chauffage est de 257 kWh/m².an
pour les volets contre 255 kWh/m².an pour le film. De plus, la mise en place du film est
plus économique que celle de volets intérieurs.
Cette étude a donc permis de définir une nouvelle solution de rénovation à partir des
améliorations apportées à Wee Causeway. Les contraintes étaient assez importantes pour ce
projet :
- Réduire les consommations de chauffage à moindre coût
- Réaliser les travaux sans déloger l’habitant (logements sociaux)
- S’adapter à la structure du bâtiment, ne pas démolir de parois
Face à ces contraintes, il était très difficile d’atteindre les exigences requises en France.
Cependant les améliorations apportées sont non négligeables et répondent parfaitement aux
contraintes (gain de 32% sur la consommation énergétique de chauffage entre les modèles 1
et 9).
3. Impact de la rénovation : Transferts d’humidité et condensation dans la
masse
Depuis 2010, l’organisation gouvernementale Historic Scotland a rénové différentes propriétés
construites entre la fin du 17
ème
siècle et le début du 19
ème
siècle. L’ajout des isolants dans les
parois perturbe les flux de chaleur et les déplacements d’humidité dans les matériaux de
construction, pouvant créer un phénomène de condensation dans la masse.
Pour déterminer le risque de condensation dans les parois, la méthode de Glaser a été utilisée.
Celle-ci provient de la norme EN ISO 13788. Elle permet de calculer les valeurs théoriques de
pression de vapeur et pression de vapeur saturante dans la masse. Un diagramme de Glaser
peut ensuite être tracé afin d’obtenir une représentation graphique du risque de condensation
(figure 6). Sur ce même diagramme, il est possible d’ajouter les valeurs réelles de température
et d’humidité relative relevées dans la cavité d’air ; et donc de les comparer aux prédictions
de Glaser.
Trois parois isolées différemment ont été testées pour cette étude : la première rénovée avec
de l’aérogel appliqué sur la couche de lattes de bois et plâtre, la deuxième rénovée avec de la
ouate de cellulose soufflée dans la cavité d’air, et enfin une troisième paroi rénovée avec de
la perlite versée dans la cavité d’air.