rapport projet energetique

RAPPORT PROJET
ENERGETIQUE
« EMBALLAGE DE LA ROTONDE »
2011
Par Charles KARAYAN et Michaël NAFACK MINTSA
Encadré par Natacha GONDRAN et Jonathan VILLOT
09/12/2011

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Rapport projet « Emballage de la Rotonde » Par C. Karayan et M. Nafack Mintsa
Sommaire
Remerciements...................................................................................................................................3
Résumé .............................................................................................................................................4
Introduction .......................................................................................................................................5
I- Petit historique sur l’utilisation des polymères dans le cadre de l’isolation thermique .......6
II- Etude des polymères utilisés fréquemment dans l’isolation .................................................7
1- Présentation brève des matériaux ......................................................................................7
a- Le polystyrène ...................................................................................................................7
b- Le polyuréthane ................................................................................................................7
c- Les polyesters ...................................................................................................................7
2- Comparaison des propriétés thermiques............................................................................8
a- Conductivité et résistance thermique ..............................................................................8
b- Déphasage thermique ......................................................................................................9
3- Comparaison des caractéristiques environnementales .................................................. 10
4- Impacts sur la santé ........................................................................................................... 11
5- Petit bilan ............................................................................................................................. 12
III- Etude de polymères utilisés de manière plus anecdotique dans l’architecture ............. 12
1- Détermination de nouveaux polymères utilisables .......................................................... 12
2- Présentation des quatre polymères sélectionnés ............................................................ 13
a- Le polytétrafluoroethylene (PTFE) ................................................................................ 13
b- L’éthylène tétrafluoroethylene (ETFE) .......................................................................... 13
c- Le polychlorure de vinyle (PVC) ................................................................................... 13
d- Le polyétheréthercétone................................................................................................. 14
3- Comparaison des données des 4 polymères ................................................................... 14
a- Comparaison des propriétés thermiques ..................................................................... 14
b- Comparaison des caractéristiques environnementales ............................................... 15
IV- Différenciations des matériaux .......................................................................................... 15
1- Minimiser la masse du matériau en imposant une élasticité convenable ...................... 15
2- Minimiser l’énergie grise du matériau ............................................................................... 17
3- Minimiser l’empreinte carbone du matériau ..................................................................... 17
4- Maximiser la résistance thermique du matériau .............................................................. 18
5- Conclusion appréciative ..................................................................................................... 18
V- Efficacité selon le type de pose ......................................................................................... 19

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Rapport projet « Emballage de la Rotonde » Par C. Karayan et M. Nafack Mintsa
1- Isolation intérieure ou extérieure ? .................................................................................... 19
a- Les ponts thermiques ..................................................................................................... 19
b- Capacité thermique ........................................................................................................... 19
2- Les phénomènes physiques à prendre en compte dans l’isolation ............................... 20
a- La conduction thermique ................................................................................................ 21
b- La convection thermique ................................................................................................ 21
c- Le rayonnement thermique ............................................................................................ 21
3- Les types de poses............................................................................................................. 23
VI- Proposition pour le projet rotonde ..................................................................................... 25
1- Présentation du projet ........................................................................................................ 25
2- Présentation du bâtiment ................................................................................................... 26
3- Référence de projets d’emballage réalisés utilisant des polymères de l’étude ............. 27
a- Membrane polymère PTFE - Schlumberger, Cambridge, Grande-Bretagne ............ 27
b- Focus sur : le toit du centre pompidou à Metz ............................................................. 28
c- Membrane polymère ETFE – Structure coussin double couche ................................ 28
4- Proposition .......................................................................................................................... 29
a- Choix du matériau ........................................................................................................... 29
b- Choix du type de pose .................................................................................................... 30
c- Choix d’un produit du marché ........................................................................................ 30
5- Simulation de l’impact thermique ...................................................................................... 31
a- Hypothèses de la simulation .......................................................................................... 32
b- Résultats de la simulation .............................................................................................. 33
6- Audit environnemental ....................................................................................................... 34
Conclusion ...................................................................................................................................... 36
Annexes .......................................................................................................................................... 37
Annexe 1 : Cycle de vie détaillé du polystyrène ...................................................................... 37
Annexe 2 : Matériaux obtenus après sélection via le logiciel CES Edupak 2011 ................ 37
Annexe 3 : Bilan énergétique estimé ........................................................................................ 38
Annexe 4 : Audit environnemental ............................................................................................ 41
Bibliographie ................................................................................................................................... 42

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Rapport projet « Emballage de la Rotonde » Par C. Karayan et M. Nafack Mintsa
Remerciements
Nous tenons à remercier nos tuteurs, madame Natacha GONDRAN et monsieur Jonathan
VILLOT pour nous avoir assistés et orientés durant le déroulement de ce projet.
Nous remercions aussi monsieur Olivier BONNEFOY, pour l’aide qu’il nous a pporté dans la
réalisation de ce projet

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Rapport projet « Emballage de la Rotonde » Par C. Karayan et M. Nafack Mintsa
Résumé
La Rotonde de Saint-Etienne par son projet « d’emballage de la Rotonde » cherche à concilier
design et efficacité thermique pour compenser sa grande déperdition énergétique. L’étude des
polymères nous amène à sélectionner des matériaux convenant à un usage en membrane externe
dans le domaine du bâtiment et pouvant résister aux conditions extérieures (intempéries, UV) et étant
bons du point de vue environnemental. Le PTFE, l’ETFE, le PEEK, le PVC sont les 4 polymères qui
ont été retenus par cette sélection. Nous les avons ensuite comparés avec les matériaux isolants
conventionnels en panneaux (polyuréthane, polyesters, polystyrène) pour avoir des repères plus
parlant du monde de l’isolation. Plusieurs critères (économique, environnemental, mécanique) sont
abordés dans ce rapport permettant à un utilisateur externe d’être aidé dans le choix du polymère
convenant à son projet.
Dans le cas de la Rotonde, bâtiment particulier cylindrique mal isolé au niveau du vitrage et
du plancher, l’emballage par « membrane polymère » a été un choix prédéterminé. L’historique des
projets industriels similaires nous ont amené nous orienter sur la membrane ETFE avec une pose de
double membrane autour du bâtiment. Ainsi on obtient visuellement cette impression d’emballage et
thermiquement on rajoute des couche d’air entre la membrane et le bâtiment, d’où l’effet isolant.
Une simulation thermique partielle nous a amené à conclure sur une réduction des pertes
thermiques significative du à cette modification et donc une réduction des besoins de chauffage de
ce bâtiment. En comparant avec l’audit énergétique effectué en 2010, cette mesure s’avère moins
efficace thermiquement qu’une isolation plancher traditionnel mais reste en accord avec l’idée d’un
projet novateur esthétiquement avec une vision d’efficacité énergétique. Enfin, un audit
environnemental succinct sur la double membrane d’ETFE choisie apporte au projet une vision
environnementale du fait de sa recyclabilité.