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Courriel : Phalguni.Mukhopadhyaya@nrc-cnrc.gc.ca
La nanotechnologie des systèmes d'isolation thermique à haute performance
La nanotechnologie peut être utilisée dans la mise au point d'isolants thermiques à haute performance pour la construction d'enveloppes de bâtiment. La résistivité thermique d'un matériau isolant à pores ouverts augmente inversement à la taille effective de ses pores. Ce principe bien établi se traduit par la possibilité d'utiliser des matériaux nanoporeux comme matériaux internes ou « d'âme » de panneaux d'isolation sous vide (ou PIV) de haute efficacité.
Plaque chaude gardée sous vide (PCGV)
Depuis cinq ans, les chercheurs de l'IRC-CNRC étudient la performance à long terme des matériaux de PIV et les caractérisent. Dans le cadre de ce programme de recherche, l'IRC-CNRC en est à un stade avancé de l'étude de matériaux nanoporeux novateurs et peu coûteux pour la fabrication de PIV.
Ces travaux font appel à l'appareil d'essai sur plaque chaude gardée sous vide (PCGV) récemment mis au point à l'institut et qui permet de caractériser la conductivité thermique de matériaux isolants à pores ouverts à différentes pressions allant de 1 Pa à 101 325 Pa (pression atmosphérique).
Panneaux d’isolation sous vide : de quoi s’agit-il?
Figure 1: Panneau d'isolation sous vide (PIV)
La construction de panneaux d’isolation sous vide repose strictement sur le concept physique voulant qu’une pression gazeuse nulle ou très faible à l’intérieur d’un matériau poreux se traduise par une augmentation du potentiel d’isolation thermique de ce dernier. Ainsi, les PIV sont souvent constitués d’une âme faite de matériau à pores ouverts contenue dans un matériau imperméable aux gaz (Figure 1) et comprennent les trois principaux éléments suivants (Figure 2) :
Figure 2 : Structure schématique d'un PIV
- le matériau d’âme, qui confère au PIV une force mécanique et une capacité d’isolation thermique en empêchant l’écoulement libre de gaz/molécules d’air, réduisant ainsi le potentiel de transfert de chaleur par conduction dans l’air. Les matériaux d’âme idéals doivent présenter une structure à pores ouverts, des pores de très faible diamètre, une bonne résistance à la compression pour soutenir la pression atmosphérique et une très forte résistance aux rayons infrarouges.
- une barrière/membrane contre les gaz, qui tient lieu d’enveloppe étanche à l’air et à la vapeur pour le matériau d’âme. La performance à long terme d’un PIV dépend très fortement de la performance de cette barrière contre les gaz.
- un dégazeur/dessiccateur, qui est ajouté au matériau d’âme pour absorber les gaz atmosphériques et la vapeur d’eau résiduels ou qui s’infiltrent dans l’enveloppe du PIV. L’ajout d’un dégazeur/dessiccateur accroît la performance et la longévité du PIV.
Les avantages des PIV
La capacité d’isolation thermique des PIV est jusqu’à 10 fois supérieure à celle des matériaux isolants traditionnels (voir ci-dessous). Les PIV sont particulièrement utiles dans les endroits où l’espace est très limité ou encore là où la demande énergétique est forte, comme dans le Nord canadien. Dans les cas où la taille des pièces de charpente est régie par la capacité de ces dernières à contenir les matériaux isolants plutôt que par leur résistance structurale, les dimensions des cavités contenant l’isolant peuvent être réduites, permettant ainsi d’épargner des matériaux, d’optimiser l’espace utile de l’immeuble et de réduire les pertes et le recyclage nécessaire à la fin de la vie utile de l’immeuble.
Comparaison de la capacité d'isolation thermique des PIV et de divers matériaux isolants courants.
