Et si la meilleure façon de climatiser une pièce serait de ne pas le faire ?

 

De nombreux chercheurs et scientifiques travaillent sur la meilleure façon de créer de l’énergie, la plus rentable ainsi que la plus écologique. Or l’énergie la plus rentable et la plus écologique est celle que l’on n’a pas besoin de dépenser. Avant de choisir un système de chauffage ou de refroidissement performant, il est nécessaire de s’assurer que certains éléments ont été correctement pensés pour diminuer au maximum les besoins énergétiques du bâtiment :  

• Une bonne isolation des parois en contact avec l’extérieur (mur, plancher, toiture) 
• La mise en place de menuiseries performante  
• Des matériaux qui garantissent une grande inertie  
• Une orientation EST / OUEST plutôt que NORD / SUD 
• L’utilisation de matériaux locaux, et dans le meilleur des cas, biosourcés 

Le challenge est maintenant de diminuer l’utilisation de la climatisation dans les bâtiments. Pour cela les matériaux à changement de phase pourraient être une des solutions. Dans un premier temps nous verrons ce que signifie le changement de phase ainsi que ses caractéristiques physiques. Ensuite nous étudierons un produit existant sur le marché qui utilise ce phénomène et enfin nous présenterons quelques chantiers qui ont mis en place ce genre de solution. 

Quelques rappels physiques 

On sait que les éléments qui nous entourent peuvent se trouver sous trois états : solide, liquide, gazeux. Si on applique une quantité d’énergie adéquate à certains éléments / matériaux, ils peuvent passer d’un état à un autre ; ils changent de phase.  

L’exemple le plus connu reste celui de l’eau. Lorsqu’elle est à l’état solide, sous forme de glace, il suffit de lui transmettre de l’énergie pour qu’elle change d’état et passe à l’état liquide. Cette quantité d’énergie nécessaire pour obtenir le changement de phase est appelée la chaleur latente. A ne pas confondre avec la chaleur sensible qui est l’énergie nécessaire pour augmenter d’un degrés une masse d’eau de 1 kg. 

On peut remarquer sur ce graphique que l’eau demande beaucoup plus d’énergie pour changer de phase que pour augmenter sa température. En effet, elle a besoin de 2257 kJ pour passer de l’état liquide à gazeux alors qu’il lui faut seulement 419 kJ pour augmenter de l’eau liquide de 0 à100 °C. Le changement de phase permet donc de stocker 5.4 fois plus d’énergie. Autre exemple ; il faut autant d’énergie pour faire fondre un kilogramme de glace que pour augmenter la température d’un litre l’eau liquide de 0 à 80°C. 

Il est à noter que ce phénomène de changement de phase est utilisé dans les pompes à chaleur. Ce qui leur permet d’emmagasiner une grande quantité d’énergie et de la transmettre à un circuit d’eau, lui assurant ainsi de très grandes performances énergétiques. 

Des entreprises ont bien compris le changement de phase et ont créé des matériaux de construction qui utilisent cette propriété physique de la matière. Ce qui permettrait de limiter au maximum l’utilisation de la climatisation. 

Un produit innovant  : le Micronal PCM Smartboard 23 

L’entreprise KNAUF en partenariat avec le chimiste BASF ont inventé un produit innovant capable de réguler la température d’une pièce d’un logement ou d’un bureau en utilisant des matériaux à changement de phase ; le micronal PCM Smartboard 23. 

Le produit se présente sous la forme d’un panneau de 1,5 cm d’épaisseur composé en son centre de billes microscopiques de polymère contenant une cire. La température de fusion de cette cire est de 23°C. 

Lorsque la température à l’intérieure de la pièce est en dessous de la température de fusion, la cire est à l’état solide dans les microcapsules. Au moment où la température de la pièce dépasse 23°C, la cire va capter la chaleur et devenir liquide, elle va donc changer de phase. Dès lors que la température diminue en dessous des 23°C, la cire cède sa chaleur dans la pièce et redevient solide. Cela permet d’avoir une régulation de la température beaucoup plus légère qu’avec une climatisation. 

 

Cette solution est donc optimale pour les projets de constructions légères et les maisons passives. Chaque panneau contient près de 3 kilos de microcapsules. Ce qui lui confère une capacité de stockage de chaleur très intéressante par rapport à d’autres matériaux. En effet, une plaque de 1,5 cm permet de stocker autant de chaleur que 9 cm de béton et que 12 cm de briques.  

Pour résumer, ce produit présente beaucoup d’avantage : 

• Une facilité de mise en œuvre par rapport à un panneau de BA 13  
• Un encombrement minimal par rapport à d’autres matériaux pour avoir les mêmes performances de stockage de chaleur 
• Le produit peut effectuer 10 000 cycles sans dégradation de performance, ce qui correspond à une durée de vie d’environ 30 ans  
• Il permet de réduire fortement les besoins en climatisation 

Certaines références en France et en Allemagne 

Ce produit ne s’est pas encore démocratisé ni adopté par tous. Toutefois certains projets de construction ont déjà expérimenté les matériaux à changement de phase. C’est le cas du bâtiment « Haus der Gegenwart » ou maison de Gegenwart situé à Munich inauguré en 2005. Dans ce projet innovant, on retrouve près de 600 m² de Micronal PCM Smartboard 23. Ces panneaux assurent la régulation de la température à l’intérieur de cette maison contemporaine. 

Un projet français a également utilisé ce produit dans le but d’améliorer le confort de ces occupant et de réduire au maximum les consommations du bâtiment ; La Demeure des Carrières à Fontenay-sous-Bois (94). Cette ancienne maison de maître a été entièrement rénovée et se compose désormais de 8 logements à faible revenu. Inaugurée en 2006, ce projet se voulait pionnier en matière de performance énergétique. Il a permis, en effectuant des travaux d’isolation importants, le remplacement des productions et la mise en place de matériaux à changement de phase, de réduire la consommation du bâtiment de 400 à 50 kWh/m²/an. 

Nous avons vu que les matériaux à changement de phase peuvent être un atout pour assurer la transition énergétique. A la vue de l’augmentation significative des températures, l’enjeu de ce siècle sera donc de trouver des solutions pour rafraîchir efficacement les bureaux et les logements tout en réduisant au maximum l’utilisation de la climatisation. Les matériaux à changement de phase pourraient être une solution. Malgré leurs prix très élevés (45€/m²), ils permettront à l’avenir de faire des économies en réduisant les consommations de climatisation sachant qu’elles deviendront de plus en plus élevées et avec un coût du kWh de plus en plus cher. 

Article rédigé par Clément R.