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Matériaux à changement de phase : une solution pour augmenter la masse thermique des bâtiments?

Myriam Drouin
Écrit par Myriam Drouin

La masse thermique d’une construction réfère à son potentiel de stockage thermique ou, en d’autres mots, à sa capacité d’accumuler de la chaleur ou de la fraîcheur.

Un bâtiment de masse thermique élevée assure un confort intérieur supérieur grâce à sa plus grande stabilité de température, puisqu’il se réchauffe ou se refroidit plus lentement.

Les constructions en bois, en ossature légère ou à poteaux-poutres sont des constructions légères qui présentent une masse thermique limitée. Afin d’augmenter l’efficacité énergétique de ces constructions, Damien Mathis, doctorant à la Chaire industrielle de recherche sur la construction écoresponsable en bois (CIRCERB) de l’Université Laval, a exploré la solution des matériaux à changement de phase (MCP) biosourcés.

Que sont les MCP?

Les matériaux à changement de phase se caractérisent par leur capacité à stocker une grande quantité de chaleur latente. Ils sont capables de changer d’état physique dans une étroite plage de température, et ce faisant, ils dégagent ou absorbent de l’énergie. Dans le domaine de la construction, les MCP sont utilisés pour améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments. En saison froide, ils peuvent emmagasiner de la chaleur durant le jour afin qu’elle soit relâchée durant la nuit, réduisant ainsi le besoin en chauffage. En saison chaude, ils peuvent permettre de réduire la surchauffe des bâtiments.

Toutefois, afin d’optimiser leur bénéfice énergétique, l’intégration des MCP doit être minutieusement réfléchie. C’est ce à quoi ont aspiré les travaux de doctorat de Damien Mathis. Ils ont plus particulièrement porté sur l’étude de matériaux hybrides bois/MCP. Après avoir mis en forme et caractérisé des panneaux décoratifs intérieurs de haute inertie thermique à base de bois et de MCP, le doctorant a notamment évalué leur performance en climat québécois. Pour ce faire, deux maisonnettes expérimentales de 2 m x 2,5 m x 3 m ont été fabriquées, instrumentées et placées sur le campus de l’Université Laval. L’une d’entre elles a été équipée avec des panneaux classiques, et l’autre avec des panneaux de bois/MCP biosourcés. La comparaison des résultats des deux maisonnettes a permis d’évaluer les gains potentiels en matière de confort offerts par les MCP.

Résultats des travaux

En saison froide, les résultats ont démontré une contribution intéressante des MCP à l’efficacité énergétique de la maisonnette, réduisant la consommation en chauffage, et ce, surtout lors de journées ensoleillées. Lors de cinq journées ensoleillées en saison froide, la consommation en chauffage de la maisonnette équipée en MCP a été réduite de 8 à 77 %. Lors des journées couvertes, les MCP n’ont pas eu d’impact significatif. Pendant les mois les plus froids de l’hiver, les économies en énergie ont été plus modestes, mais lorsque la température s’est réchauffée au printemps, plus d’énergie a pu être économisée.

En saison chaude, les MCP ont démontré avoir un impact plus limité sur le confort et la performance énergétique des bâtiments, mais ont tout de même permis jusqu’à un certain point d’améliorer le confort thermique, en réduisant la surchauffe. Leur efficacité a été limitée par la solidification du MCP pendant la nuit. Malgré une ventilation importante, lors des nuits les plus chaudes, le matériau n’a été pas en mesure de se solidifier. Les panneaux bois/MCP ont démontré être capables de réduire la surchauffe des maisonnettes, mais seulement lorsque les nuits étaient assez fraîches.

Enfin, bien que des travaux restent à faire pour optimiser l’usage des MCP comme outils passifs pour améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments, les travaux réalisés au CIRCERB par Damien Mathis auront permis de développer une solution viable et de valider que ces matériaux présentent un potentiel en climat nordique. Tout laisse croire que les MCP s’avèrent une solution intéressante pour le développement de bâtiments moins énergivores, qui offrent un meilleur confort thermique à leurs occupants.

Collaboration spéciale de la Chaire industrielle de recherche sur la construction écoresponsable en bois (CIRCERB) de l’Université Laval

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Myriam Drouin

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