Brevet FR3159616A1 — publié le 20250829

Elément isolant thermique comprenant : un panneau isolant thermique; une couche périphérique continue pare vapeur. La couche périphérique continue enrobe complètement le panneau isolant. Cet élément permet la réalisation de systèmes isolants démontables. élément isolant thermique. L’invention concerne un élément isolant thermique. Elle concerne également un procédé pour isoler thermiquement des surfaces planes telles que des sols de grenier. Dans le contexte du développement durable les économies d’énergie prennent une place croissante. Les consommations d‘énergie pour le chauffage des bâtiments, notamment résidentiels, constituent une part importante (par exemple plus de 20% en France) de la consommation totale d’énergie. L’amélioration de l’isolation thermique des bâtiments est donc essentielle. Il est connu que les matériaux isolants thermiquement doivent être protégés vis à vis de la vapeur d’eau pour éviter une éventuelle condensation de celle-ci en leur sein. Ce problème est typiquement résolu en plaçant une membrane dite « pare vapeur » ou « frein vapeur » du côté chaud de l’isolant. Dans les pays ayant un climat froid à tempéré ce côté chaud est à l’intérieur du bâtiment. Par exemple dans le cas de bâtiments temporaires ou en cours de construction, ou tout simplement pour permettre certaines inspections ou modifications, les inventeurs estiment qu’il devrait exister d’autre part un intérêt pour des systèmes isolants démontables, et recyclables tels quels, qui puissent être déplacés et réutilisés. US6279284 décrit un panneau isolant thermique composite comprenant une membrane pare vapeur. Ce panneau est toutefois destiné à être inséré de manière permanente par exemple dans une structure (« stud ») métallique. Son démontage s’accompagne d’une destruction partielle du panneau puisque ce dernier englobe la structure portante de la paroi. CN104196138A décrit un panneau d’isolation thermique, composé d’un panneau intérieur et d’un panneau extérieur, le panneau extérieur comprenant notamment une couche dessiccante et une couche hydrophobe. WO98/19024 décrit un panneau isolant autoportant comprenant un insert alvéolaire, du matériau isolant étant réparti dans les alvéoles. US2015/0354205 concerne des membranes pare vapeur, comprenant au moins deux couches, l’une d’elles ayant des propriétés barrières qui diminuent lorsque l’humidité augmente. Ces membranes améliorent le compromis de propriétés contradictoires des membranes pare vapeur, qui est d’une part de protéger les isolants de la pénétration de vapeur d’eau mais aussi d’autre part de permettre le séchage des bâtiments. L’invention vise à fournir un élément isolant possédant une bonne protection contre la vapeur d’eau tout en permettant son démontage non destructif. En conséquence, l’invention concerne un élément isolant thermique comprenant : un panneau isolant thermique; une couche périphérique pare vapeur. Cet élément se caractérise en ce que la couche périphérique pare vapeur est continue, enrobe complètement le panneau isolant, comprend un polymère et est monolithique.. Le panneau isolant thermique a une forme approximativement parallélépipédique. Sa surface dépend des applications mais varie typiquement entre 0,1et 4m2. Elle est souvent, supérieure à 0,25 m2, fréquemment supérieure à 0,5m2. En général elle est inférieure à 3m2, souvent inférieure à 2 m2. L’épaisseur du panneau est communément comprise entre 1 et 40cm, des épaisseurs comprises entre 5 et 20 cm étant les plus fréquentes. Le panneau isolant thermique comprend au moins 50 % en volume d’isolant thermique, de préférence plus de 75% et de manière avantageuse plus de 80% voire plus de 85% ou 90%. Des panneaux isolants thermiques constitués essentiellement d’isolant thermique sont fréquemment utilisés. On entend par isolant thermique un matériau dont la conductivité thermique est inférieure à 0,1 W/m°K, de préférence inférieure à 0,05 W/m°K. Des exemples de tels matériaux bien connus sont la laine de bois, le chanvre, la laine de verre ou de roche, le polystyrène expansé, la mousse de polyuréthane. Selon l’invention, l’élément isolant comprend une couche périphérique pare vapeur. Celle-ci est destinée à empêcher la vapeur d’eau de pénétrer dans le panneau isolant thermique et de s’y condenser. Cette couche possède de préférence une résistance à la diffusion de vapeur d’eau (valeur « Sd ») supérieure à 0,1m, avantageusement supérieure à 0,5m, de préférence supérieure à 1m. Cette valeur exprime l’épaisseur d’une couche d’air fictive possédant la même résistance à la diffusion. Elle est mesurée selon la norme DIN 52615. Dans l’élément isolant conforme à l’invention, la couche périphérique pare vapeur est continue et enrobe complètement le panneau isolant. Cela signifie que la surface extérieure du panneau isolant est entièrement couverte par la couche pare vapeur. Outre les deux faces principales du parallélépipède, ses tranches sont donc également couvertes par la couche pare vapeur. Il est à noter que ce fait permet d’utiliser des couches pare vapeur ayant pour paramètre Sd des valeurs supérieures aux valeurs maximales généralement recommandées (supérieures à 5 voire 10m). De telles valeurs maximales sont en effet généralement destinées à permettre l’évacuation de vapeur condensée qui aurait pénétré accidentellement dans l’isolant thermique. L’enrobage complet, surtout s’il est effectué en usine, permet d’éviter ce risque. On recommande toutefois que le paramètre Sd ne dépasse pas 10m. Il peut être avantageux que la couche pare vapeur continue comprenne une armature, constituée de fibres fournissant à cette couche les propriétés mécaniques souhaitées. Ces fibres peuvent être de toutes longueurs, bien connues de l’homme du métier. L’utilisation de fibres continues en polyéthylène ultra haut poids moléculaire permet d’obtenir des éléments dont les propriétés mécaniques sont exceptionnelles. De tels éléments isolants deviennent dès lors des éléments porteurs structurels, qui peuvent même le cas échéant être peints pour satisfaire à des besoins esthétiques. Il peut être avantageux que la couche périphérique continue pare vapeur possède des valeurs différentes du paramètre Sd sur les faces principales du panneau isolant. Cette variante permet par exemple à une des faces de l’élément de résister temporairement à la pluie ou de manière permanente à d’éventuelles infiltrations de toiture (fonction pare pluie). Selon l’invention, la couche continue pare vapeur comprend un polymère et est monolithique. On entend par monolithique une couche qui ne comprend pas de jonctions. Une telle couche peut être obtenue par application d’un polymère, ayant les propriétés pare vapeur souhaitées, à l’état pâteux sur les panneaux, par exemple par projection ou par immersion des panneaux dans un bain du polymère à l’état pâteux. On recommande que la couche continue pare vapeur comprenne au moins 50% en volume, de préférence au moins 75%, du polymère. Ce polymère est avantageusement un polymère thermoplastique et comprend par exemple une polyoléfine. La pâte peut être obtenue par mise en solution du polymère ou par sa mise en fusion lorsque le polymère a un bas point de fusion. Les polymères de la famille des polycaprolactones ont par exemple des températures de fusion nettement inférieures à 100°C. Après refroidissement ou évaporation du solvant la couche continue monolithique est obtenue. Si une armature est souhaitée, on peut l’appliquer, sous forme de fibres continues, par enroulage autour du panneau, avant l’application de la pâte polymérique. Cette caractéristique de l’invention, selon laquelle la couche périphérique continue comprend un polymère et est monolithique, permet d’améliorer ses propriétés pare vapeur, en évitant les perturbations de ces propriétés qui se produiraient aux jonctions, si la couche continue était réalisée au départ d’un film plan préexistant. Les éléments isolants se juxtaposent également entre eux avec plus de précision, améliorant l’isolation thermique globale obtenue. Dans une variante de l’invention, le panneau isolant comprend au moins 75% en volume d’un matériau isolant sensible à l’humidité. On entend par matériaux isolants thermiques sensibles à l’humidité des matériaux tels que par exemple la laine de bois, le chanvre, la paille, mais aussi la laine de verre ou de roche. Ces matériaux ont tendance à absorber l’humidité et si cela se produit, ils perdent une partie importante de leurs propriétés isolantes voire se détériorent. Dans ce mode d’exécution avantageux, on recommande l’utilisation de matériaux isolants dits naturels que sont la laine de bois, le chanvre, la paille. La laine de bois par exemple possède une faible conductivité thermique mais aussi une bonne chaleur spécifique, qui lui permet d’améliorer l’inertie thermique des bâtiments. De plus, non seulement sa production émet peu de CO2 mais en plus elle permet elle-même d’en stocker. Les matériaux isolants naturels sont avantageusement biodégradables. Dans les modes d’exécution de l’invention utilisant un matériau isolant sensible à l’humidité et surtout ceux dits naturels, le matériau isolant possède généralement une densité supérieure à 25kg/m3, de préférence supérieure à 30 kg/m3, plus préférentiellement 35kg/m3. Les matériaux isolants dont la densité est supérieure à 40 kg/m3, voire supérieure à 45kg/m3 ou même supérieure à 50kg/m3 sont les plus avantageux. Dans un mode d’exécution de l’invention qui est particulièrement avantageux lorsque le matériau isolant est biodégradable et sélectionné de préférence parmi le bois, le chanvre ou la paille, la couche pare vapeur continue est également biodégradable. La biodégradabilité est évaluée par exemple avec les normes ISO 14851 ou ISO 14855. On recommande que la biodégradabilité de la couche continue pare vapeur soit du même ordre de grandeur que celle du matériau isolant. Dans une variante de ce dernier mode d’exécution, la couche continue pare vapeur biodégradable comprend de l’amidon ou de la cellulose . Des polymères tels que l’acetate de cellulose ou d’autres dérivés de la cellulose sont assimilés à la cellulose. Dans cette variante, la couche pare vapeur comprend plus de 10% en poids d’amidon ou de cellulose, en général plus de 25%, souvent plus de 40%. L’amidon est de préférence thermoplastique c’est à dire qu’il comprend un plastifiant tel que du glycerol. On recommande que la couche continue pare vapeur comprenne un mélange de polymères tels que la polycaprolactone et l’amidon ou l’acide lactique et l’amidon. La combinaison d’amidon thermoplastique et de polyéthylène, lorsque l’amidon thermoplastique est la phase continue sont également avantageux, combinant biodégradabilité et propriétés barrière. Des mélanges ternaires comprenant de l’amidon thermoplastique, de la cellulose (par exemple sous forme de fibres) et un autre polymère (polycaprolactone ou polyéthylène, par exemple) sont connus pour leurs combinaisons de propriétés intéressantes. Lorsqu’une biodégradabilité élevée est recherchée, on recommande que les mélanges de polymères présentent des phases co-continues. Dans leurs applications pratiques, les éléments selon l’invention doivent être associés pour couvrir des surfaces suffisantes. Il est important que les différents éléments associés soient en contact étroit pour éviter des pertes d’isolation par convection d’air entre les éléments. A cette fin on recommande que les éléments soient associés par compression, c’est à dire qu’une structure de maintien, telle qu’un cadre extérieur, dans laquelle les éléments sont introduits, les maintiennent en serrage. La densité et l’épaisseur des panneaux isolants utilisés doivent leur permettre de résister aux forces de compression nécessaires pour obtenir une étanchéité à l’air suffisante pour les besoins pratiques d’isolation thermique. Il peut arriver que le bâtiment comprenne naturellement une telle structure. Cela peut être des murs ou la structure portante d’un toit. En général, une structure simple est de préférence construite. En général on recommande que la structure de maintien possède une surface comprise entre 90 et 95 % de la surface cumulée des éléments qu’elle maintien, pour obtenir des forces de compression adéquates et le contact étroit nécessaire. L’invention concerne en conséquence également un système isolant thermique comprenant un ensemble d’éléments conformes à l’invention, assemblés côte à côte, et une structure rigide de maintien par compression, apte à maintenir les différents éléments de l’ensemble en contact étroit les uns avec les autres. Comme indiqué ci-dessus, par contact étroit on entend que les forces de compression des éléments entre eux, tranche contre tranche, soient suffisantes pour éviter les mouvements convectifs d’air. Dans les cas où les panneaux ne savent pas résister suffisamment à ces forces, par exemple s’ils ont une densité trop faible, il est certes possible de compléter ou provoquer le maintien des éléments en contact les uns avec les autres au moyen de bandes adhésives appliquées sur les périmètres des éléments, la bande chevauchant deux éléments contigus. On pourra alors choisir de préférence des bandes dont le pouvoir adhésif n’est pas trop grand pour pouvoir être retirées sans endommager la couche pare vapeur de l’élément. L’invention concerne également un procédé pour la production d’un élément, dont la couche continue pare vapeur comprend un polymère et est monolithique, selon lequel le polymère est appliqué à l’état pâteux sur le panneau isolant puis solidifié. Le polymère pâteux peut être projeté ou enduit sur le panneau isolant. Le panneau isolant peut également être immergé dans un bain du polymère, qui est à l’état pâteux. Si la pâte est obtenue par chauffage du polymère, la solidification est simplement obtenue par refroidissement. La température de ramollissement du polymère doit être compatible avec la résistance thermique des panneaux. En général cette température est inférieure à 100°C. Si la pâte est obtenue par dissolution du polymère dans un solvant, la solidification résulte de l’évaporation de ce dernier. Dans un mode d’exécution avantageux du procédé selon l’invention, le polymère est rendu pâteux et est appliqué sur le panneau au moyen d’un dispositif de projection thermique, dans lequel le polymère est injecté à l’état de poudre dans un courant de gaz chaud dont la température maximum, avant l’injection du polymère est comprise entre 400 et 1400°C. De tels dispositifs, initialement mis au point pour la projection de poudres métalliques, introduisent communément la poudre dans un courant de gaz chaud qui possède une vitesse élevée et est dirigé au moyen d’un pistolet vers la cible à couvrir par le polymère. Le dit courant met les particules de la poudre en fusion et les accélère pour permettre leur impact avec la cible où elles terminent le cas échéant leur fusion. Ces techniques, utilisant des gaz chauds à des températures très élevées (obtenues par exemple par combustion de propane) pour obtenir la fusion des particules métalliques doivent de préférence être adaptées pour la projection de poudres de polymères, ceux-ci ne résistant que brièvement aux températures les plus élevées. Dans une première variante de ce mode d’exécution avantageux, le dispositif de projection thermique comprend des moyens de contrôle et de réduction de la température du flux gazeux chaud, dans sa partie qui contient de la poudre de polymère. De tels moyens, qui peuvent comprendre par exemple l’introduction de gaz de refroidissement dans le flux gazeux ont été décrits notamment dans US4289807, US7216814 et US5503872. Dans une seconde variante de ce mode d’exécution avantageux du procédé selon l’invention, qui peut être combinée avec la précédente, la poudre de polymère possède une largeur de distribution granulométrique étroite, σ inférieure à 1,5, de préférence inférieure à 1,25. La largeur σ est définie comme d 90 -d 10 /d 50 , déterminée par granulométrie laser. Une distribution granulométrique étroite permet d’améliorer le contrôle de la température atteinte dans les particules de polymère après un temps de séjour donné dans un courant de gaz chaud. L’invention concerne également un élément isolant thermique pouvant être obtenu par le procédé selon l’invention et ses différents modes d’exécution et variantes. L’invention concerne aussi un procédé pour isoler thermiquement une paroi selon lequel un système conforme à l’invention est disposé contre la paroi. Le procédé selon l’invention est particulièrement avantageux pour isoler des parois horizontales, telles que des sols de greniers, par exemple. Les éléments, système et procédé selon l’invention permettent un démontage sans endommagement de la structure isolante, ce qui permet sa réutilisation complète et intégrale. L’invention concerne donc enfin un procédé pour isoler successivement au moins deux parois selon lequel : un ensemble d’éléments selon l’invention sont assemblés pour former un premier système selon l’invention et le dit système est disposé contre une première paroi, le système est retiré de la paroi et les éléments désassemblés, les dits éléments sont réassemblés pour former un second système le second système est disposé contre une seconde paroi. Ce processus peut être poursuivi plusieurs fois. Exemple 1 Un ensemble de 24 panneaux isolants en fibre de bois ayant chacun 135cm de long, 57 cm de largeur et 14 cm d’épaisseur et possédant une conductivité thermique de 0,036 W/°Km, sont enrobés au moyen d’un film pare vapeur en polyéthylène de 0,2mm d’épaisseur. Les jonctions sont rendues étanches par pliage et soudure à l’air chaud. Lors de cette opération, les 6 faces (dont 4 tranches) des panneaux isolants sont soigneusement couvertes par le film pare vapeur. On obtient de la sorte 24 éléments isolants. Un cadre rectangulaire de dimensions intérieures 385 cm X 435 cm est construit à l’intérieur d’une pièce grenier temporairement inutilisée au moyen de poutres en sapin ayant une épaisseur de 5cm et une hauteur de 15cm. Ce cadre couvre essentiellement toute la surface du sol de la pièce. L’ensemble des 24 éléments isolants est inséré dans le cadre (3X8), en plaçant les éléments côte à côte, de manière à ce que le cadre, dont la surface intérieure est légèrement inférieure au cumul des surfaces des éléments, les compresse les uns contre les autres pour éviter la convection d’air entre les panneaux. Lorsqu’une opération technique doit être faite dans la pièce, certains éléments sont retirés du cadre puis remis à leur place à la fin de l’opération technique. Exemple 2 Des granules commerciales de polyéthylène basse densité stabilisé (présence d’antioxydants) sont broyées et ensuite doublement tamisées (>5microns, Cette poudre est ensuite introduite dans un système de projection thermique pour polymère, tel que décrit ci dessus. Ce système permet de projeter au moyen d’un pistolet le courant de gaz chaud dans lequel la poudre de polymère est introduite. Le système permet de contrôler la température de la partie du courant de gaz chaud, dans laquelle la poudre est injectée, à une valeur proche de 350°C. La température de fusion du polyéthylène étant de 105°C, les particules de poudre sont mises en fusion. Un panneau isolant thermique constitué de laine de bois, ayant une épaisseur de 14cm, une hauteur de 135cm et une largeur de 57cm est d’autre part préchauffé pendant 30 minutes dans un four réglé à une température de 95°C. Le panneau préchauffé est alors enduit de polyéthylène par projection du dit courant de gaz chaud chargé de particules de polyéthylène fondues. La température de surface du panneau est contrôlée pendant la projection. La vitesse de défilement du pistolet, à 50 cm de distance du panneau, et le débit de particules projetées sont réglés pour produire une épaisseur de couche périphérique pare vapeur continue, sur les 6 faces du panneau, en polyéthylène dont l’épaisseur est comprise entre 150 et 200 microns d’épaisseur, tout en maintenant une température de surface comprise entre 130 et 230°C au cours de l’impact des particules sur le panneau. Il en résulte un élément isolant thermique conforme à l’invention, dont la couche périphérique continue est monolithique. Elément isolant thermique comprenant: un panneau isolant thermique, une couche périphérique pare vapeur, caractérisé en ce que la couche périphérique pare vapeur est continue, enrobe complètement le panneau isolant, comprend un polymère et est monolithique. Elément selon la revendication précédente dans lequel la couche périphérique continue pare vapeur est biodégradable et comprend de l’amidon ou de la cellulose. Elément selon l’une des revendications précédentes dans lequel le panneau isolant comprend au moins 75% en volume d’un matériau isolant sensible à l’humidité, sélectionné parmi la laine de bois, la paille, le chanvre ou la laine. Elément selon l’une des revendications précédentes dans lequel la couche périphérique continue pare vapeur possède une valeur Sd supérieure à 0,1m. Element selon l’une des revendications précédentes dans lequel la couche périphérique continue possède des valeurs Sd différentes sur les deux faces principales du panneau isolant. Procédé pour la production d’un élément conforme à l’une des revendications précédentes, selon lequel le polymère est appliqué à l’état pâteux sur le panneau isolant puis solidifié. Système isolant thermique comprenant un ensemble d’éléments conformes aux revendications 1 à 5, assemblés côte à côte, et une structure rigide de maintien par compression, apte à maintenir les différents éléments de l’ensemble en contact étroit les uns avec les autres. Procédé pour isoler successivement au moins deux parois selon lequel : un ensemble d’éléments conformes à l’une des revendications 1 à 5 sont assemblés pour former un premier système selon la revendication 7 et le dit système est disposé contre une première paroi, le système est retiré de la paroi et les éléments désassemblés, les dits éléments sont réassemblés pour former un second système le second système est disposé contre une seconde paroi.