Migration de la vapeur d'eau dans une paroi : coup d’œil d'expert sur la perméance

Quand on construit un mur, on s’assure de l’isoler adéquatement pour éviter le gaspillage d’énergie de chauffage ou de climatisation. On laisse cependant souvent de côté le contrôle du mouvement de l’humidité à travers la paroi, entre l’intérieur et l’extérieur, causé par la différence de pression de vapeur entre les deux milieux. On se fie plutôt à des règles du pouce pour déterminer où placer un pare-vapeur pour contrôler adéquatement la migration de la vapeur d’eau. Ensuite, on prie pour que le mur se comporte bien en présence d’humidité et on reste aux aguets au moindre signe de moisissure.

S’il est relativement simple de calculer la résistance thermique R d’un mur ou son inverse, le coefficient de déperdition thermique U, il est beaucoup plus compliqué – et inusité – de faire soi-même des calculs pour estimer la perméance à la vapeur d’une cloison et le risque associé de condensation interstitielle.

Il faut d’abord démêler les différentes méthodes et appellations qui décrivent les mêmes propriétés hygrométriques d’un mur. Qu’il s’agisse du coefficient de résistance à la diffusion de vapeur, de la perméabilité à la vapeur, de la perméance à la vapeur ou de la valeur Sd, chaque coefficient exprime la même chose : quelle masse d’eau passera à travers la paroi par diffusion sous une pression de vapeur donnée, durant un laps de temps donné. C’est seulement la manière de formuler cette quantité qui varie.

La perméance (W)

La perméance est habituellement exprimée en « Perm », mais il en existe deux saveurs : le « Perm US », utilisé aux États-Unis et encore au Canada, dans une certaine mesure, qui s’exprime en grains/pi²·h·po Hg* et le « Perm métrique », en unité du système international (g/jour·m²·mmHg). La correspondance entre les deux est simple :

1 perm US = 0,659045 perm métrique = 57 ng/s·m²·Pa

Attention! Prenez bien note : 1 perm métrique ≠ 57 ng/s·m²·Pa. Il s’agit d’une erreur courante, mais comme on peut le déduire aisément de la correspondance ci-haut, en réalité, 1 perm métrique ≈ 86,8 ng/s·m²·Pa.

Un matériau est dit « imperméable » si sa perméance est inférieure à 1 perm US ou 57 ng/s·m²·Pa. Il est considéré semi-imperméable entre 57 et 570 ng/s·m²·Pa (1 – 10 perm US). Enfin, il est perméable au-dessus de 570 ng/s·m²·Pa (> 10 perm US). Voir la figure 1.

*Le grain est une unité de mesure de la masse égale à 64,79891 mg, soit le poids nominal d’un grain de céréale d’orge.

Pour rendre les choses plus intéressantes (et complexes), il existe plusieurs autres systèmes d’unités pour représenter la perméance. L’unité SI officielle est  le kg/N·s = 1012 ng/s·m²·Pa mais on utilise aussi par exemple le mg/m²·h·Pa ou le g/m²·h·mmHg.

Mais que représente donc la perméance ? C’est le degré auquel un matériau permet un flux de matière, dans ce cas-ci, de vapeur d’eau. On l’exprime en mesurant la masse d’eau qui traverse un matériau par unité de temps, de surface et de différence de pression de vapeur de part et d’autre du matériau. Plus cette valeur est élevée, plus la vapeur traverse aisément la paroi.

On note parfois la perméance par la lettre W. Par exemple, pour un panneau de copeaux orientés (OSB) de 11 mm, W = 44 ng/s·m²·Pa alors que pour un isolant de polystyrène expansé de 25 mm, W = 120 ng/s·m²·Pa. Plus le matériau est épais, plus sa perméance est faible.

Le Code National du Bâtiment (CNB) 2010 fournit un tableau (A-9-25.5.1.1) de valeurs de perméance, lequel se retrouve aussi en partie dans le document  Exigences techniques, Volets « maison » et Petit bâtiment multilogement », Novoclimat. Janvier 2014.

La résistance à la diffusion de vapeur d’eau (Z)

La résistance est l’inverse de la perméance : Z = 1/W
Similairement à la résistance thermique, la résistance à la diffusion de vapeur exprime la difficulté pour la vapeur à traverser une paroi; plus cette résistance est faible, plus la vapeur d’eau passera facilement à travers le matériau. Les unités sont l’inverse de celles de la perméance, soit s·m²·Pa/ng.

Comme une paroi est normalement constituée de plusieurs couches, il importe de connaître la résistance à la diffusion de vapeur de chaque couche, puisque la résistance totale de la paroi est la somme des résistances de chaque couche.

La perméabilité à la vapeur d’eau (δ)

La perméabilité à la vapeur d’eau représente la quantité de vapeur d’eau traversant un matériau ayant un mètre d’épaisseur par unité de temps et de différence de pression de vapeur de part et d’autre du matériau. Il s’agit d’une propriété intrinsèque d’un matériau puisqu’elle ne varie pas avec l’épaisseur du matériau (elle est toujours donnée pour 1 m d’épaisseur). Cette valeur s’exprime en ng/s·m·Pa. Plus la perméabilité d'un matériau est élevée, plus le matériau est apte à laisser la vapeur d'eau passer librement. On calcule la perméance W d’un matériau ayant une épaisseur d à partir de la perméabilité du matériau comme suit :

W = δmatériau /d

Le coefficient de résistance à la diffusion de vapeur d’eau (μ – prononcé mu)

Cette valeur indique aussi de manière intrinsèque l’aisance pour un matériau de laisser passer la vapeur. Il s’agit du rapport entre la perméabilité à la vapeur d’eau de l’air δair sur la perméabilité à la vapeur d’eau du matériau δmatériau. Ainsi, μ = δair /δmatériau où δair = 187,5 ng/s·m·Pa. Il s’agit donc d’une valeur sans dimension. En d'autres termes, μ indique la perméabilité relative du matériau comparée à celle de l'air. Plus μ est grand, moins le matériau est perméable à la vapeur (plus sa résistance à la diffusion de vapeur est élevée). 

La valeur Sd

La valeur Sd exprime l’épaisseur, en m, d’une couche d’air immobile ayant la même perméance que l’épaisseur spécifiée d’un matériau donné. Sd est calculé comme suit :

• Sd = μ · dmatériau = δair /W, où dmatériau est l’épaisseur du matériau.

À nouveau, plus Sd est grand, plus la résistance à la diffusion de vapeur du matériau est élevée.

Exemples :

Le tableau qui suit donne un aperçu des différentes valeurs exprimant la perméance à la vapeur d’eau pour quelques matériaux choisis.

Le tableau ci-haut montre par exemple que la résistance (Z) à la diffusion de vapeur du plâtre est assez faible par rapport à celui du panneau de copeaux orientés (OSB). La couche d’air immobile (Sd) ayant la même résistance à la diffusion que la plaque de plâtre serait de 7,2 cm alors qu’elle serait de 4,3 m pour l’OSB et 1,5 m pour l’EPS. En contrepartie, le tableau montre qu’un espace d’air a une perméance très élevée et permet donc le passage de l’humidité entre deux couches solides.

Pourquoi parler de toutes ces équivalences ?

Il est important d’arriver à saisir ce que signifient les données techniques d’un matériau et de savoir traduire ces données dans un autre système d’unités, si requis. Par exemple, si vous devez utiliser un logiciel de simulation hygrothermique (e.g. WUFI**) pour évaluer le risque de condensation interstitielle dans le cas d’une enveloppe hyper-performante, il sera nécessaire de converser couramment dans les divers systèmes d’unités puisque les données de perméance des matériaux se trouveront le plus souvent dans la littérature en « perm » US ou en ng/s·m²·Pa, mais devront être entrées dans WUFI sous forme de coefficient de résistance à la diffusion de vapeur (μ) ou en valeur Sd pour les revêtements.

Par ailleurs, il est à noter que la perméance d’un matériaux n’est généralement pas une constante, mais elle varie plutôt tant avec la température qu’avec le taux d’humidité !

**WUFI® est un logiciel d’analyse dynamique du comportement de parois multicouches soumises aux conditions climatiques en vigueur localement. Il considère simultanément les flux de chaleur et d’humidité, autant au niveau du transfert que celui du stockage. Le risque de condensation interstitielle étant étroitement lié aux comportements hydriques et thermiques, WUFI permet de prendre en compte leur interaction pour évaluer la performance et la durabilité d’une paroi. L’outil est développé par Fraunhofer Institute for Building Physics.

Si vous songez à effectuer une étude hygrothermique approfondie d’une partie de l’enveloppe thermique de votre bâtiment, Écohabitation peut vous aider. Contactez notre service d’experts en simulation énergétique pour une estimation :

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