Je n’ai pas vraiment l’habitude de m’intéresser beaucoup aux matériaux qui se proclament innovants. Quand on gratte la peinture verte et/ou technologique, il est bien rare qu’on tombe sur quelque chose de vraiment nouveau et intéressant. De plus, c’est une chose d’avoir des informations sur un matériau. C’en est une autre de pouvoir en faire quelque chose, concrètement et efficacement, dans un bâtiment ou un vêtement.

Aussi, quand j’ai vu une petite entreprise française parler du « bouclier thermique venant de l’espace », j’ai à peine levé le sourcil. Puis je me suis un peu interrogé sur leur histoire, les caractéristiques de produits et ce qu’on pouvait en faire. Quelque chose m’a intrigué : ils ne disaient jamais être une « solution miracle ». Juste une manière d’attaquer la question de la surchauffe. Et comme tout cela sentait bon la thermique « de bon sens », je me suis plongé dans le sujet.

Et voici donc ce que j’en pense. Je me permets d'ajouter, comme on dit, que "les opinions exprimées n'engagent que l'auteur". 

(Merci à la société CoolRoof France - dans laquelle je n’ai aucune prise d’intérêt - pour les abondantes informations fournies - vous trouverez sur leur site des exemples de réalisation).

 

 

CoolRoofing - de quoi s’agit-il ?

En anglais, « cool » veut dire « frais » et « roof » veut dire « toit ». Nous allons donc parler de « toit frais ». En quoi cela peut-il être d’un quelconque intérêt - au moins théoriquement ? 

Et bien il y a deux aspects à la questions. 

• Le premier concerne le phénomène des Ilots de Chaleur Urbains (ou ICU). Nos villes vues du ciel sont en effet fort sombres et imperméables. Routes et toitures absorbent le rayonnement solaire et montent en température. C’est alors toute l’ambiance qui est réchauffée, souvent de plusieurs degrés. Voila pourquoi il fait plus chaud en ville en période caniculaire. 

Il semble assez naturel que, si les surfaces étaient moins absorbantes, elles chaufferaient moins et les villes seraient plus fraîches. 

• L’autre aspect concerne l’intérieur des locaux. Comme je l’explique avec beaucoup de détails dans mes Masterclass sur la Surchauffe des locaux, la chaleur absorbée en surface de la toiture voyage dans la paroi pour se retrouver en plus ou moins grande partie à l’intérieur du local. Et hop, nous voilà avec des apports solaires à travers les parois opaques, et l’ambiance se réchauffe. Deux effet possibles : une dégradation du confort et/ou une augmentation des consommations de climatisation.

Pour ces deux raisons, un grand mouvement est apparu aux USA depuis quelques années consistant à peindre en blanc les toitures. En effet, les couleurs claires absorbent moins (en général) que les couleurs sombres. Cela semble donc logique, simple et de bon goût de tartiner les toitures de blanc pour faire chuter les températures, dedans comme dehors. On peut aller un peu plus loin en incluant des matériaux réflectifs dans la peinture. 

 

 

En réalité, c’est un peu simplifié. On travaille certes à réduire l’absorptivité, qui caractérise la capacité de la surface à absorber la chaleur. Disons qu’avec une faible absorptivité, la surface renvoie la plupart du rayonnement solaire incident. Mais on travaille également l’émissivité, qui caractérise la propriété de la paroi à rayonner plus ou moins intensément selon sa température. On cherche des emissivités élevées, afin que la paroi se comporte comme un radiateur évacuant la chaleur vers l’extérieur, et en particulier la voûte céleste. 

Soit dit en passant, le monde du bâtiment n’est pas le seul à se pencher sur la question. Il y a quelques années, un célèbre fabricant français de tentes pour lequel j’ai eu l’honneur de faire le consultant a sortie une gamme de tentes baptisées « fresh ». Chacun sait en effet que le principal problème du campeur en tente Q. (typiquement, un campeur de festival de musique en juillet) est la  difficulté à faire une grasse matinée. L’utilisation d’une enduction claire spéciale a permis de faire chuter les températures de 15 à 20°. 

 

CoolRoofing - alors… ça marche ? 

Ah… les questions du type « alors… ça fonctionne ? » sont décidément les plus complexes. La manière la plus simple de répondre pourrait être : « écoutez monsieur…. regardez combien de tente « fresh » l’entreprise Q. a vendu ces 3 dernières années. Vous pensez que si ça ne fonctionnait pas, ils vendraient autant ? ». 

Mais ce serait un peu facile. On vend des tas de choses qui ne « marchent » pas vraiment. Le « marché » ne saurait être un garant de la réalité d’un phénomène physique. 

Vous le savez, je suis un obsédé de la notion de « service énergétique ». Une question de type « ça marche ? » doit donc s’appliquer à un service énergétique bien précis. 

On l’a vu plus haut, la question peut vraiment prendre deux directions : l’amélioration du confort ou la réduction de la consommation de climatisation, dont on suppose qu’elle maintient le confort. Il faudra donc poser ces deux questions distinctes :

• le cool roofing permet-il (ou pas) d’améliorer le confort des locaux ? 
• le coolroofing permet-il (ou pas) de diminuer les consommations de climatisation dans les locaux climatisés ? 

Ce deuxième cas nous demandera une vigilance particulière : contrairement à la tente (qui ne sert que l’été), une peinture blanche reste toute l’année sur un toit. N’y aurait-il pas un risque qu’en souhaitant moins de climatisation, on augmente la demande en chauffage ? Ce serait bien dommage. Il nous faudra donc ajouter une question : le coolroofing permet-il (ou pas) de diminuer les consommations énergétiques des locaux ?

 

CoolRoofing - à vos marques, prêts ? Un petit besoin ?

Se pose aussi, naturellement, la question de la référence de départ. Améliorer, d’accord, mais par rapport à quoi ? Ici, le plus simple est probablement de prendre le cas le plus courant et caricatural : la toiture noire. Cela nous permettra de regrouper nombre de technologies, de l’étanchéité bitume à l’ardoise.

Mais dès qu’on a résolu cette question, en surviennent de nombreuses autres : quel type de bâtiment ? Gros ou petit ? Quel usage ? Vitré ou pas ? Climatisation à air, à gaz ou solaire ? etc.

Et là, je dis « halte ! ».

Oui, certes, ce qu’on cherche à comprendre, c’est l’ensemble des conditions dans lesquelles une telle technologie permet de résoudre un problème. Pour cela, nous allons prendre un bâtiment type.

Mais soyons attentifs : clairement, le CoolRoofing modifie le comportement de l’enveloppe. Dans le cas d’un bâtiment régulé, il va donc modifier la demande en service de chauffage ou de rafraîchissement. La manière plus ou moins efficace de fournir ce service est une autre question. Nous allons donc nous concentrer ici principalement sur les aspects en énergie utile. Car n’en déplaise aux obsédés des approches réglementaires, souvent formatés « Cep », quand une technologie annonce réduire la demande énergétique, c’est sur la demande qu’il faut l’évaluer. 

Et c’est ce que nous allons faire, pas plus tard que tout de suite. 

 

CoolRoofing - la pure enveloppe

La pure enveloppe - notre modèle

Historiquement, le CoolRoofing s’est beaucoup développé sur les centres commerciaux. Considérons donc un centre commercial « moyen » comme support de notre réflexion - et faisons tout cela en Simulation Thermique Dynamique. 

Nous voila donc avec une boite de 40m. de long, 20m. de large et 5m. de haut, isolée de manière « moyenne » (R=4 m².K/W environ). Et le seul paramètre que je ferai varier sera la surface de toiture, entre un bitume (très absorbant, peu émissif) et une peinture de type CoolRoof (peu absorbant, très émissif). 

A l’occasion, nous promènerons ce bâtiment dans différents climats, et ajusterons l’isolation de cette toiture. J’ajoute que, au moins au début, cette « boite d’étude » n’a pas de percement, ceci afin de voir pleinement le phénomène qui nous intéresse.

 

La pure enveloppe - effet sur les températures

Le graphique ci-dessous illustre les résultats typiques que l’on obtient pour un bâtiment non régulé, laissé à l’état naturel. Ce que j’appelle souvent « une pure enveloppe ».

 

Température opérative obtenue dans le local - En vert, la toiture classique bitumée, en rouge, la toiture avec peinture réfléchissante

 

On observe deux effets complémentaires : une diminution de la température moyenne des locaux de 2 à 5°C selon le cas, ainsi qu’un amortissement des oscillations de température. Bref : le bâtiment est moins sensible au rayonnement solaire. 

Ce résultat reste valable quelques soient les climats (en France) et quelque soit l’isolation de toiture.

Cela témoigne-t-il d’un meilleur confort ? Et bien… pas nécessairement.

 

La pure enveloppe - plus confortable ?

Cet autre graphique, mettant en relation température extérieure et température intérieure va nous aider à comprendre. Chaque point correspond à un « point » de simulation.

En vert, la toiture classique bitumée, en rouge, la toiture avec peinture réfléchissante

 

On observe bien un « tassement » vers le bas des ambiances pour le bâtiment « CoolRoofé ». On peut mettre ces résultats en relation avec la bande situé entre les deux lignes noires, appelée « zone de Brager ». C’est la zone de confort typique de l’être humain. 

Et on observe alors deux choses :

1. L’application du CoolRoofing supprime les situations d’inconfort pour l’homme par température excessive. Et nous sommes ici dans un climat plutôt chaud.
2. L’application du CoolRoofing augmente les configurations inconfortables pour l’homme du côté « froid ». Plutôt logique, il y a moins d’apports solaires passifs. 

 

La pure enveloppe - premières conclusions

Nous pouvons tirer plusieurs conclusions très intéressantes de cette analyse préliminaire très simple. 

1- Le CoolRoofing a un effet majeur sur les températures dans les pures enveloppes.

Le résultat de la tente « fresh » est donc confirmé et généralisé. L’utilisation d’un produit de type CoolRoof permet donc de « descendre » la température moyenne d’une enveloppe de 2 à 5°C. L’effet est d’autant plus marqué que l’isolation est faible, comme le montre le graphique ci-dessous. 

 

2- L’amélioration du « confort » dépend de ce qu’on cherche. 

Nous avons vu que l’utilisation de CoolRoof sur les pures enveloppes pouvaient supprimer le besoin d’un rafraîchissement, mais je vous ai dit que le « tassement » vers le bas des ambiances pouvait augmenter le taux d’inconfort du côté froid. C’est bien le cas pour les humains dans les bureaux ou les logements. 

Mais c’est très loin d’être le cas le plus général !

En effet, de nombreuses enveloppes presque pures n’ont pas pour utilité première de contenir des humains. Pensons à toutes les caves, hangars de stockage, entrepôts logistiques, garde-meubles, « pièce en plus » ou encore locaux industriels, métalleries, chais, bâtiments d’élevage, etc. Tous ces locaux se porteraient souvent bien mieux d’une température moyenne inférieure, tant l’actif qui s’y trouve s’accommode mal des surchauffes. Souvenez-vous : le CoolRoofing permet aussi de maintenir une température plus stable.

 

 

C’est déjà un résultat, à mon sens important : tous les bâtiments à usage « non humain », en particulier ceux qui sont peu isolés et de grande taille, auraient un grand avantage à s’intéresser de très près à ce genre de technique. Ils sont le « suspect type » pour le coolroofing, en particulier en zone sud. C’est d’autant plus vrai si des humains y travaillent, mais qu’on ne peut pas les réguler, souvent pour des raisons de dimensions ou d’ouvertures.

 

Merci à www.newcom.lu pour la photo

 

Coolroofing - L’enveloppe régulée 

Premiers résultats - chauffage et climatisation

Nous allons maintenant considérer une enveloppe régulée, c’est à dire avec une consigne de chauffage et une consigne de rafraîchissement. 

Nos observations précédentes nous permettent déjà de tirer des hypothèses de bon sens - aux conséquences peut-être surprenantes. 

Nous avons vu ce « tassement » vers les ambiances plus fraîches que provoque l’utilisation d’une peinture réflective. On peut donc facilement imaginer que cela entraînera systématiquement une augmentation des besoins de chauffage (s’il y en a) et une diminution des besoins de rafraîchissement (s’il y en a).

Cela amène déjà une conclusion triviale, mais nécessaire : il y a peu d’intérêt à utiliser un coolroofing sur un bâtiment dont le principal problème est le chauffage. De même, il est absurde de se demander si le CoolRoofing « marche » sur un bâtiment trop froid. Ce serait comme évaluer l’intérêt d’un chauffage au Cameroun, ça n’a pas de sens.

Si on tente de trouver une tendance à travers les plus de 200 simulations que j’ai réalisées, on peut formuler une sorte de règle générale : la peinture réflective réduit trois fois plus la demande en rafraîchissement qu’elle n’augmente la demande en chauffage.

Concrètement, on obtient un bilan global positif lorsque la variante de départ présente des besoins de chauffage et de rafraîchissement équivalents. Et bien équivalent, plus les besoins de rafraîchissement augmentent et plus le CoolRoofing est systématiquement intéressant. 

 

La surchauffe est un empilement de phénomènes

Avez-vous remarqué que j’ai fait un tour de passe-passe ? 

Je vous ai dit plus haut que le CoolRoofing permettait, sur une « pure enveloppe non percée » de supprimer quasiment partout le besoin de rafraîchissement. Et me voilà à vous raconter que la technologie est particulièrement intéressante lorsque les besoins de rafraîchissement sont importants. Où est l’arnaque ? 

Voici le truc : comme je vous l’ai expliqué ici, la surchauffe des locaux est un empilement de phénomènes. Ce que nous avons étudié jusqu’à maintenant, c’est un local dont les apports sont uniquement à travers les parois opaques. C’était intéressant, mais ce n’est pas la réalité. 

Dans le monde réel, ce qui emmène très souvent les locaux en surchauffe, ce sont les apports internes (ce que j’appelle « les process ») et les apports par les parois vitrées. Ce sont ces apports qui, lorsqu’on les inclue dans le modèle, « emmènent » les locaux vers la surchauffe - et permettent au CoolRoofing de prendre tout son intérêt. 

La conclusion est apparemment paradoxale :

• Le coolroofing permet de supprimer la climatisation dans les locaux qui ont peu d’apports internes ou par les parois vitrées - là où les apports par les parois opaques sont le phénomène majeur. 
• Le coolroofing permet de réduire les consommations de climatisation dans les locaux qui ont des apports internes ou par les parois vitrées - là où la toiture est un phénomène mineur.

En ce qui concerne la réduction de la demande en climatisation, la réponse n’est donc pas aussi simple. Car le coolroofing permet de jouer sur l’un des apports énergétiques sur l’ensemble de ceux qui emmènent vers la surchauffe. Et lorsque les apports par les parois opaques sont une cause mineure de la consommation, alors l’effet final du coolroofing sera atténué. Positif, toujours, mais peut-être faible. On arrive ici à la limite de la généralisation : il faudra regarder plus précisément le cas, son architecture, son organisation, son usage. 

 

Le cas particulier des bureaux 

Parmi les cas les plus délicats, on trouve ceux des bureaux. Le coolroofing permet-il de diminuer la consommation de climatisation dans les bureaux ? Sur le principe, oui, très certainement, tant ils cumulent les causes de surchauffe : niveau d’occupation élevé, densité informatique, surfaces vitrées souvent excessives, tout y est. 

La difficulté vient du fait que le déterminant de la demande en climatisation n’est pas seulement le bilan énergétique, mais bien la sensation des habitants. Celle-ci est variable selon leur habillement, leurs habitudes, leur situation dans les locaux et… le faux plafond. Oui, la présence de faux plafond corrige plus ou moins nettement la relation des habitants avec les parois opaques, et donc la sensation perçue. 

De fait, pour les bâtiments de bureaux également, il est difficile de généraliser, et seule une analyse plus détaillée, de type « diagnostic surchauffe » éventuellement appuyée par une Simulation Thermique Dynamique pourra permettre d’arriver à une conclusion argumentée.

(Vous êtes confrontés à une telle situation ? Vos locaux sont en surchauffe ? Alors ceci pourra peut-être vous intéresser...)

 

Du rafraîchissement passif - et de ceux qui n’en veulent pas

Je ne peux pas conclure cet article sans positionner les peintures réflectives dans le paysage du bâtiment. Le sujet est crucial, à la fois technique, politique et économique. 

Sur le plan énergétique, je range cette technologie dans la catégorie des solutions de rafraîchissement passives, c’est à dire qui ne consomment pas d’énergie. Dans la même famille, donc, que les stores, brise-soleils, ventilations naturelles et consorts. Et donc concurrents directs des rafraîchissements actifs. Disons-le crûment : le cool-roofing est un tueur de clim.

 

 

Evidemment, cela ne peut pas plaire à tout le monde. Même si le sujet fait parler, tout particulièrement en période de forte chaleur, de nombreuses barrières semblent se lever - bureaucratiques principalement. Car il est facile de balader entre les services quelqu’un qui propose un produit qui n’est ni totalement une peinture (cela se met sur le toit), ni une étanchéité (ça n’en est pas une). Pas de case ? Ah…ca va être compliqué…

On peut à ce titre s’étonner d’une petite histoire de l’évolution des Certificats d’Energie. Il existe, pour les Territoires d’Outre-Mer, une fiche BAT-EN-109, portant sur la réduction des apports solaires par la toiture.

Bonne idée, non ? Il se trouve qu’entre la troisième période des CEE et la quatrième (depuis le 1er janvier 2018), une petite phrase est apparue : « L’application de peintures réfléchissantes sur la toiture en place n’est pas éligible dans le cadre de cette fiche. ». N’est-ce pas étrange ? 

N’est-il pas également curieux que, dans le processus mené actuellement par plusieurs acteurs pour faire étudier l’opportunité des CEE sur de telles technologies (opportunité ! Même pas reconnaissance…), il soit demandé des études coûteuses aux contours flous, réalisées sur des bâtiments à fort besoin de chauffage, et toujours en termes de consommations et non de besoins ? J’ai déjà parlé de la bureaucratie française de l’énergétique, de sa déconnection avec le monde réel…

La question du coolroofing, son traitement efficace (ou pas) et honnête (ou pas) me semble un bon exemple.

A mon sens, la véritable question est de savoir comment nous allons supporter les prochaines canicules. Sera-ce en fermant des écoles « en bon état thermique » comme l’assure le ministre de l’éducation ? Ou en regardant avec sérieux et humilité le problème à résoudre ?

Une peinture blanche ne résout pas tout, loin de là. Mais dans de nombreux cas, c’est une aide précieuse, simple, rapide et peu coûteuse.

C’est déjà pas mal.  

 

Pour explorer le sujet de la surchauffe avec
Pascal Lenormand en masterclass, cliquez ici !