L'isolation thermique des bâtiments est un enjeu majeur pour réduire la consommation énergétique et l'empreinte carbone. En France, le secteur du bâtiment est responsable d'environ 44% de la consommation énergétique finale. Une isolation performante est donc essentielle pour diminuer les factures d'énergie et améliorer le confort thermique des logements. Le polystyrène, sous ses formes expansée (EPS) et extrudée (XPS), joue un rôle important dans ce domaine.
Comprendre la résistance thermique (R) du polystyrène
La résistance thermique (R), mesurée en mètres carrés-kelvins par watt (m².K/W), représente la capacité d'un matériau à s'opposer au flux de chaleur. Une valeur R élevée indique une meilleure isolation. Plus concrètement, un matériau avec une résistance thermique élevée laissera passer moins de chaleur, réduisant ainsi les pertes énergétiques.
Facteurs influençant la résistance thermique R du polystyrène
La résistance thermique du polystyrène dépend de plusieurs paramètres clés, impactant directement son efficacité comme isolant thermique:
- Densité du polystyrène : La densité, exprimée en kg/m³, est un facteur crucial. Un polystyrène expansé (EPS) de 35 kg/m³ aura une conductivité thermique λ de 0.033 W/(m.K) et une résistance thermique inférieure à un EPS de 45 kg/m³ qui aura une conductivité thermique λ d'environ 0.030 W/(m.K). Plus la densité est élevée, plus la résistance thermique est importante, car les cellules d'air sont plus compactes, limitant la conduction de la chaleur.
- Épaisseur du panneau : La résistance thermique est directement proportionnelle à l'épaisseur. Doubler l'épaisseur du panneau double sa résistance thermique. Un panneau de 15 cm d'EPS 35kg/m³ offrira une résistance thermique bien supérieure à un panneau de 5 cm du même type.
- Type de polystyrène : EPS vs XPS : Le polystyrène expansé (EPS) est moins dense que le polystyrène extrudé (XPS). Le XPS, grâce à sa structure fermée et plus dense, présente une meilleure résistance à l'humidité et une conductivité thermique généralement inférieure (λ ≈ 0.030 à 0.034 W/(m.K) contre 0.032 à 0.040 W/(m.K) pour l'EPS). Il offre donc une résistance thermique plus élevée à épaisseur égale. Un panneau XPS de 10 cm peut égaler la résistance thermique d'un panneau EPS de 12 cm.
- Âge et conditions d'utilisation : L'exposition prolongée à l'humidité, aux UV et aux variations de température peut altérer les propriétés du polystyrène dans le temps. Un choix judicieux et une installation correcte sont essentiels pour préserver sa performance thermique sur le long terme. Une protection appropriée est conseillée contre l'humidité pour les panneaux EPS.
- Présence de ponts thermiques : La présence de ponts thermiques, zones de forte conductivité thermique, diminue l'efficacité de l'isolation. Une conception minutieuse et une mise en œuvre précise sont nécessaires pour minimiser leur impact.
Calcul de la résistance thermique
La résistance thermique R se calcule à partir de l'épaisseur (e) du panneau et de sa conductivité thermique (λ): R = e / λ. Pour un panneau de polystyrène extrudé (XPS) de 10 cm (0.1 m) d'épaisseur et de conductivité thermique λ de 0.032 W/(m.K), la résistance thermique est de 0.1 m / 0.032 W/(m.K) = 3.125 m².K/W.
Performances énergétiques du polystyrène : applications pratiques
Grâce à sa résistance thermique, sa facilité de mise en œuvre et son coût relativement abordable, le polystyrène est un isolant très répandu dans la construction et la rénovation. Il est utilisé dans diverses applications:
Isolation des murs : polystyrène pour murs intérieurs et extérieurs
L'isolation des murs avec du polystyrène, que ce soit par l'intérieur ou par l'extérieur (ITE), améliore considérablement l'efficacité énergétique. Pour un mur en béton de 20cm, l’ajout de 10cm d’EPS 35kg/m³ augmente la résistance thermique du mur d’environ 2.85 m².K/W, réduisant considérablement les pertes de chaleur. L'ITE avec du polystyrène XPS est particulièrement efficace pour limiter les ponts thermiques.
L'isolation des murs par l'intérieur (ITI) avec des panneaux de polystyrène permet également d’améliorer l’efficacité énergétique, mais il est essentiel de vérifier l’absence de risque de condensation.
Isolation des toitures : solutions pour combles perdus et toitures inclinées
L'isolation des toitures, souvent la source de pertes de chaleur les plus importantes, est cruciale. Le polystyrène, notamment le XPS grâce à sa résistance à l'humidité, est un choix approprié pour les combles perdus et les toitures inclinées. Une épaisseur de 25 à 30 cm est souvent recommandée pour une performance optimale. L'utilisation de pare-vapeur adaptés est nécessaire afin d’éviter la condensation. Pour une toiture de 30m² avec 30cm d’EPS 35 kg/m³, la résistance thermique est de 8.5 m².K/W, permettant de réduire sensiblement les déperditions thermiques.
Isolation des sols : polystyrène pour une performance thermique optimale
L'isolation des sols améliore le confort thermique et réduit les pertes énergétiques. Le polystyrène, en particulier le XPS grâce à sa résistance à la compression, est souvent utilisé sous les chapes pour l'isolation des planchers bas. Une épaisseur d'au moins 10 cm est recommandée pour une isolation performante. Il est important de choisir un polystyrène adapté à la résistance à la compression pour supporter la charge de la chape.
Impact sur la consommation énergétique et les économies réalisées
Une isolation performante au polystyrène peut réduire la consommation énergétique du bâtiment de manière significative. Une étude menée par le CSTB a montré que l'isolation des murs et de la toiture avec 15 cm de polystyrène XPS dans une maison individuelle peut réduire la consommation de chauffage jusqu'à 40%. Cette réduction se traduit par des économies financières importantes sur les factures d'énergie et une diminution de l'impact environnemental.
Aspects environnementaux du polystyrène
L'impact environnemental du polystyrène est un sujet important. Bien que sa fabrication nécessite de l'énergie, les économies d'énergie réalisées grâce à son utilisation comme isolant peuvent compenser cet impact. De plus, des initiatives pour le recyclage et l'utilisation de polystyrène recyclé se développent. La comparaison avec d'autres isolants, comme la laine de verre ou la laine de roche, en termes d'empreinte carbone, est nécessaire pour une évaluation complète de l'impact environnemental.
Choisir le bon polystyrène : critères de sélection
Le choix du polystyrène dépend de plusieurs facteurs:
- Type de polystyrène (EPS ou XPS): L’EPS est plus économique que le XPS, mais le XPS a une meilleure résistance à l’humidité.
- Conductivité thermique (λ) : Choisir un polystyrène avec une conductivité thermique la plus basse possible pour une résistance thermique optimale.
- Densité : Une densité plus élevée assure une meilleure résistance thermique mais un prix plus élevé.
- Épaisseur : L'épaisseur du panneau est déterminante pour la résistance thermique. Des épaisseurs plus importantes améliorent l'isolation.
- Certifications : Privilégier les produits certifiés (ex: CE) garantissant la qualité et les performances.
- Budget : Le coût du polystyrène varie selon le type, la densité et l'épaisseur.
- Application : Le choix du type de polystyrène dépend de l'application (murs, toitures, sols).
- Conditions climatiques : L'exposition à l'humidité nécessite un choix plus judicieux du type de polystyrène.
Une analyse comparative avec d'autres isolants est recommandée pour un choix éclairé. Le polystyrène offre un bon compromis entre performance, coût et facilité de mise en œuvre, mais sa durabilité et son impact environnemental doivent être pris en compte. L'utilisation de polystyrène recyclé est une option de plus en plus intéressante pour réduire l'impact environnemental.