Diffusion de la vapeur d'eau

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La diffusion de la vapeur d'eau désigne la tendance naturelle de l'eau présente à l'état gazeux dans l'air humide à se déplacer afin d'homogénéiser la composition du milieu. Elle peut être quantifiée grâce à la densité de flux d'humidité qui s'exprime en kg m-2 s-1 dans le système international d'unités. Ce phénomène est étudié attentivement dans le domaine du bâtiment afin de prévenir les pathologie de l'humidité qui peuvent affecter les matériaux de construction.

Définitions[modifier | modifier le code]

La densité de flux d'humidité[1] , ou courant de diffusion de la vapeur d'eau, à travers une paroi (kg m-2 s-1) est la quantité de vapeur d'eau (en kg) qui, en l'absence de condensation capillaire, traverse une paroi par unité de temps (s) et par unité de surface (m2)[2]. Si on considère les perméabilités des matériaux constantes, elle peut être donnée par la loi de Fick linéarisée :

,

où :

  • est le saut de pression partielle de vapeur d'eau de part et d'autre de la paroi ;
  •  : résistance à la diffusion de la vapeur d'eau de la paroi (m2 s1 Pa1 kg-1 ou plus simplement m/s)[2],[3] constituée de couches et donnée par une loi série (analogue à celle qui donne la résistance thermique d'une paroi) ;
  •  : épaisseur de la couche (m) ;
  •  : épaisseur de la paroi ;
  •  : perméabilité à la vapeur d'eau ou perméabilité à l'humidité du matériau de la couche (kg m-1 s-1 Pa-1 ou plus simplement s)[2] ;
  •  : perméabilité à la vapeur d'eau ou perméabilité à l'humidité de la paroi.

On définit également comme perméance à l'humidité de la couche (kg m-2 s-1 Pa-1)[2],[4].

La perméabilité à la vapeur d'eau des matériaux est souvent renseignée par les fabricants en comparant la densité de flux d'humidité dans la paroi avec celle obtenue par diffusion dans une couche d'air de même épaisseur. Ils fournissent le facteur de résistance à la diffusion de la vapeur d'eau[5], ou facteur de résistance à l'humidité[6], ou coefficient de résistance à la diffusion de vapeur d'eau[7], ou coefficient de résistance à la vapeur[8] ; c'est une grandeur sans dimension :

.

Plus il est grand plus le matériau empêche la vapeur d'eau de diffuser.

On utilise parfois l'épaisseur équivalente à la diffusion de la vapeur d'eau,  : elle désigne l'épaisseur (de la couche d'air) équivalente à la diffusion de la vapeur d'eau de la couche du matériau utilisé[7],[4] ; elles s'exprime en mètres.

Toutes ces quantités sont dépendantes de la température.

Calcul de la perméabilité de l'air à l'humidité[modifier | modifier le code]

On peut donner une loi approchée de type Darcy donnant le flux massique pour un milieu comportant espèces :

où :

  • est la fraction massique de l'espèce  ;
  • est la masse volumique ;
  • est la masse molaire de l'espèce  ;
  • est le coefficient de diffusion approché de l'espèce .

est un coefficient équivalent, ce n'est pas le coefficient de diffusion multicomposants.

En rapprochant cette expression de celles utilisées ci-dessus on voit que la perméabilité de l'air à la vapeur d'eau peut s'exprimer sous la forme suivante :

.

est inversement proportionnel à et varie approximativement comme . Cela suggère une approximation numérique du type :

.

Par exemple[9] :

.

Propriétés de quelques matériaux[modifier | modifier le code]

Le tableau qui suit rassemble quelques valeurs de , facteur de résistance à l'humidité.

Matière µ Réf
Air ou autres gaz 1 [10]
Laine minérale 1,1 - 1,5 [11]
Polystyrène expansé 22,5 - 200 [11]
Plaques de plâtre 3,6 - 9 [11]
Plâtre 6,9 [11]
Carreaux de plâtre 9 [11]
Béton plein 70 - 150 [5]
Béton banché 30 [11]
Brique 36 - 60 [11]
Panneaux de particules 18 - 50 [11]
Bois 20 - 200 [10]
Contreplaqué 50 - 400 [5]
Carton bitumé 1000 - 8000 [5]
Pare-vapeur polyéthylène 4.105 [12]
Pare-vapeur aluminium 6.106 [11]
Verre [5]
Métaux [10]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. NF EN 1931 2000, p. 4
  2. a b c et d Paul Dahan 2011, p. 6
  3. Yves Couasnet, Propriétés et caractéristiques des matériaux de construction: Éco-matériaux, Énergie grise, Bilan carbone, Le Moniteur, (ISBN 978-2-281-14346-1, lire en ligne)
  4. a et b NF 1931 2000, p. 5
  5. a b c d et e Hermann Recknagel et al. 2013, p. 185-186
  6. NF EN 1931 2000, p. 5
  7. a et b Georg Giebeler, Rainer Fisch, Harald Krause et Florian Musso, Rénover le bâti, PPUR Presses polytechniques, (ISBN 978-2-88074-930-9, lire en ligne), p. 35
  8. NF EN ISO 13788 2013, p. 4
  9. NF EN 1931 2000, p. 10
  10. a b et c Abelé 2009, p. 56-66
  11. a b c d e f g h et i Paul Dahan 2008, p. 1-2
  12. Fiche technique Flachdach technologie, Pare-vapeur PE 0,25 mm (lire en ligne)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Paul DAHAN, « Écoulement du flux de la vapeur d’eau - Théorie et réglementation », Techniques de l'ingénieur, no C 3 608,‎ (lire en ligne Accès limité)
  • Paul DAHAN, « Pathologie de l’humidité. Paroi simple », Techniques de l'ingénieur, no C 7 137,‎
  • Paul DAHAN, « Pathologie de l'humidité. Parois revêtues en bâtiment - Spécificités », Techniques de l'ingénieur, no C 7 140,‎ (lire en ligne Accès limité)