Le saviez-vous ?

James Watt (1736‑1819) est un ingénieur écossais qui, entre autres inventions, a développé le principe de la machine à vapeur pour en faire un moyen de production d’énergie mécanique fiable et économique. Même s’il n’a pas œuvré dans le domaine de l’électricité, son nom a été donné à une unité qui figure sur toutes nos ampoules et sur la plupart de nos appareils électriques et électroniques: le watt (W). À noter qu’en français "watt" prend une minuscule et un "s" au pluriel. On écrit donc "100 watts".

Le watt, c’est la quantité d’électricité soutirée chaque seconde (= puissance)

Le watt est une unité de puissance. C’est l’énergie consommée chaque seconde par un appareil (un watt = un joule par seconde). C’est très pratique pour comparer deux ampoules d’éclairage. Il suffit de consulter la puissance inscrite sur le verre ou le culot pour avoir une idée de leur voracité respective. Ainsi, une ampoule de 100 watts (100 W) soutire deux fois plus d’électricité qu’une ampoule de 50 watts, et dix fois plus qu’une ampoule de 10 watts.

De la même manière, on peut directement comparer des téléviseurs, des ventilateurs, des chaînes Hifi... mais pas des frigos, ni des fours! En effet, ces appareils électroménagers ne soutirent pas l’électricité en continu: le moteur du frigo tourne par intermittence, et le four chauffe par à coups. Pour comparer deux frigos, il faut par exemple regarder l’électricité totale qu’ils consomment sur plusieurs jours, et donc avoir recours à une autre unité qui intègre le temps qui passe: le wattheure (Wh), ou le kilowattheure (kWh) qui vaut mille wattheures.

Le kilowattheure, c’est l’électricité totale consommée
(= quantité d’énergie)

Les kilowattheures (kWh), c’est ce que mesure votre compteur et ce que vous comptabilise votre facture d’électricité. En Suisse, le prix du kilowattheure oscille entre 10 et 40 centimes suivant les régions et l’usage du courant. En disséquant l’unité, on comprend ce qu’elle veut dire: kilo signifie "mille" en grec; watt, c’est la puissance décrite plus haut; et heure veut dire "pendant une heure". Autrement dit, un kilowattheure, c’est par exemple l’énergie électrique que consomme un projecteur vidéo de 1000 watts allumé pendant une heure, ou une vieille ampoule de 100 watts pendant 10 heures, ou une ampoule économe de 10 watts pendant 100 heures, ou une ampoule à LED de 1 watt pendant 1000 heures...

Mais revenons à nos frigos. Sur la fameuse Etiquette-énergie, obligatoire sur les appareils neufs, on peut lire non seulement la catégorie (A⁺, A⁺⁺), mais aussi la consommation annuelle de l’appareil en "kWh par an". Pour comparer deux modèles sur le plan de la stricte consommation d’électricité, c’est ce chiffre qui compte. La catégorie, elle, renseigne sur l’efficacité énergétique, autrement dit sur la consommation en fonction du volume utile. Si on change son petit frigo en classe C contre un gros frigo américain en classe A⁺, on verra sûrement sa facture augmenter...

Pour les fours, l’Etiquette-énergie présente les kWh utilisés pour achever la cuisson d’un plat standardisé.

Que coûte cet éclairage allumé 24h sur 24 ?

Si on veut savoir combien d’électricité consomment des lampes constamment allumées dans un couloir ou une cave – et combien elles coûtent par année – il faut commencer par calculer leur puissance totale. Pour cela, il suffit d’additionner tous leurs watts. Ensuite, on multiplie ce chiffre par 8766, soit le nombre d’heures comprises dans une année moyenne (24h x 365,25 jours). Voici un exemple de calcul avec six tubes lumineux de 36 watts, soit 216 watts au total:

216 x 8766 = 1’893’456 wattheures, soit environ 1’893 kilowattheures.

Avec un prix du kWh à 25 centimes, cela fait CHF 473.- par an.

Pour calculer l’électricité consommée par une ampoule, il n’y a pas besoin de savoir si elle fonctionne sur 230 volts ou à basse tension. Seuls les watts sont à prendre en compte. Mais il faut savoir que les lampes à basse tension ont un transformateur qui soutire lui aussi de l’électricité; il peut même en consommer constamment, s’il reste sous tension lorsqu’on éteint la lampe (c’est malheureusement très fréquent).

Le wattmètre mesure les watts et (souvent aussi) les kilowattheures

Pour déterminer où passe l’électricité de sa facture, on peut utiliser un wattmètre. La plupart des modèles mesurent non seulement la puissance soutirée à l’instant par un appareil ou une lampe, mais calculent aussi les kilowattheures – par exemple, pour constater l’énergie engloutie par un vieux frigo.

Certaines communes prêtent des wattmètres à leurs citoyens. C’est typiquement un instrument qu’on peut se partager au travers d’une association d’habitants ou de co-propriétaires.

Méga, Giga, Téra...

Les unités tirées du nom de James Watt sont aussi employés pour décrire des installations qui produisent de l’électricité, tels les capteurs solaires, les éoliennes, les usines hydroélectriques ou les centrales nucléaires. Là aussi, lorsqu’on parle de -watts, il s’agit de la puissance, autrement dit du nombre de foyers ou d’entreprises qui peuvent être alimentées en même temps (on donne souvent une moyenne sur l’année). Et lorsqu’on parle de -wattheures, il s’agit de la quantité totale d’énergie électrique produite (généralement aussi sur l’année). Suivant la taille et le nombre d’installations en jeu, les unités changent d’échelle:

• le mégawatt (MW) soit un million de watts / mégawattheure (MWh)
• le gigawatt (GW) soit un milliard de watts / gigawattheure (GWh)
• le térawatt (TW) soit mille milliards de watts / térawattheure (TWh)

Ces unités sont utilisées ailleurs que dans le monde de l’électricité. Par exemple, la consommation annuelle de mazout, de gaz ou de bois d’un bâtiment est souvent donnée en kilowattheures (kWh). Et la puissance d’un moteur de voiture en kilowatts (kW).

On le sait, un bâtiment bien isolé se chauffe avec beaucoup moins d’énergie. Mais il permet aussi d’autres gains: il se contente d’une installation de chauffage plus petite et donc généralement moins chère. Et puisque le chauffage fonctionne moins de jours dans l’année, l’installation vieillit moins vite et ses coûts de maintenance sont réduits d’autant.

L’isolation apporte un autre grand avantage trop souvent ignoré: la vie intérieure est plus confortable en toute saison. En hiver, les murs, les fenêtres ou le plafond sont beaucoup moins froids (ça se sent nettement au toucher). Du coup, on vit confortablement à 19-20°C, alors qu’il faudrait une température plus élevée pour compenser le sentiment d’inconfort provoqué par ces surfaces froides.

Et on peut citer encore un "plus": en cas de coupure d’électricité, le bâtiment va se refroidir beaucoup moins vite. Il ne faut pas oublier que, sans électricité, la plupart des chaudières automatiques ne fonctionnent pas, même celles au bois...

La physique des isolants

Pour comprendre comment fonctionnent les différentes familles de matériaux isolants du marché, voici quelques principes physiques qu’ils utilisent:

• La résistance thermique, c’est la capacité du matériau à résister à la transmission de chaleur par agitation de la matière. Le meilleur isolant est donc le vide: pas de matière, pas de transmission par agitation! Sur le marché, on trouve de nouveaux venus qui utilisent justement ce principe: les panneaux isolants sous vide – ou PIV (voir plus bas).
  La plupart des matériaux isolants traditionnels emprisonnent de l’air (c’est un bon isolant gratuit), et c’est la résistance de cet air immobile qui leur donne une bonne part de leurs qualités. S’il faut éviter que l’isolation d’un bâtiment se mouille, ce n’est pas seulement à cause du risque de pourrissement: l’eau a une mauvaise résistance thermique et diminue fortement la performance du matériau.
• La réflexion de la chaleur, c’est le renvoi de la chaleur (rayonnement infrarouge) à l’aide d’une couche réfléchissante, de même qu’on renvoie de la lumière à l’aide d’un miroir. C’est ce qui se passe dans un double ou triple-vitrage moderne muni d’une ou deux couches sélectives qui renvoient une partie de la chaleur dans le logement. Les "isolants minces réfléchissants" essaient aussi d’utiliser ce principe (voir plus bas).
• Le blocage de la convection, le but est d’empêcher que les mouvements d’air (turbulences, vent) refroidissent le bâtiment, de même qu’on accélère le refroidissement d’une cuillère de soupe chaude en soufflant dessus.

Les panneaux isolants sous-vide (PIV)

Les panneaux isolants sous vide (PIV) ont été initialement conçus pour mieux isoler les réfrigérateurs sans leur faire perdre trop de volume utile. Ils sont constitués d’une poudre compressée à base de silice, qui forme une structure solide avec des pores minuscules. Celle-ci est emballée dans une membrane étanche multi-couches dans laquelle on a créé un vide poussé. Un PIV prêt à poser ressemble à une grande plaque de chocolat dans son papier d’aluminium. À épaisseur égale, il est 4 à 6 fois plus isolant qu’un matériau classique. Il permet de gagner de l’épaisseur dans les murs et les planchers, et donc du volume habitable. Mais sa mise en oeuvre est difficile: il est assez fragile et il ne faut surtout pas le couper ni le percer, sinon l’air ambiant s’insinue dans la plaque poreuse et réduit sa résistance exceptionnelle. Voilà pourquoi ces panneaux s’achètent sur commande, dans les dimensions exactes à poser.

On trouve déjà des PIV intégrés dans des éléments de construction préfabriqués (portes donnant sur l’extérieur, coffres de store roulant, isolation de plancher de rénovation, isolation de terrasse ou de toit plat, parois modulaires). Leur prix est évidemment élevé – dix à vingt fois celui de la laine de verre – et leur "énergie grise" (énergie qu’il faut investir pour les fabriquer) est importante.

Les aérogels (granulats et nattes)

Récemment arrivés sur le marché, les aérogels sont des matériaux extrêmement légers, composés jusqu’à 99% d’air emprisonné dans de la silice poreuse. On les trouve sous forme de granulats à verser dans les cavités à isoler, par exemple dans les vides qui séparent des murs constitués de deux épaisseurs. Les granulats d’aérogel sont environ 2,5 fois plus isolants que les billes de polystyrène expansé.

Les aérogels peuvent aussi être intégrés dans des nattes souples en fibre de polyester ou en fibre de verre. 2,5 fois plus isolantes que la meilleure laine de verre, ces nattes minces (1-4 cm) peuvent être découpées, collées et percées. Elles ont une grande résistance au feu et à la chaleur, sont peu perméables à l’eau mais perméables à la vapeur d’eau. Elles peuvent s’appliquer sur les façades pour l’isolation extérieure, notamment pour les bâtiments à valeur partrimoniale.

Les aérogels sont assurément des matériaux isolants d’avenir pour la rénovation et la construction des bâtiments. Mais, comme ils sont encore très chers, on les utilise pour l’instant là où la place manque. Ils sont très efficaces aussi pour isoler des éléments très chauds ou très froids.

Les isolants minces réfléchissants

Inspirés des films brillants utilisés pour protéger les engins spatiaux, ce sont des sandwiches, vendus généralement en rouleau, constitués d’une ou de plusieurs couches d’aluminium (ou de films aluminisés) et de couches intermédiaires en mousse, feutre, polyéthylène à bulles ou autre. L’épaisseur totale va de quelques millimètres à un ou deux centimètres. Ces produits sont sensés renvoyer la chaleur dans le bâtiment durant l’hiver et vers l’extérieur durant l’été. Cependant, contrairement à ce qui se passe dans l’espace, la convection de l’air les empêche de bien fonctionner. Pour éviter les pertes de chaleur, il faut que leurs deux faces soient chacune en contact avec une lame d’air immobile de quelques centimètres et que ces deux lames d’air ne communiquent pas entre elles (il ne faut pas percer l’isolant). Il faut aussi éviter que la chaleur se perde par conduction, à cause de contacts entre la couche réfléchissante et d’autres éléments de construction... En pratique, une pose correcte est très difficile à réaliser. Et même si on y parvient, les performances – à épaisseur égale en comptant les lames d’air – ne sont pas beaucoup meilleures que celles d’un isolant traditionnel; elles restent dans tous les cas très insuffisantes pour remplir les exigences des normes d’isolation actuelles (SIA 380/1 édition 2009).

En résumé, il faut considérer ces produits comme des "compléments d’isolation", et regarder avec scepticisme les publicités qui prétendent qu’un isolant multicouches d’à peine un centimètre d’épaisseur est aussi efficace qu’un isolant traditionnel dix à quinze fois plus épais.

Les panneaux isolants en matériau minéral, synthétique ou naturel

Laine de verre, laine de roche, laine de bois, laine de mouton, plaques de polystyrène expansé, de polyuréthane, de chanvre, de paille... Les différents matériaux d’isolation du marché ont des performances variables, mais il n’y a pas de miracle: même le plus résistant au transfert de chaleur doit avoir une épaisseur minimale de 12 cm pour atteindre la norme d’isolation préconisée par le modèle de prescriptions énergétiques des cantons (MoPEC) pour les bâtiments neufs (équivalent à environ 18-20 cm de laine de verre).

C’est l’air emprisonné dans ces matériaux qui joue l’essentiel de la résistance thermique. Sur les étiquettes, la performance est exprimée par le λ (lambda), le symbole de la conductivité thermique. Plus lambda est petit, meilleur est le pouvoir isolant du matériau pour une même épaisseur (voir calculer la performance d’isolation d’un matériau).

Dans le choix du matériau, on peut privilégier sa performance d’isolation en fonction de son épaisseur, son prix, sa durée de vie ou encore son impact environnemental (lors de sa fabrication, de son transport et de son élimination). Mais il faut savoir qu’il n’existe pas de matériau idéal. Ceux qui sont annoncés comme naturels (chanvre, laine de mouton, laine de bois, etc.) sont souvent traités contre les insectes, la moisissure et l’incendie. Le mieux est donc de se fier aux normes officielles, plutôt qu’aux déclarations commerciales.

Les flocons, granulés et ouates isolants

Il n’est parfois pas souhaitable d’isoler un bâtiment ancien en appliquant des couches d’isolants soit à l’extérieur, soit à l’intérieur. C’est le cas notamment pour les bâtiments historiques dont on désire conserver la valeur patrimoniale. On peut alors utiliser des flocons ou des granués isolants qui sont insufflés – à l’aide d’une souffleuse et d’un tuyau – directement à l’intérieur d’un mur creux, d’un plancher vide, ou de la toiture (par exemple, entre la couverture étanche et les lambris intérieurs). Lorsque les combles ne sont pas occupés, les flocons ou les granulés peuvent aussi être déposés en couche épaisse directement sur le plancher.

Ces isolants présentent toutes sortes de textures: ouates, fibres, flocons, petites billes... Certains sont en papier recyclé ou en fibres de bois traités contre le feu et la moisissure. D’autres sont en laine de verre, en laine de roche, en polystyrol expansé, etc. Les plus chers, qui ont aussi le meilleur pouvoir isolant, contiennent de la mousse de silice (aérogel). Dans tous les cas, une telle isolation devrait être réalisée par des spécialistes pour éviter de créer des problèmes d’humidité dans les vides comblés, ou des problèmes d’aération dans le bâtiment.

Dans les années 1950-1970, on a souvent construit des murs double séparés par un espace vide de plusieurs centimètres. Un tel mur est généralement constitué de parpaings de béton (côté extérieur) et de briques (côté intérieur). Lorsqu'on veut isoler le bâtiment selon les normes énergétiques, on peut remplir les vides des murs par des flocons ou des granulés avant de procéder à une isolation extérieure ou intérieure. Si l'isolation complémentaire est faite à l'extérieur, on limite ainsi l’épaisseur – ce qui permet de conserver le cachet du bâtiment. Si l’isolation complémentaire est faite à l’intérieur, on limite la perte de surface habitable.

Les crépis isolants

Pour compléter l'isolation d'un bâtiment ancien ou historique, on peut recouvrir ses façades d’un épais "crépi isolant" qui va réduire les pertes thermiques, mais sans atteindre l’efficacité d'une véritable isolation extérieure, en raison d’une épaisseur trop faible. Les nouveaux crépis isolants contenant des aérogels (de l’air emprisonné dans de minuscules sphères de silice) sont entre 3 et 6 fois plus performants que les crépis isolants traditionnels, grâce à leur faible conductivité thermique qui les rend meilleurs que le polystyrène expansé. Mais il faudrait en appliquer une couche d’une quinzaine de centimètres pour atteindre les normes d’isolation actuelles. Ce type de crépi peut être utilisé pour l’isolation intérieure ou extérieure. La pose d’un crépi avec aérogels, qui combine différentes couches de matériaux et d'enduit (voir photo), doit être réalisée par une entreprise spécialisée.

Les peintures isolantes

Il faut regarder avec méfiance les publicités qui vantent des peintures isolantes, capables d’isoler un bâtiment comme le ferait un isolant traditionnel de plusieurs centimètres. Cependant, le choix d’une peinture peut aussi participer à économiser l’énergie. À l’intérieur, sa couleur influence les besoins en éclairage. À l’extérieur, sa capacité à réfléchir le rayonnement solaire (visible, ultraviolet et infrarouge) détermine l’échauffement de la façade.

Tout savoir sur les peintures dites "isolantes".

Stocker la chaleur

La densité des matériaux utilisés pour l’isolation joue un rôle dans le confort thermique du bâtiment. En effet, plus un isolant est dense, plus il est capable de ralentir les changements de température et de les reporter dans le temps. Ce phénomène, appelé "inertie thermique", permet par exemple d’accumuler de la chaleur durant la journée puis de la redistribuer lentement durant la nuit.

Il est particulièrement important de tenir compte de cette inertie pour l’isolation des combles, car la couverture du toit freine peu le transfert de chaleur. En revanche, en ce qui concerne les murs d’une maison (pierres, béton, briques, parpaings), cette inertie pose en général moins de problèmes, surtout dans le cas d’une isolation par l’extérieur. Pour un bâtiment léger, par exemple avec une structure en bois, on a intérêt à construire au moins un mur épais et dense à l’intérieur, justement pour servir de réservoir de chaleur en hiver, et de réservoir de fraîcheur en été.

Communiquer avec son service cantonal de l’énergie

Les travaux visant à améliorer l’isolation d’un bâtiment peuvent bénéficier de subventions du Programme Bâtiments. Attention cependant, les demandes d’aides financières doivent toujours être effectuées avant le début des travaux. Avant de se lancer dans une rénovation, on aura intérêt à contacter le service de l’énergie de son canton et/ou de s’adjoindre les services d’un spécialiste de la thermique du bâtiment.

Subventions pour l'isolation des bâtiments

Valeur U

Calculer la performance d’isolation d’un matériau (valeurs U et R) à partir de son lambda

Banque d'informations sur les matériaux isolants du marché: fabricant; valeur lambda; types, formats et épaisseurs disponibles; certificats existants, destination de mise en oeuvre. -www.effienergie.ch

Les quelque 180’000 ascenseurs pour personnes que compte la Suisse consomment chaque année l’équivalent de la production d’un grand barrage hydroélectrique, soit près de 300 GWh (environ 0,5% de la production nationale d’électricité). Et, dans l’ensemble, ils soutirent davantage d’énergie à attendre qu’à monter et descendre: près de 60% de l’électricité est gaspillée parce que la machinerie et les panneaux de commande situés dans les étages restent continuellement sous tension (stand-by) – et que beaucoup de cabines ne sont pas équipées de détecteurs de présence et restent éclairées même quand il n’y a personne à l’intérieur. Les fabricants d’ascenseurs se sont attaqués au problème du stand-by, après s’être concentrés pendant des années sur l’efficience énergétique du déplacement de la cabine. Ainsi, un ascenseur moderne consomme 3 à 4 fois moins d'électricité qu'un ascenseur des années 1960.

Si l’ascenseur soutire de l’électricité même quand on ne s’en sert pas, vaut-il la peine de prendre les escaliers pour économiser de l’énergie?

Les escaliers, c’est bon pour la santé

La réponse est évidemment "oui !" Premièrement parce que monter et descendre quelques marches chaque jour est excellent pour la santé. En fonction de la vitesse à laquelle on gravit l’escalier, le corps consomme entre 5 et 10 fois plus d’énergie qu’au repos. On brûle ainsi des calories superflues, et on accroît sa force et son endurance en faisant travailler des muscles généralement peu sollicités. C’est aussi un excellent moyen d’entraîner quotidiennement son coeur et ses poumons à augmenter leur rythme sans y passer beaucoup de temps, puisqu’il faut faire ces trajets dans tous les cas.

Deuxièmement, emprunter les escaliers économise évidemment l’électricité nécessaire à faire tourner le moteur de l’ascenseur. L’énergie électrique consommée lors d’une course dépend de plusieurs facteurs: le nombre d’étages parcourus, le poids total des personnes à bord et le type d’appareil. En fonction du modèle, un déplacement sur 5 étages avec un adulte et un enfant – soit 100 kg de charge – peut consommer entre 0,02 kWh et 0,2 kWh – soit l’équivalent de ce que soutire un grille-pain pendant une à dix minutes. Prendre les escaliers est particulièrement utile autour de midi, moment de la journée qui correspond à un pic de consommation d’électricité et qui pose des problèmes grandissants aux gestionnaires des réseaux de distribution.

Deux types d’ascenseurs

La plupart des ascenseurs sont soit hydrauliques, soit à traction. Les modèles hydrauliques fonctionnent avec un système de piston et ils sont installés dans des immeubles de moins de 7 étages. Ils consomment beaucoup plus d’énergie pour monter que pour descendre. Les modèles à traction fonctionnent avec un système de poulies et un contrepoids qui pèse généralement autant que la cabine lorsqu’elle est remplie à la moitié de ses capacités. Dans ce cas, lorsque l’ascenseur est plein, il consomme plus d’énergie en montant qu’en descendant. À l’inverse, lorsque l’ascenseur est vide, c’est la montée qui consomme moins d’énergie, puisque le contrepoids "tombe" en tirant la cabine vers le haut. Lorsque l’ascenseur est à moitié rempli, la situation est idéale du point de vue énergétique, car la cabine et ses occupants pèsent autant que le contrepoids.