Ces informations sont à usage interne uniquement. Etude de l’évolution des sollicitations des revêtements d’étanchéité de toiture liée au changement climatique et à la règlementation thermique Intervenants : Maxime DOYA – Hugo GEOFFROY 1 Collection Programme Recherche Développement Métier FFB
Ces informations sont à usage interne uniquement. 2 Le CSFE souhaitait étudier les conséquences du changement climatique et de l’évolution des règles de construction concernant les systèmes d’étanchéité des toitures terrasses entre 1980 et 2050. La première partie de l’étude se focalise surl’augmentation de la sollicitation thermique des toitures par le biais de simulations thermiques dynamiques au regard de : • sa résistance thermique de plus en plus élevée en sous-face de l’étanchéité au fur et à mesure que la réglementation thermique française évolue, • sa composition et ses propriétés radiatives de surface, • sa localisation géographique & climatique, • la variabilité des sollicitations de 3 périodes climatiques (historique, contemporaine, future). L’évaluation du différentiel se fera sur les valeurs statistiques annuelles de la température de surface de l’étanchéité pour différents climats Français La seconde partie de l’étude est essentiellement bibliographique et concerne la fréquence des sollicitations pouvant participer à un vieillissement prématuré de la couche d’étanchéité : amplitudes de température, évènements extrêmes, impacts de grêle, tempêtes, gel, précipitations, etc. Contexte de l’étude
Ces informations sont à usage interne uniquement. 3 Evaluation de la sollicitation thermique des toitures par le biais de simulation thermique dynamique (STD) OBJECTIF PARTIE I Observation statistique de l’évolution des températures de surface de l’étanchéité pour la vérification de la bonne définition des seuils de température des tests réglementaires utilisés pour la mise sur le marché des produits. Sont étudiées : Les compositions de toiture utilisées ont été choisies en accord avec les industriels membres du CSFE pour des configurations représentatives du marchés. Les propriétés optiques de surface attribuées à deux types de revêtements d’étanchéité représentent deux extrêmes correspondant à des coloris fréquemment rencontrés. Elles ne peuvent pas être retenues comme spécifiques à ces familles de revêtements d’étanchéitéqui proposent chacune des gammes de coloris importantes. - influence de l'albédo del’étanchéité - influence del’évolutionclimatique (données météo historiques, contemporaines et futures) - influence de la zone climatique (localisation géographique–4villes) - influence de la résistance thermique des toitures - influence de la masse volumique del’isolant
Ces informations sont à usage interne uniquement. Typologie supermarché (hangars, espace vente + bureaux), toiture plate Deux versions de qualité énergétique de l’enveloppe : • faible (post RT 2000) et donc à rénover et, • constructions récentes respectant la RT2012. Représentation des phénomènes physiques : • transferts thermiques seuls • pas de transferts de masse (humidité et air) • modèle de bilan thermique avec conduction 1D de la toiture considérée + ponts thermiques structurels ajoutés en gains convectifs. • pas d’effets d’acrotères (ombrage ou surexposition verticale autour des équinoxes) • pas de modélisation du pare-vapeur. • convection en face intérieure et extérieure de manière semi-empirique : • Pour l’extérieur, à l’aide d’un coefficient variable fonction de la vitesse du vent (proposé dans les méthodes ASHRAE). • Pour l’extérieur, la vitesse du vent météorologique peut être réduite par l’environnement proche du site (proposé dans les méthodes ASHRAE). • Pour l’extérieur on s’est également intéressé à un coefficient «extrême » représentatif des échanges convectifs par convection naturelle lors des épisodes sans vent Conditions internes : • Condition interne fixées en température de confort d’hiver réalistes de 21°C (non-réglementaire) • Conditions internes d’été en température flottante (pas de climatisation) • Apports internes réglementaires Méthodologie –choix du modèle 4
Ces informations sont à usage interne uniquement. 5 La variabilité géo-climatique a été étudiée sur la base de 4 villes françaises (Paris, Brest, Nice, Nancy). Les données sont issues de Météonorm Version 7 : • TMY*Historique (1965-1995) • TMY contemporain (1995-2018) • TMY futur à horizon 2050 scénario RCP 8.5 *typical meteorological year : Ce sont des valeurs horaires moyennes représentative de ces périodes et qui n’intègrent par conséquent pas de phénomène extrême tels que des périodes caniculaires (comme en 2003 ou 2019). Ceci vaut également pour le fichier futur alors que ces évènements sont susceptibles de se matérialiser plus fréquemment dans les années futures. Indicateurs observés • Fréquences cumulées des températures de surface extérieure de l’étanchéité passées au-dessus d’un seuil, • Nombre de dépassements annuels • Températures moyennes, minimales, maximales Méthodologie de l’étude • Le seuil d’une température de surface de 80°C est retenu, celui de 70°C, arbitraire considère une zone critique avant l’atteinte du seuil. • Au cours de l’étude, ce seuil a été ramené respectivement à 60 et 50°C pour les produits avec un albédo plus forts, sans aucune relation à des seuils réglementaires (mais pour la visibilité des distributions statistiques). • Au cours de l’étude de l’effet des coefficients de convection, pour les toitures à faible albédo, les seuils ont été réévalués à 80°C et 90°C zone à criticité forte
Ces informations sont à usage interne uniquement. Type supermarché (hangars, bureaux), toiture plate Deux versions de qualité énergétique de l’enveloppe : • faible (post RT 2000) et donc à rénover et, • constructions récentes respectant la RT2012. Cas d’étude - Bâtiment commercial Modèle de paroi < RT 2000 Modèle de paroi > RT2012 Matériaux Epaisseurs Placo 1.3 cm Acier 0.075 cm Laine de verre 6 cm Lame d’air 2 cm Acier 0.075 cm Matériaux Epaisseurs Placo 1.3 cm Acier 0.075 cm Laine de verre 20 cm Lame d’air 2 cm Acier 0.075 cm EXT INT 6
Ces informations sont à usage interne uniquement. Cas d’étude - Bâtiment commercial Modèle < RT 2000 Modèle > RT 2012 Compositions de toitures étudiées Matériaux Epaisseurs Acier 0.075 cm Laine de roche 9.2 cm Bicouche bitumineux 5 mm Laine de roche et Bicouche bitumineux ardoisé de couleur noire : Laine de roche et monocouche PVC-P de couleur grise (RAL 7047): Matériaux Epaisseurs Acier 0.075 cm Laine de roche 9.2 cm PVC-P 1.2 mm Matériaux Epaisseurs Acier 0.075 cm Laine de roche 40 cm Bicouche bitumineux 5 mm Matériaux Epaisseurs Acier 0.075 cm Laine de roche 40 cm PVC-P 1.2 mm 7
Ces informations sont à usage interne uniquement. Cas d’étude - Bâtiment commercial Modèle > RT 2012 Composition des toitures étudiées Matériaux Epaisseurs Acier 0.075 cm PIR 5.1 cm Bicouche bitumineux 5 mm Matériaux Epaisseurs Acier 0.075 cm PIR 5.1 cm PVC-P 1.2 mm Matériaux Epaisseurs Acier 0.075 cm PIR 22 cm Bicouche bitumineux 5 mm Matériaux Epaisseurs Acier 0.075 cm PIR 22 cm PVC-P 1.2 mm Polyisocyanurate et Bicouche bitumineux ardoisé de couleur noire : Polyisocyanurate et monocouche de PVC-P de couleur grise (RAL 7047): 8 Modèle < RT 2000
Ces informations sont à usage interne uniquement. Matériaux Conductivité thermique [W/m.K] Capacité thermique [J/kg.K] Masse volumique [kg/m3] Placo 0.32 800 790 Acier 50 490 7850 Laine de verre 0.040 840 12 Laine de Roche 0.040 920 70 à 150 PIR 0.022 1180 25 à 50 Bicouche bitumineux 0.23 1000 1700 PVC-P 0.16 1000 1400 Propriétés physiques, thermiques et optiques Les couches constituant les parois sont modélisées avec les propriétés physiques suivantes : Matériaux Réflectivité solaire ou albédo Emissivité IR Bac Acier poli 0.65 0.25 PVC-P 0.52* 0.90* Bicouche bitumineux 0.06** 0.85** Les couches de surface ont les propriétés radiatives suivantes : Les toitures précédentes pour les configurations ancienne et récente ont été modélisées à résistance thermique équivalente : Rth, < RT2000 = 2,5 K.m²/W et Rth, > RT2012 = 10 K.m²/W Les couches d’isolant toiture sont évaluées avec la masse volumique haute et basse de la gamme 9 Les résultats obtenus pour les configurations de parois présentées ne valent que pour les données thermo-physiques et les propriétés optiques retenues qui sont à notre avis les plus impactantes sur les niveaux de température recherchés pour l’étude * Correspondant à coloris gris RAL 7047, avec un SRI (ASTM E 1980) à 61 ** Correspondant à une finition paillettes ardoisées anthracite avec SRI (ASTM E 1980) à 0 Albédo : pouvoir de réflexion du flux énergétique d'une surface impactée par l’ensoleillement. valeurs [0 à 1] Emissivité : ratio entre le flux radiatif émis par une surface à température donnée et la valeur de référence qu’est le flux émis par un corps noir à cette même température. valeurs [0 à 1]
Ces informations sont à usage interne uniquement. Climat Futur –toiture LDR + étanchéité de faible albédo (0,06) Résultats en fonction des sites d’exposition Brest Nice Nancy Paris Seuils abaissés à 70°C et 60°C, Nice est le climat le plus contraignant pour le seuil à 60°C, Paris pour celui à 70°C 10 Nombre d’heures au dessus du seuil Nombre de dépassements du seuil (évènement consécutif) Nombre d’heures consécutives maximal de dépassement Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils Ordre des régions climatiques les plus touchées en fréquence de dépassement du seuils 70°C: Paris ~ Nice > Nancy > Brest
Ces informations sont à usage interne uniquement. 11 Climat futur - Résultats en fonction des niveaux d’isolation Cas < RT2000 LDR forte densité Nice Nice Cas > RT2012 LDR forte densité Les résultats sont présentés ici pour la configuration la plus défavorable (Climat méditerranéen, faible albédo), quel que soit le niveau d’isolation Rth en toiture, le seuil de 80°C n’est jamais dépassé. La distribution des températures n’est pas significativement influencée par cette variable. Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils Rth, < RT2000 2,5 K.m²/W Rth, > RT2012 10 K.m²/W
Ces informations sont à usage interne uniquement. LDR–70 kg/m3 + étanchéité de faible albédo LDR–150 kg/m3 + étanchéité de faible albédo Effet de la masse volumique de la LDR Cas le plus défavorable* : Paris 2050 (climat futur) Pour un échange convectif réglementaire fonction de la vitesse du vent, pour la configuration de surface la plus défavorable (faible albédo) le seuil de 80°C n’est jamais dépassé. Les distributions de températures sont quasiment identiques donc la masse volumique de l'isolant n'influence pas la température de surface de l'étanchéité. 12 Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils * En nombre d’heures au dessus des seuils observés
Ces informations sont à usage interne uniquement. Effet de la masse volumique de la LDR Second cas le plus défavorable : Nice 2050 (climat futur) Pour un échange convectif réglementaire fonction de la vitesse du vent, pour la configuration de surface la plus défavorable (faible albédo) le seuil de 80°C n’est jamais dépassé. 13 Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils LDR–70 kg/m3 + étanchéité de faible albédo LDR–150 kg/m3 + étanchéité de faible albédo
Ces informations sont à usage interne uniquement. Effet masse volumique –Nice, 2050, faible albédo, LDR Différence maximale de température de surface des 2 systèmes de toitures (LDR avec masses volumiques d’isolant haute et basse) constatée le 03/09/2050 à 10h00 pour une étanchéité présentant un faible albédo. 14 Pour le coefficient de convection hc = 4.Vvent + 4, la distribution des températures de surfaces annuelles de l’étanchéité ne diffère pas de manière significative pour les masses volumiques forte et faible.
Ces informations sont à usage interne uniquement. 15 Membrane bitumineuse SRI 0 vs. SRI 40 Désignation ρSOL εIR SRI @hc=12W/(m².K) BcSRI40_90 0.364 0.90 40 BcSRI40_85 0.380 0.85 40 Les niveaux de températures de surface et de dépassements de seuils ont été évalués pour une étanchéité bitumineuse de SRI égal à 40. Les deux combinaisons de propriétés radiatives de surface suivantes correspondent à ce SRI de 40: Coef. de réflexion solaire pour une étanchéité bitumineuse, à Nice, climat 2050, une surface ayant un SRI évaluée à 40 ne dépasse jamais le seuil de 60°C Sur une année, pour une étanchéité bitumineuse de SRI évalué à 0, à Nice, climat 2050, isolation LDR performante, la température de surface dépasse pendant : • 84 h le seuil de 60°C • 597 h le seuil de 50°C Pour une étanchéité bitumineuse de SRI évalué à 40, la température de surface dépasse pendant : • 0 h le seuil de 60°C • 65 à 70 h le seuil de 50°C
Ces informations sont à usage interne uniquement. 16 Membrane bitumineuse SRI 40 - climats Les fréquences cumulées de dépassements de seuils (60°C et 50°C) de la membrane bitumineuse de SRI 40 (deux combinaisons de propriétés radiatives de surface) sont observés pour Paris et Nice. SRI40 (émissivité IR 0,85) SRI40 (émissivité IR 0,90) Pour la même valeur de SRI, SRI 40 présente soit : • émissivité IR de 0,85 / albédo de 0,380, • émissivité IR de 0,90 / albédo de 0,365 Une variation d’albédo de 1,5% domine sur une variation d’émissivité IR de 5% en terme de niveau de température diurne. La combinaison 0,85/0,38 montre à l’année 4 et 5h de dépassement des seuils fixés en plus que la combinaison 0,90/0,365
Ces informations sont à usage interne uniquement. Cas d’étude - Bâtiment commercial ➢Aucun dépassement de la température de seuil (80°C) n’est constaté durant les différentes modélisations, ➢Le cas le plus défavorable en nombre d’heures de dépassements du seuil à 70°C est le cas de la toiture en LDR à faible masse volumique avec une étanchéité de faible albédo dans la ville de Paris, ➢Le cas le plus défavorable en nombre d’heures de dépassements du seuil à 60°C est le cas de la toiture en LDR à faible masse volumique avec une étanchéité de faible albédo dans la ville de Nice (température de surface moyenne annuelle plus élevée de 4°C par rapport à Paris), ➢La densité des matériaux isolants semble très peu impacter les résultats. Les températures de surface extrêmes varient (variation maximale de 0,5°C) sans modifier la valeur de température moyenne de surface. ➢Pour une étanchéité bitumineuse à albédo modéré (SRI égal 40) , dans le cas de la toiture en LDR à forte masse volumique, dans la ville de Nice, le seuil à 60°C n’est jamais dépassé. A SRI égal, la surface ayant l’émissivité la plus basse voit le seuil de 50°C dépassé 5h de moins que la surface à plus haute émissivité. Cette différence n’est pas jugée significative à l’échelle d’une année. Résultats 17
Ces informations sont à usage interne uniquement. 18 PARTIE I-2 Etudes de l’impact des modèles d’échanges convectifs superficiels utilisés à la surface extérieure de la toiture (STD) OBJECTIF Etudier les effets de modèles plus représentatifs des échanges par convection naturelle en cas de vents faibles. Etudier les effets de modèles plus représentatifs du confinement aéraulique et de la réduction des vitesses de vents dû à la présence d’obstacle (rugosité urbaine) Les résultats présentés dans les slides précédentes ont été obtenus avec un modèle semi-empirique règlementaire utilisant une corrélation avec la vitesse de vent : ℎ =4 ∙ +4 Celui-ci en cas de vent inférieur à 3 m/s est plus défavorable que le coefficient conventionnel (hG =25 W/m².K pour soit hC~18-20 W/m².K) mais il n’est pas représentatif des toitures en terrains peu exposés.
Ces informations sont à usage interne uniquement. Etude de deux modèles d’échange convectif Ce modèle a été développé par l’ASHRAE qui utilise une corrélation entre la vitesse de vent et le coefficient d’échange thermique surfacique par convection (CTTC). Ce modèle est fiable et accepté dans la communauté : ℎ =4 ∙ +4 Modèle empirique conventionnel fonction de la vitesse de vent : Modèle hybride de convection naturelle et de convection turbulente/laminaire : Ce modèle utilise une moyenne pondérée entre une corrélation de convection naturelle (pour une plaque plane) et une corrélation de convection laminaire/turbulente. Ce CTTCcorrespond à des périodes où les vitesses de vent sont faibles et des températures élevées (assimilables à des vagues de chaleur), on se place ici dans un cas plus propice à de fortes températures de surface des toitures. 19 Comparé à
Ces informations sont à usage interne uniquement. Cas d’étude - Bâtiment commercial La différence maximale de température observées entre les 2 modèles de convection est de 27,68 °C 20
Ces informations sont à usage interne uniquement. 21 Evolution des coefficients de convection Pour la période représentée : Le CTTC du modèle « conventionnel » prend des valeurs entre 9 et 37 W/m².K pour des vitesses de vent entre 0,3 et 8 m/s quand le CTTC du modèle « contraignant » prend lui des valeurs entre 2 et 15 W/m².K.
Ces informations sont à usage interne uniquement. Température de surface avec hconv extérieur défavorable LDR + étanchéité à faible albédo Cas le plus défavorable : Nice 2050 22 Les températures de surfaces pouvant survenir pour des cas de vitesses de vent très faibles avec convection naturelle dominante dépassent les seuils fixés dans l’étude (70°C et 80°C) et sont bien plus élevées qu’avec le modèle règlementaire. L’utilisation de ce coefficient de convection est très défavorable mais il est réellement représentatif de cas d’inversion de gradient de la couche atmosphérique. Nombre d’heures au dessus du seuil Nombre de dépassements du seuil (évènement consécutif) Nombre d’heures consécutives maximal de dépassement Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils
Ces informations sont à usage interne uniquement. Episode critique en absence de vent à Nice LDR + étanchéité à faible albédo Exemple pour le Cas le plus défavorable : Nice 2050 23 Max : 17.5°C Journée du 21/07 au 22/07/2050 à Nice
Ces informations sont à usage interne uniquement. Température de surface avec hconv extérieur défavorable Second cas le plus défavorable : Paris 2050 LDR + étanchéité à faible albédo 24 Les résultats du modèle avec convection naturelle dominante dans la zone climatique de Paris, comparés à celle de Nice (diapo 20), sont moins défavorables (le nombre d’heure au dessus du seuil à 70°C est réduit de 47% et pour le seuil à 80°C de 40%). En effet, à Nice, les vitesses de vent sont habituellement plus élevées et participent davantage à rafraîchir les toitures. Cet effet est amoindri par le modèle avec convection naturelle dominante. Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils
Ces informations sont à usage interne uniquement. Episode critique en absence de vent à Paris Second cas le plus défavorable : Paris 2050 LDR + étanchéité à faible albédo 25 Max : 16.2°C
Ces informations sont à usage interne uniquement. Réduction du vent pour le calcul du CTTC règlementaire ➢un modèle simplifié donné par le Manuel du logiciel de calcul aéraulique Contam 2= × (0,35) × ℎ â 10 0,4 ➢ Un modèle prenant en compte les particularités de terrain Aéroport et locale dans Fundamentals ASHRAE 1993 : = ✓ H met = 10 m ✓ δ met et amet issus de Table 1, catégorie 3 ✓ H bat = 6,1 m ✓ δlocal et alocal issus de Table 1, catégorie 2 26 ~ , . ~ , . Modification de la vitesse du vent en fonction de l’environnement probable du bâtiment et de sa hauteur. Cette nouvelle vitesse est ensuite utilisée pour le calcul ℎ =4 ∙ +4
Ces informations sont à usage interne uniquement. Climat 2050, LDR haute densité, faible albédo, coef. = 0.5 27 Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils Brest Nice Nancy Paris Milieu Urbain Dense, selon modèle rugosité simplifié Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils Seuil à 80°C dépassé 15 jours/an ~41h (<0,5% de l’année) Seuil à 80°C dépassé 41 jours/an ~108h (<1,25%) Seuil à 80°C dépassé 95 jours/an ~337h (<4%) Seuil à 80°C dépassé 34 jours/an ~99h (<1,25%) L’ajout d’un coefficient de réduction de la vitesse du vent impacte le taux de chaleur évacué par convection nous oblige à retravailler avec des seuils élevés et réordonne les régions climatiques les plus touchées en fréquence de dépassement des seuils fixés : Nice > Nancy > Paris > Brest
Ces informations sont à usage interne uniquement. 28 Climat 2050, LDR haute densité , faible albédo, coef. = 0.9 Zone commerciale, selon modèle rugosité détaillé Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils Seuil à 80°C dépassé 10 jours/an ~22h (<0,25% de l’année) Seuil à 80°C dépassé 24 jours/an ~52h (<0,75%) Seuil à 80°C dépassé 60 jours/an ~177h (<2,0%) Seuil à 80°C dépassé 26 jours/an ~177h (<0,75%) Brest Nice Nancy Paris De la même manière que pour la diapo 25, l’ajout d’un coefficient de réduction de la vitesse du vent impacte l’ordre des régions les plus touchées : Nice > Nancy > Paris > Brest. Le potentiel de rafraîchissement de l’étanchéité à Nice en pâti plus particulièrement, lié à sa fréquence de vent plus élevée.
Ces informations sont à usage interne uniquement. Evolution Climatique et coefficient convectif défavorable (0,5) 29 Nice, Climat 1961-1995 Nice, Climat 1995-2018 Nice, Climat 2050 Effet du réchauffement climatique sur une configuration de toiture isolée à faible albédo et avec le modèle de réduction de vent le plus défavorable : ➢ Dépassements du seuil de 80°C : 47→67→95 épisodes ➢ Nb d’heures > 80°C : 119 →203 →337 heures ➢ Températures max : 91,7°C→94°C→95.5°C Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils
Ces informations sont à usage interne uniquement. Impact d’une vitesse de vent réduite sur la température de toiture Fort impact de la vitesse de vent sur le coefficient de convection et sur les températures de surface d’étanchéité (Effet du terrain local), ➢ En modèle règlementaire, le cas de la toiture en LDR avec une étanchéité de faible albédo donnait des résultats équivalents pour Paris et Nice. Avec les modèle de réduction de la vitesse de vent [coef 0,5 à 0,9], Nice devient le plus défavorable et de loin, ➢ En modèle règlementaire, il n’y avait aucun dépassement du seuil de 80°C. Ici jusqu’à [60* à 95**] dépassements annuels de la température de seuil (80°C) sont comptabilisés avec une durée maximale de 6h00, ➢ Un seuil de température extrême (90°C) a été rajouté pour cette partie de l’étude. Pour Nice, [12* à 37**] dépassements annuels de ce seuil sont comptabilisés, ➢ La température maximale à Nice était de 74,5°C [modèle règlementaire] elle atteint 92,7°C [*] et 95.5°C [**], En reprenant les simulations pour des fichiers météorologiques des 3 époques, on s’aperçoit que pour des cas de toitures en milieux densément bâtis, la réduction de vitesse de vent observée entraine des dépassements de seuils même sur les climats historiques et contemporains. Comparaison entre le modèle règlementaire initial et les CTTC prenant en compte une réduction du vent pour un environnement urbain dense (coef.0,5) et pour une zone commerciale (coef. 0,9) 30 * Slide 26 –Nice 2050, coefficient de réduction de vitesse du vent de 0,9 ** Slide 25 –Nice 2050 , coefficient de réduction de vitesse du vent de 0,5
Ces informations sont à usage interne uniquement. Impact d’une vitesse de vent réduite sur la température de toiture La simulation d’un système de toiture comportant une étanchéité à fort albédo dans les situations exposées des slides 20 à 27 ne dépasse jamais les seuils fixés à 70°C et 80°C. Pour une visualisation/comparaison des effets des autres paramètres nous avons arbitrairement abaissé les seuils de dépassement à 50 et 60°C. Les résultats avec ces nouveaux seuils sont présentés dans les slides suivants. Comparaison entre le modèle règlementaire initial et les CTTC prenant en compte une réduction du vent pour un environnement urbain dense (coef.0,5) et pour une zone commerciale (coef. 0,9) 31
Ces informations sont à usage interne uniquement. 32 Milieu urbain : effet des propriétés radiatives des membranes Comparaison de l’effet de l’albédo pour le coefficient de convection le plus défavorable (0,5) pour la configuration toiture LDR isolée sur des seuils de 50°C et 60°C**, en climat futur : • courbes mates : fort albédo (PVC-P couleur grise) • courbes en transparence : + faible albédo (Bicouche bitumineux ardoise noire) Pour une toiture de fort albédo : - La température maximale passe de 95°C à 66°C - Le seuil de 60°C n'est dépassé que 27 fois (<1% de l’année), par rapport au 193 fois du faible albédo (>13% de l’année). NICE, climat 2050, toiture isolation RT2012 Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils ** seuils abaissés afin de visualiser des dépassements pour le fort albédo
Ces informations sont à usage interne uniquement. 33 Milieu urbain - Effet de la masse volumique de l’isolant Nice, climat 2050, Coefficient de réduction de la vitesse du vent : 0.5 Comparaison de la configuration toiture LDR (150 kg/m3, λ:0,040)avec la configuration PIR (30 kg/m3 , λ:0,022) recouvertes d’une membrane à faible albédo sur des seuils 80°C et 90°C A propriétés optiques de surface égales, le nombre de dépassements de seuil est plus élevé pour l’isolant ayant la plus faible masse volumique. On constate juste 1°C de différence sur la température maximale atteinte. La fréquence cumulée augmente de 14 h pour le seuil de 90°C et de 29 h pour le seuil de 80°C. Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils
Ces informations sont à usage interne uniquement. 34 Milieu urbain - Effet de la masse volumique de l’isolant Nice, climat 2050, Coefficient de réduction de la vitesse du vent : 0.5 Comparaison de la configuration toiture LDR (150kg/m3)avec la configuration PIR (30kg/m3) recouvertes de la membrane à fort albédosur des seuils 50°C et 60°C A propriétés optiques de surface égales, le nombre de dépassements de seuil est plus faible pour l’isolant ayant la plus forte masse volumique. On constate le même comportement par rapport au cas de membrane de faible albédo (cf. slide précédent). Néanmoins l'écart entre les températures maximales est de moins de 1°C et les fréquences cumulées augmentent mais de seulement 30 h pour le seuil à 50°C et 27 h pour le seuil à 60°C. Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils
Ces informations sont à usage interne uniquement. 35 Milieu urbain - Effet de la masse volumique de l’isolant Nice, climat 2050, Coefficient de réduction de la vitesse du vent : 0.5 Comparaison de la configuration toiture PIR (30 kg/m3)avec la configuration PIR (50 kg/m3) recouvertes de la membrane à faible albédosur des seuils 80°C et 90°C A propriétés optiques de surface égales, le nombre de dépassements de seuil est plus faible pour l’isolant ayant la plus forte masse volumique. La fréquence cumulée est augmentée de 7h à 80°C et seulement 3h à 90°C, pour une variation de 20 kg/m3 on ne considère pas cette différence comme significative. Fréquences cumulées du nombre d’heures de dépassement de seuils
Ces informations sont à usage interne uniquement. 36 Que retenir sur les masses volumiques des isolants ? - Dans le cas des comparaisons au sein des mêmes familles, pour le PIR (variation de 30 à 50 kg/m3) ou de la LDR (variation de 70 à 150 kg/m3), la variation de masse volumique n’amène quasiment pas de différence entre les distributions des températures sur l’année. - En comparant PIR 30 et LDR 150, les différences constatées des distributions des températures sur l’année est plus importante mais pas réellement significative - A résistance thermique égale, l’isolant de plus faible masse volumique sera toujours légèrement plus chaud. Ce comportement est similaire sur une membrane à fort ou faible albédo Milieu urbain - Effet de la masse volumique de l’isolant Capacité thermique volumique LDR : 138 kJ/(m3.K), PIR : 35 kJ/(m3.K) Conductivité thermique LDR : 40mW/m.K, PIR : 22 mW/m.K Capacité thermique volumique PIR30 : 35 kJ/(m3.K), PIR 50 : 59 kJ/(m3.K) Conductivité thermique PIR : 22 mW/m.K
Ces informations sont à usage interne uniquement. 37 Comparaison pour une membrane bitumineuse de SRI 40 Effet de l’albédo pour le coefficient de convection le plus défavorable (0,5) pour la configuration toiture LDR isolée sur des seuils de 80°C et 70°C**, en climat futur, à Nice : • courbes mates : faible albédo (Bicouche bitumineux ardoise noire) • courbes en transparence : + fort albédo (Bicouche bitumineux ardoise blanche SRI 40) Pour une toiture de SRI 40: - Pas de dépassement du seuil de 80°C - La température maximale passe de 95°C à 76°C - Le seuil de 70°C n'est dépassé que 26 fois (~0.5% de l’année), par rapport au 146 fois du faible albédo (>8% de l’année). Pour le climat de Paris, la même simulation n’a occasionné que 2 dépassements du seuil de 70°C
Ces informations sont à usage interne uniquement. 38 Effet du climat local : membrane de SRI 40 Brest Paris Nancy Comparaison entre 2 toitures de SRI 40 et de SRI 0, sur les sites de Brest, Paris et Nancy en climat futur, pour le coefficient de convection le plus défavorable (0,5) pour la configuration isolée en LDR : - La réduction maximale de température est située entre 18°C et 21°C - Le seuil de 70°C est peu ou pas dépassé >>> 4 fois à Paris, 7 fois à Nancy, 0 fois à Brest
Ces informations sont à usage interne uniquement. Conclusions ➢ L'albédo du revêtement d'étanchéité est le paramètre ayant le plus d’impact sur la température de surface extérieure de la toiture, ➢ Aucun dépassement des seuils fixés (Tsurf > 80°C ou Tsurf > 70°C) n'a été constaté pour les températures de surface des étanchéités à fort albédo **, ➢ Le seuil de 80°C est dépassé pour les toitures composées d’une étanchéité** à faible albédo lorsqu'on utilise un modèle convectif hybride ou bien le modèle ASHRAE avec des coefficients convectifs réduits prenant en compte des coefficients de réduction de vitesse du vent, ➢ Pour les coefficients convectifs réduits, le seuil de 80°C n’est jamais dépassé pour une étanchéité ayant un SRI de 40 ➢ La vitesse de vent impacte significativement le coefficient d’échange convectif et donc les températures de surface, ➢ En cas d’absence de vent, les températures de surfaces pourraient atteindre jusqu’à 95°C et ce pendant des durées s'allongeant dans le futur., ➢ La masse volumique des isolants impacte les résultats de façon non significative ➢ La quasi-totalité des dépassements sont compris en période estivale (entre Avril et Octobre) 39 ** Les résultats obtenus ne valent que pour les configurations de parois présentées. Les propriétés optiques de surface attribuées à ces deux types de revêtements d’étanchéité représentent deux extrêmes fréquemment rencontrés. Elles ne peuvent pas être retenues comme spécifiques à ces familles de revêtements d’étanchéité qui ont proposent chacune des gammes de coloris importantes.
Ces informations sont à usage interne uniquement. 40 fréquence des sollicitations pouvant mener à un possible vieillissement prématuré de la couche d’étanchéité OBJECTIF PARTIE II Rassembler des observations statistiques de l’évolution des sollicitations en surface de l’étanchéité imputées au changement climatique pour la vérification de la bonne définition des seuils utilisés dans les normes d’évaluationdes produits.
Ces informations sont à usage interne uniquement. Evolution constatée du climat - France Métropolitaine Observations des températures depuis 1900 : • Hausse des températures moyennes en France de 1,7°C depuis 1900 • Accentuation sensible du réchauffement au cours des 3 dernières décennies Autres observations depuis le milieu du XXe siècle : • Évolution des précipitations différente selon les régions et les saisons • Augmentation de la fréquence des vagues de chaleur • Pas de tendance marquée pour la fréquence des tempêtes • Des pluies extrêmes plus intenses et plus fréquentes sur le sud-est • Diminution de la durée de l’enneigement en moyenne montagne 41
Ces informations sont à usage interne uniquement. Températures, épisodes chauds/froids Hausse des températures moyennes • De 1900 à 2012, en France, réchauffement d’environ 1,4°C • De 1900 à 2012 moyenne mondiale, estimée à +0,9°C1 • De 1959 à 2009, tendance de +0,3°C par décennie en moyenne annuelle Fréquence et intensité des événements extrêmes • Nombre de journées chaudes (températures maximales supérieures à 25°C) • Nombre de jours de gel • Vagues de chaleur plus fréquentes et plus intenses Température moyenne annuelle : écart à la référence 1961-1990 Température moyenne estivale : écart à la référence 1961-1990 42
Ces informations sont à usage interne uniquement. 43 Fréquence et intensité des événements extrêmes • nombre de journées chaudes (températures maximales supérieures à 25°C) augmente • nombre de jours de gel diminue. • Vagues de chaleur plus fréquentes et plus intenses. • Intensification des pluies extrêmes dans les régions méditerranéennes • Tempêtes : aucune tendancemarquée Evolution Nb journées chaudes (1961-2010) Nb jours de gel (1961-2010) Vagues de chaleur
Ces informations sont à usage interne uniquement. 44 Heatwaves during 30 years (present ~2010 & future ~2050) • 1 Bubble = 1 Heatwave (climatologists) • 1 Bubble with dots = 1 Heatwave with health risk (epidemiologists) • Bubble size = severity (°C.days) INTENSITY Max daily mean temp (°C) DURATION (days) SEVERITY (°C.days) Machard, Thesis defense, 15 July 2021
Ces informations sont à usage interne uniquement. Cumul de précipitations selon les régions / saisons • De 1959 à 2009, hausse des précipitations annuelles dans la moitié nord et une baisse dans la moitié sud • printemps et en automne : cumuls en hausse sur la majeure partie du territoire Evolution observée du CUMUL saisonnier (1959-2009) Automne Hiver Printemps Eté Evolution observée du CUMUL ANNUEL (1961-2012) Le calcul de la tendance est complété par un test statistique (test de Mann-Kendall) qui permet d’estimer si une série de données chronologiques montre une tendance à la hausse ou à la baisse pour un niveau de confiance donné. 45
Ces informations sont à usage interne uniquement. 46 Dernier jour de gel et occurrence d’au moins un jour de gel Le jour caractéristique de l'année mlf avec les dernières gelées dépend fortement de la région considérée. Pour la période 1980-2009 (Fig. a) : • fin janvier/début février pour le secteur méditerranéen • fin mars/début avril pour les régions continentales. • encore plus tardivement, dans les régions montagneuses, (Alpes, Massif central et Pyrénées). Pour la période 2071-2100 (Fig. b) : • survient en moyenne 20 jours plus tôt qu'actuellement, • anomalies généralement plus élevées dans l'ouest de la France que dans l'est. pour la période 1980-2009 (Fig. c), l'occurrence d'au moins un jour de gel sur une seule année : • 100 % sur la majeure partie de la France. • 50 à 60 % des années dans la région méditerranéenne • 75 à 85 % des années dans le secteur atlantique Projections futures : les années sans épisodes de gel deviennent plus fréquentes partout en France (Fig. d). • dans le secteur méditerranéen, moins de 20% des années comptent au moins un jour de gel • dans le secteur atlantique, avec environ 50 % des années présentant au moins un jour de gel • dans les régions continentales, environ 90 % des années connaissant encore au moins un jour de gel “The risk of tardive frost damage in French vineyards in a changing climate”, G. Sgubin et al. Agricultural and Forest Meteorology, Volumes 250–251, 15 March 2018
Ces informations sont à usage interne uniquement. 47 Episodes de grêle –en Europe On retrouve des fréquences de grêle plus élevées dans les grandes villes par rapport aux zones environnantes en raison de la probabilité de détection plus élevée de grêle dans les zones urbanisées. Un autre problème dans les BDD européennes est que les pays ont des pratiques de déclaration différentes conduisant à des gradients spatiaux artificiels tels que ceux observés entre l'Allemagne et la France https://www.essl.org/cms/european-severe-weather-database/ Andreas F. Prein, Greg J. Holland, « Global estimates of damaging hail hazard », Weather and Climate Extremes, Volume 22, 2018
Ces informations sont à usage interne uniquement. 48 Etudes Françaises : impacts de grêle Bien que le réseau ANELFA soit l'un des plus anciens en activité, la série chronologique peut encore être trop courte pour détecter des tendances significatives. De plus, la forte variabilité des séries chronologiques rend difficile la détection de tendances éventuellement significatives. J.L. Sanchez, et al. « Are meteorological conditions favoring hail precipitation change in Southern Europe? Analysis of the period 1948–2015 », Atmospheric Research, Volume 198, 2017
Ces informations sont à usage interne uniquement. 49 Etudes Françaises : impacts de grêle Site web : https://www.keraunos.org/ JUILLET 2021 Année 2018 Øgrêlon> 5 cm 4 < Øgrêlon< 5 cm 3 < Øgrêlon< 4 cm 2 < Øgrêlon< 3 cm 1 < Øgrêlon< 2 cm 1 cm < Øgrêlon
Ces informations sont à usage interne uniquement. 50 Etude réalisée à l’initiative des groupements «Feuilles bitumineuses » et « feuilles synthétiques » de la CSFE
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