Avant d’isoler un mur ou une toiture, mieux vaut anticiper les transferts de chaleur et les risques de condensation. Pourtant, les graphiques et paramètres d’Ubakus peuvent dérouter ou conduire à de mauvaises interprétations. Comment ce logiciel réalise-t-il ses simulations hygrothermiques ? Cet article explique ses principales fonctions, les données à renseigner et la manière de lire correctement les résultats obtenus.
Ubakus : à quoi sert ce logiciel de calcul thermique ?
Ubakus est un outil de simulation thermique et hygrothermique des parois de bâtiment. Il permet d’analyser la composition d’un mur, d’une toiture, d’un plancher ou d’une autre paroi afin d’estimer ses performances thermiques et son comportement face aux transferts de vapeur d’eau.
Le logiciel est particulièrement utilisé lorsqu’il faut comparer plusieurs solutions d’isolation. Avant d’ajouter un isolant à un mur ancien, par exemple, il peut être utile de vérifier si la nouvelle composition améliore suffisamment la résistance thermique sans créer de zone sensible à la condensation.
Ubakus calcule notamment le coefficient de transmission thermique U, exprimé en W/m²K. Plus cette valeur est faible, plus la paroi limite les transferts de chaleur. Le simulateur fournit également des informations sur le profil des températures, l’humidité, le risque de condensation, la capacité de séchage et le comportement de la paroi face aux fortes chaleurs.
L’outil intègre une base de matériaux permettant de construire virtuellement une paroi couche par couche. Enduit, brique, béton, isolant, membrane, lame d’air ou parement peuvent ainsi être assemblés dans l’ordre correspondant à la construction réelle.
Ubakus ne doit toutefois pas être considéré comme un logiciel capable de valider automatiquement n’importe quelle solution constructive. La qualité des résultats dépend directement de la qualité des données saisies et du modèle de calcul utilisé. Une simulation cohérente constitue une aide à la décision, mais elle ne remplace pas une étude réalisée par un professionnel lorsque les enjeux sont importants ou la paroi complexe.
Comment fonctionne Ubakus pour analyser une paroi ?
Le principe d’Ubakus consiste à reconstituer la paroi depuis la face intérieure jusqu’à la face extérieure, puis à calculer le comportement de cet assemblage.
L’utilisateur commence par sélectionner le type de construction et ajoute successivement les différentes couches. Pour un mur isolé par l’intérieur, une composition simplifiée pourrait par exemple comprendre :
- un parement intérieur ;
- une membrane frein-vapeur ;
- un isolant ;
- un mur en maçonnerie ;
- un enduit extérieur.
L’ordre des matériaux est essentiel. Une même série de couches peut avoir un comportement hygrothermique très différent selon la position de l’isolant ou de la membrane de gestion de la vapeur d’eau.
Pour chaque matériau, Ubakus utilise différentes propriétés physiques. Parmi les plus importantes figurent la conductivité thermique et la résistance à la diffusion de vapeur d’eau.
Le logiciel tient également compte des conditions situées de chaque côté de la paroi. L’utilisateur peut renseigner une température et une humidité relative intérieures et extérieures. Ces paramètres sont notamment utilisés pour l’analyse liée à l’humidité.
Ubakus affiche ensuite graphiquement la façon dont la température et l’humidité évoluent à travers la paroi. Cette représentation facilite l’identification des interfaces où les conditions deviennent défavorables.
Pour le calcul du coefficient U, Ubakus peut utiliser différentes méthodes selon le contexte. Le site indique notamment proposer un calcul par éléments finis en deux dimensions ainsi qu’un calcul conforme à la méthode de la norme DIN 6946 dans certains usages.
Pour l’analyse classique du risque de condensation, l’outil repose notamment sur la méthode de Glaser. Celle-ci compare le comportement de la vapeur d’eau à travers les différentes couches dans des conditions climatiques déterminées.
Quelles données saisir dans le simulateur Ubakus ?
La fiabilité d’une simulation repose d’abord sur une description fidèle de la paroi existante ou envisagée.
L’ordre des couches
Chaque matériau doit être placé dans le bon ordre, généralement de l’intérieur vers l’extérieur ou inversement selon le mode d’affichage choisi.
Une erreur à ce niveau peut rendre le résultat peu pertinent. Placer une membrane du mauvais côté de l’isolant modifie, par exemple, complètement le comportement calculé vis-à-vis de la vapeur d’eau.
Il faut donc commencer par relever aussi précisément que possible la composition réelle du mur, de la toiture ou du plancher.
L’épaisseur des matériaux
L’épaisseur influence directement la résistance thermique d’une couche.
Une isolation de 160 mm n’a évidemment pas le même effet qu’une isolation de 80 mm réalisée avec le même matériau. Les valeurs doivent donc correspondre au projet réel et non à une simple approximation.
Cette précision est également importante pour les murs anciens, dont l’épaisseur peut varier sensiblement d’une construction à l’autre.
La conductivité thermique
La conductivité thermique, notée lambda, indique la capacité d’un matériau à transmettre la chaleur.
Elle est exprimée en W/(m·K). Plus sa valeur est faible, plus le matériau est isolant à épaisseur comparable.
Ubakus dispose d’une base de données comprenant de nombreux matériaux avec des valeurs préenregistrées. Lorsqu’une fiche technique précise est disponible pour le produit réellement utilisé, il peut néanmoins être pertinent de comparer les caractéristiques afin de travailler avec une donnée aussi représentative que possible.
Le facteur de résistance à la diffusion de vapeur
Le facteur μ caractérise la résistance d’un matériau au passage de la vapeur d’eau.
Plus il est élevé, plus le matériau freine la diffusion de vapeur.
Le simulateur utilise également la valeur sd, exprimée en mètres. Celle-ci correspond à l’épaisseur d’air équivalente en matière de diffusion de vapeur et dépend notamment du facteur μ et de l’épaisseur de la couche.
Ces paramètres sont particulièrement importants lorsqu’une paroi comporte un pare-vapeur, un frein-vapeur ou un matériau très fermé à la diffusion.
Les caractéristiques thermiques complémentaires
Ubakus peut également utiliser la masse volumique et la capacité thermique massique des matériaux.
Ces informations servent notamment à étudier le comportement d’une paroi en période chaude, sa capacité à stocker de l’énergie et le déphasage thermique.
Elles permettent donc d’aller plus loin qu’un simple calcul de résistance thermique hivernale.
Les conditions intérieures et extérieures
L’utilisateur peut modifier les températures et humidités relatives de chaque côté de la paroi.
L’interface propose par exemple des valeurs de référence pour l’intérieur et l’extérieur, mais celles-ci doivent être comprises comme des hypothèses de calcul.
Les conditions réelles rencontrées dans une salle de bains, un logement très humide, une maison en altitude ou un bâtiment situé dans un climat particulier peuvent être très différentes.
C’est pourquoi un résultat doit toujours être interprété en tenant compte des hypothèses utilisées pour la simulation.
Comment interpréter les résultats d’une simulation ?
Ubakus fournit plusieurs indicateurs. Il est préférable de les examiner ensemble plutôt que de se concentrer uniquement sur le coefficient U.
Le coefficient U
Le coefficient U indique la quantité de chaleur traversant un mètre carré de paroi pour une différence de température d’un kelvin entre l’intérieur et l’extérieur.
Une valeur faible traduit donc une meilleure performance thermique.
À titre de comparaison entre deux solutions, cet indicateur est particulièrement utile. Si l’ajout d’une couche d’isolant fait passer une paroi d’un coefficient U élevé à une valeur nettement plus basse, les déperditions thermiques à travers cette paroi sont fortement réduites.
Il ne faut toutefois pas en déduire directement la consommation énergétique totale du logement. Celle-ci dépend aussi des fenêtres, de la toiture, du plancher, des ponts thermiques, de la ventilation, du système de chauffage et des habitudes d’utilisation.
Le profil de température
Le graphique de température montre comment celle-ci évolue dans l’épaisseur de la paroi.
La température diminue généralement progressivement entre l’intérieur chauffé et l’extérieur froid. La forme de cette évolution dépend de la résistance thermique de chaque couche.
Une grande partie de la baisse de température se produit normalement dans l’isolant, puisque celui-ci oppose précisément une forte résistance au flux thermique.
Ce graphique aide également à repérer les zones froides susceptibles de devenir sensibles du point de vue de l’humidité.
L’humidité dans la paroi
Ubakus représente également le comportement de la vapeur d’eau et de l’humidité à travers les différentes couches.
L’objectif est notamment de repérer les zones dans lesquelles les conditions peuvent conduire à une accumulation d’eau.
Un résultat signalant de la condensation ne signifie pas automatiquement que la paroi subira un dommage immédiat. Il faut notamment observer la quantité estimée, sa localisation et la capacité du complexe à sécher lorsque les conditions climatiques deviennent plus favorables.
Inversement, l’absence de condensation calculée ne constitue pas une garantie absolue contre tous les désordres liés à l’humidité.
La réserve de séchage
La capacité de séchage est une donnée importante pour évaluer la robustesse d’une composition.
Une paroi peut recevoir de l’humidité autrement que par simple diffusion de vapeur : infiltration accidentelle, humidité liée au chantier ou défaut ponctuel d’étanchéité, par exemple.
Une construction capable d’évacuer plus facilement cette humidité dispose généralement d’une meilleure marge de sécurité.
Le confort d’été
Ubakus propose également des indicateurs consacrés à la protection contre la chaleur.
Le simulateur peut notamment afficher l’amortissement des variations de température, le déphasage ainsi que la capacité de stockage thermique de la face intérieure.
Ces informations sont particulièrement utiles pour comparer des compositions de toiture ou de murs susceptibles d’être fortement exposées au soleil.
Il faut toutefois éviter de transformer un seul indicateur, comme le déphasage, en critère absolu de confort d’été. La température réelle d’un bâtiment dépend aussi des vitrages, des protections solaires, de la ventilation nocturne, de l’inertie globale et des apports internes.
Ubakus permet-il d’évaluer les risques de condensation ?
Oui. L’analyse de la condensation constitue l’une des fonctions les plus utilisées d’Ubakus.
Le logiciel peut déterminer si, dans les conditions retenues, de l’eau risque de condenser à certaines interfaces de la paroi. Il indique également des informations liées à la quantité de condensat et au séchage.
Cette fonction est particulièrement intéressante lors d’une isolation par l’intérieur, car cette technique modifie fortement le profil thermique du mur existant.
Après isolation, la maçonnerie située derrière l’isolant devient généralement plus froide en hiver. Si de la vapeur d’eau provenant de l’intérieur atteint cette zone dans des conditions défavorables, le risque de condensation peut augmenter.
Le choix et le positionnement d’un frein-vapeur ou d’un pare-vapeur doivent donc être étudiés avec attention.
Il existe toutefois une limite importante à connaître. La méthode de Glaser utilisée pour ce type d’analyse repose sur des conditions stationnaires, c’est-à-dire sur des températures et humidités considérées comme constantes pendant les phases étudiées.
La réalité est plus complexe : température, pluie, rayonnement solaire et humidité varient en permanence.
La méthode ne représente pas non plus certains phénomènes physiques avec toute la finesse d’une simulation hygrothermique dynamique. Le site Ubakus précise notamment que la conduction capillaire des matériaux n’est pas prise en compte dans cette méthode.
Cette particularité peut être importante pour certains matériaux capables de redistribuer l’humidité par capillarité.
Le résultat doit donc être considéré comme un indicateur de risque et non comme une prédiction exacte du comportement réel d’une construction pendant toute sa durée de vie.
Pour une paroi courante, une simulation Ubakus peut permettre d’écarter une composition manifestement défavorable et de comparer plusieurs solutions.
En revanche, les murs anciens sensibles à l’humidité, les bâtiments patrimoniaux, les toitures complexes ou les assemblages atypiques peuvent nécessiter une étude hygrothermique dynamique plus poussée.
Quels projets de rénovation peut-on étudier avec Ubakus ?
Ubakus peut être utilisé pour de nombreux projets dès lors qu’il est nécessaire de comprendre le comportement thermique d’une paroi.
L’isolation des murs par l’intérieur
C’est l’un des cas les plus intéressants.
L’utilisateur peut comparer plusieurs isolants, modifier leur épaisseur et tester différentes membranes afin d’observer les effets sur le coefficient U et le comportement hygrothermique.
Cette approche aide notamment à comparer un isolant très perméable à la vapeur avec une solution beaucoup plus fermée.
Elle permet également de constater que deux compositions offrant une résistance thermique similaire peuvent présenter des comportements très différents vis-à-vis de l’humidité.
L’isolation thermique par l’extérieur
Ubakus peut également modéliser une isolation placée à l’extérieur d’un mur existant.
Cette configuration maintient généralement davantage la maçonnerie dans une zone chaude en hiver, ce qui modifie favorablement le profil de température par rapport à de nombreuses solutions d’isolation intérieure.
Le simulateur permet de tester différentes épaisseurs et différents matériaux avant d’arrêter la composition définitive.
L’isolation d’une toiture
Une toiture peut être construite virtuellement couche par couche : parement intérieur, membrane, isolant entre chevrons ou sous chevrons, écran, lame d’air et couverture.
Ubakus propose d’ailleurs des exemples consacrés à l’isolation entre chevrons et aux toitures plates.
La simulation permet notamment d’examiner le risque de condensation à proximité des couches extérieures et d’évaluer certains indicateurs liés au confort d’été.
Les planchers et plafonds de cave
L’outil peut servir à tester l’isolation d’un plancher donnant sur un local non chauffé ou celle d’un plafond de cave.
La nature du milieu situé de l’autre côté de la paroi doit être correctement renseignée. Ubakus propose plusieurs situations, comme l’air extérieur, un local non chauffé, des combles non chauffés ou le sol.
Les ossatures bois
Le simulateur permet de modéliser des constructions comprenant une ossature et un isolant placé entre les montants.
Dans une paroi à ossature bois, il est important de ne pas considérer uniquement l’isolant : les montants constituent des chemins thermiques différents.
Ubakus permet de prendre en compte des couches comportant des éléments répétitifs comme des poutres ou montants, ce qui fournit une représentation plus réaliste qu’une simple couche homogène d’isolant.
La comparaison de plusieurs scénarios
L’un des usages les plus pratiques consiste enfin à tester plusieurs variantes avant les travaux.
Il est possible de comparer différentes épaisseurs d’isolation, de modifier la position d’une membrane, de remplacer un matériau ou d’étudier une isolation intérieure face à une solution extérieure.
Ubakus devient alors un outil d’aide à la conception particulièrement utile pour comprendre les conséquences d’un choix constructif.
Il faut néanmoins garder à l’esprit que la simulation reste un modèle de la réalité. Les caractéristiques des matériaux disponibles dans la base sont souvent des valeurs représentatives et peuvent différer de celles du produit réellement mis en œuvre. La qualité de pose, l’étanchéité à l’air, les infiltrations d’eau, les ponts thermiques locaux et l’état du bâtiment existant influencent également le résultat réel.
Ubakus est donc particulièrement pertinent pour comparer des compositions, comprendre les transferts de chaleur et de vapeur et identifier certaines solutions à risque. Pour une rénovation délicate ou une construction présentant de forts enjeux d’humidité, ses résultats gagnent toutefois à être complétés par une analyse professionnelle plus approfondie.
