Humidité dans les parois : condensation, moisissure

L'air intérieur d'un logement chauffé contient plus de vapeur d'eau que l'air extérieur d'hiver. Cette vapeur cherche à sortir à travers les parois. Elle peut se condenser sur une surface trop froide, entretenir des moisissures bien avant la goutte d'eau, ou se déposer au cœur de la paroi. Ce chapitre donne les deux contrôles de l'EN ISO 13788 : l'humidité de surface et la méthode de Glaser mois par mois.

16.1 La vapeur traverse les parois

Au chapitre 1, l'air humide est un mélange d'air sec et de vapeur d'eau. Chaque gaz exerce sa pression partielle. Celle de la vapeur, p, ne peut dépasser la pression de saturation p_sat, qui ne dépend que de la température (chapitre 4). Au-delà, l'excédent se condense. L'humidité relative est le rapport φ = p / p_sat(θ).

p_sat(θ) = 611,2 · exp(17,62 θ / (243,12 + θ)) Pa, sur l'eau p_sat(θ) = 611,2 · exp(22,46 θ / (272,62 + θ)) Pa, sur la glace (θ < 0 °C)

C'est la formule de Magnus aux coefficients de l'OMM, déjà employée aux chapitres 1 et 4. Elle donne 2 333 Pa à 20 °C, 611 Pa à 0 °C et 402 Pa à −5 °C. Un séjour à 20 °C et 50 % contient donc de la vapeur à 1 166 Pa. Dehors, par −5 °C, même saturé, l'air n'en porte que 402 Pa. La différence de pression partielle pousse la vapeur vers l'extérieur, comme la différence de température pousse la chaleur. L'EN ISO 13788 emploie sa propre forme exponentielle de la saturation ; entre −10 et 20 °C, elle s'écarte de la formule de Magnus de 0,2 % au plus, ce qui ne change aucune conclusion du chapitre.

En chemin, la vapeur traverse des couches de plus en plus froides. Si, en un point, sa pression atteint la pression de saturation locale, elle se condense. Pour savoir où et combien, il faut deux profils : celui des températures, qui donne p_sat en chaque point, et celui de la pression de vapeur réelle.

16.2 Diffusion : perméabilité, μ et s_d

En régime permanent, la vapeur diffuse à travers un matériau poreux selon une loi semblable à celle de Fourier. La densité de flux est proportionnelle à la différence de pression partielle et inversement proportionnelle à l'épaisseur :

g = δ · Δp / d = δ₀ · Δp / s_d kg/(m²·s) μ = δ₀ / δ s_d = μ · d m

δ est la perméabilité à la vapeur du matériau, en kg/(m·s·Pa). On la rapporte à celle de l'air immobile, δ₀ = 2,0·10⁻¹⁰ kg/(m·s·Pa) dans les calculs de l'EN ISO 13788. Le rapport μ est le facteur de résistance à la diffusion. Il vaut 1 pour l'air et quelques dizaines pour un béton. L'épaisseur d'air équivalente s_d = μ · d est l'épaisseur d'air immobile qui opposerait la même résistance. C'est la grandeur utile : les s_d de couches en série s'ajoutent, comme les résistances thermiques.

Le mur de référence de ce chapitre est celui du chapitre 5, isolé cette fois par l'intérieur : parement de plâtre, isolant, blocs de béton pleins, enduit extérieur. Les valeurs de μ sont usuelles, du même ordre que celles tabulées par l'EN ISO 10456 et les manuels. Pour un projet, on prend la valeur déclarée du produit.

Valeurs usuelles, non normatives. Un film pare-vapeur se situe vers s_d = 20 m, un frein-vapeur vers 2 à 5 m (ordres de grandeur).

Côté intérieur, plâtre et isolant totalisent 0,27 m d'air équivalent ; côté extérieur, blocs et enduit en totalisent 16,20 m, soit 60 fois plus. La vapeur entre donc facilement jusqu'à l'isolant et sort difficilement. On verra que c'est précisément le défaut de ce mur.

La perméabilité se mesure à la coupelle (EN ISO 12572) : on ferme une coupelle par l'échantillon, on y place un dessiccant ou une solution saline, et l'on pèse la prise ou la perte d'eau au fil des jours dans une enceinte à humidité fixée.

1. Plâtre de 15 mm, μ = 10, soit s_d = 0,15 m, sur une coupelle de 0,02 m² à dessiccant (0 %) dans une enceinte à 23 °C et 50 %.
2. Δp = 0,50 × p_sat(23 °C) = 1 401 Pa.
3. g = 2,0·10⁻¹⁰ × 1 401 / 0,15 = 1,87·10⁻⁶ kg/(m²·s).
4. Sur 0,02 m² et 86 400 s, la coupelle prend 3,23 g par jour. Une balance au centigramme suffit ; inversement, la pesée donne δ, donc μ.

Un mot sur les parois « qui respirent ». La diffusion à travers les murs n'évacue qu'une petite part de la vapeur produite dans un logement ; c'est la ventilation qui l'emporte. Une paroi ouverte à la diffusion ne remplace donc pas une ventilation. Son intérêt est ailleurs : laisser sécher vers l'extérieur l'eau qui y est entrée.

16.3 Le banc de diffusion

La figure 16.1 met ce mur sur un banc d'essai. Une chambre chaude humide tient le côté intérieur à 20 °C et à l'humidité φ_i choisie ; une chambre froide tient le côté extérieur à θ_e et 80 %. Cinq sondes plantées aux joints affichent l'humidité relative de l'air des pores. Au-dessus, la plaque graduée trace les deux profils, en abscisse les s_d cumulés, comme dans la méthode de Glaser : la courbe de saturation et le fil tendu de la pression réelle.

À −5 °C et 50 % sans pare-vapeur, le fil touche la courbe au joint entre l'isolant et les blocs : 45,8 g d'eau par mètre carré et par jour s'y déposent. Un film côté chaud ramène ce débit à 0,48 g/(m²·j). Le même film côté froid n'arrête rien : 45,9 g/(m²·j) se déposent alors contre lui. Le banc montre aussi la surface intérieure : θ_si = 18,4 °C et f_Rsi = 0,936, loin du minimum de 0,705. Ce mur isolé ne craint rien en surface. Son risque est caché dans l'épaisseur.

16.4 Humidité de surface : moisissure et condensation

Une surface froide refroidit l'air à son contact sans changer sa pression de vapeur ; l'humidité relative y monte. À 100 %, la vapeur condense. Les moisissures n'attendent pas ce stade : elles se développent quand l'humidité au contact de la surface reste au-dessus d'environ 80 % pendant plusieurs jours. L'EN ISO 13788:2012 retient ce critère de 80 % en moyenne mensuelle pour la moisissure, et 100 % pour la condensation sur les surfaces peu absorbantes comme les vitrages. Le seuil de germination réel dépend du support, de la température et de la durée ; 80 % en moyenne mensuelle est un seuil conventionnel prudent, pas une constante biologique.

La température de surface vient du chapitre 5, mais avec une résistance superficielle intérieure portée à R_si = 0,25 m²·K/W. Elle représente un angle, un meuble ou un rideau qui freine les échanges : c'est la valeur que l'EN ISO 13788 retient pour les parois opaques. La surface reste sous 80 % tant que p_sat(θ_si) ≥ p_i / 0,8. D'où une température minimale et un facteur minimal :

θ_si,min = θ(p_sat = p_i / 0,8) f_Rsi,min = (θ_si,min − θ_e) / (θ_i − θ_e) exigence : f_Rsi ≥ f_Rsi,min

Le facteur f_Rsi de la paroi ne dépend pas du climat. Le minimum, lui, dépend de l'humidité intérieure et du mois. On le reprend au point du chapitre 5 : 20 °C et 50 % dedans, −5 °C dehors. p_i = 1 166 Pa ; la surface doit tenir p_sat ≥ 1 458 Pa, soit θ_si,min = 12,62 °C et f_Rsi,min = 0,705. Pour la seule condensation, il suffirait de 9,26 °C (f = 0,570). Le mur nu du chapitre 5 a f_Rsi = 0,485 : sa surface descend à 7,13 °C, où l'air de contact serait à 115,5 %. Elle ruisselle. Le mur isolé, à 0,936, garde sa surface à 18,40 °C.

16.5 L'humidité intérieure

Tout le contrôle dépend de p_i. L'EN ISO 13788 l'écrit comme la pression extérieure augmentée d'un excès Δp, qu'elle demande de majorer de 10 % pour couvrir les imprécisions d'un calcul en régime permanent. Pour choisir cet excès, la norme propose, en annexe informative, cinq classes d'humidité intérieure, des locaux peu occupés aux locaux très humides, avec un excès maximal par temps froid (θ_e ≤ 0 °C), nul à 20 °C et linéaire entre les deux. Ce chapitre ne reproduit pas cette annexe. Pour situer les logements, il retient des échelons d'hiver également espacés, d'environ 270 Pa pour le premier à environ 1 350 Pa pour le cinquième : un ordre de grandeur. Pour un projet, on lit le texte de la norme ou l'annexe nationale.

Plutôt que de choisir un échelon au jugé, on peut le tirer du bilan d'humidité du logement. La vapeur produite (respiration, cuisine, douches, linge) est évacuée par le débit d'air neuf. En régime établi :

Δv = G / q kg/m³ Δp = Δv · R_v · T R_v = 461,52 J/(kg·K)

La maison du chapitre 17 fait 200 m³ et reçoit 102 m³/h d'air neuf, extraction et infiltration comprises (0,51 vol/h ; chapitres 15 et 18). Une famille de quatre produit de l'ordre de 8 kg de vapeur par jour ; les études publiques donnent 5 à 15 kg selon les usages. Δv = 3,27 g/m³, Δp = 442 Pa, porté à 486 Pa avec la majoration. La maison tombe dans le deuxième échelon. Que l'on sèche le linge dedans (12 kg/j) et que les bouches encrassées ne tirent plus que 75 m³/h : Δv = 6,67 g/m³, Δp = 902 Pa, 992 Pa majoré. La même maison passe au quatrième échelon. L'humidité intérieure se gère d'abord par la ventilation.

16.6 Exemple : f_Rsi,min mois par mois

Le contrôle se fait sur les mois de chauffage, ceux dont la température moyenne est inférieure à 16 °C (convention des chapitres 12 et 17), avec le climat moyen du site (chapitre 12) : normales mensuelles de Paris-Montsouris. Faute d'humidité extérieure mensuelle dans les données du cours, on prend la règle de la FAO : la pression de vapeur extérieure vaut la saturation à la température minimale moyenne (même convention qu'au chapitre 52).

1. Janvier : θ_e = 5,4 °C, p_e = 768 Pa. L'excès vaut 486 × (20 − 5,4) / 20, donc p_i = 1 123 Pa, soit 48,2 % à 20 °C.
2. Seuil de surface : p_sat = p_i / 0,8, atteint à θ_si,min = 12,05 °C. f_Rsi,min = (12,05 − 5,4) / (20 − 5,4) = 0,455.
3. Même calcul sur octobre à mai. Le mois critique est décembre, avec 0,456 ; avril ne demande que 0,196.
4. Mur isolé, 0,936 : large marge. Mur nu, 0,485 : il passe de peu. En janvier, sa surface est à 12,48 °C et l'air de contact à 77,7 %.
5. Logement humide : en janvier, p_i = 1 493 Pa (64,0 %), θ_si,min = 16,44 °C et f_Rsi,min = 0,756. Le mur nu échoue, l'air de contact atteint 103,3 % : la surface condense. Le mur isolé passe toujours.

Le mur nu n'est pas sain « par nature » : il l'est tant que les occupants ventilent. L'isolation achète une marge indépendante de leur comportement. Les angles et les ponts thermiques, où f_Rsi descend bien plus bas qu'en partie courante, se contrôlent de la même façon (chapitre 59).

16.7 La méthode de Glaser, mois par mois

Pour l'intérieur de la paroi, on trace la coupe en s_d cumulés. Les températures aux interfaces viennent du profil thermique, avec R_si = 0,13 et R_se = 0,04 cette fois ; on en tire p_sat à chaque interface. En coordonnée s_d, la pression de vapeur sans condensation est une droite de p_i à p_e, puisque le même flux traverse toutes les couches. Si cette droite passe au-dessus de la courbe de saturation, elle est impossible : la pression réelle suit alors le plus court chemin de p_i à p_e qui reste sous la courbe, comme un fil tendu. Là où le fil touche la courbe se trouve un plan de condensation. Le débit déposé est la différence entre le flux qui arrive et celui qui repart :

g_c = δ₀ · [ (p_i − p_sat,c) / s_d,i→c − (p_sat,c − p_e) / s_d,c→e ]

L'EN ISO 13788:2012 répète ce calcul pour chaque mois, avec le climat moyen du mois et l'humidité intérieure correspondante. On part du premier mois qui condense après un mois sec. L'eau s'accumule ; quand le débit devient négatif, le plan sèche. La norme distingue trois issues : aucune condensation ; une condensation qui sèche entièrement avant la fin du cycle annuel ; une accumulation qui se reporte d'une année sur l'autre. La troisième est rédhibitoire. La deuxième laisse à juger la masse maximale accumulée, au regard des matériaux touchés, des règles nationales et des normes de produits. La règle allemande DIN 4108-3:2024-03, par exemple, applique la méthode de Glaser à un climat conventionnel simplifié et non au climat mensuel du site. D'après les sources professionnelles qui la commentent, elle plafonne alors le condensat à 1,0 kg/m² en général, et à 0,5 kg/m² au contact d'une couche qui n'absorbe pas l'eau par capillarité, comme un isolant fibreux ou un film. Les textes français publics consultés pour ce chapitre n'en donnent pas d'équivalent chiffré.

Le mur isolé par l'intérieur, sans pare-vapeur, en janvier : les interfaces sont à 19,50, 19,36, 6,16, 5,59 et 5,55 °C, aux s_d cumulés 0, 0,15, 0,27, 16,27 et 16,47 m. Au joint isolant/blocs, la droite de 1 123 à 768 Pa passerait à 1 118 Pa, bien au-dessus de la saturation, 945 Pa. Le fil s'y accroche. Il arrive 11,43 g/(m²·j) par l'intérieur ; il en repart à peine à travers 16,2 m de blocs et d'enduit ; 11,24 g/(m²·j) se déposent.

16.8 Exemple : isolation par l'intérieur ou par l'extérieur

Même maison, même climat, quatre variantes du mur. Toutes ont U = 0,264 W/(m²·K), comme au chapitre 17.

1. Isolation intérieure sans pare-vapeur : la condensation démarre en novembre (95 g/m² en fin de mois), atteint 1 001 g/m² fin février, puis sèche ; plus d'eau fin mai. Le critère annuel de l'EN ISO 13788 est satisfait, puisque tout sèche dans l'année ; reste à juger la masse. Un kilogramme d'eau par mètre carré contre l'isolant est le double du plafond allemand cité plus haut, même si ce plafond se rapporte à un autre climat de calcul. L'isolant mouillé perd sa résistance, et les blocs gèlent côté froid.
2. Même mur avec un film de s_d = 20 m côté chaud : aucune condensation dans l'année. Le flux de vapeur tombe à 0,168 g/(m²·j) en janvier. Sur cette maison, il suffirait d'un s_d de 16,13 m, l'ordre de celui des blocs.
3. Film posé côté froid, entre isolant et blocs : 1 015 g/m² fin février, un peu pire que sans film. Un pare-vapeur du mauvais côté n'arrête rien, il fournit seulement une surface froide où condenser.
4. Isolation extérieure : les blocs restent chauds ; aucune condensation, sans pare-vapeur.
5. Logement humide : sans pare-vapeur, 4 086 g/m² fin mars, séché seulement en septembre ; avec le film côté chaud, 24 g/m² en février, secs en mai ; isolé par l'extérieur, toujours rien.

16.9 Exemple : paroi de piscine

La halle du chapitre 52 est à 29 °C et 55 %, soit p_i = 2 198 Pa : la rosée est à 19,04 °C et la surface doit rester au-dessus de 22,67 °C. Par −7 °C, f_Rsi,min = 0,824 ; en janvier moyen, 0,732. Avec l'isolant dehors (f_Rsi = 0,936), la surface reste à 26,70 °C par −7 °C, et la paroi ne condense pas. Isolée par l'intérieur, elle accumule 14 130 g/m² et garde 12 698 g/m² après un an : elle ne sèche jamais. Avec le film de 20 m côté chaud, 109 g/m² au plus, mais il en reste 4 g/m² au bout de l'année ; il faudrait un s_d de 95,2 m. D'où, en piscine, l'isolation par l'extérieur ou une barrière continue à très forte résistance côté halle.

16.10 Limites de la méthode

Glaser ne connaît que la diffusion de vapeur en régime permanent mensuel. Il ignore le transport capillaire de l'eau liquide, qui redistribue le condensat et aide souvent au séchage. Il ignore aussi le stockage d'humidité des matériaux, la pluie battante, le soleil sur la façade et l'humidité initiale d'un béton ou d'un enduit neufs. C'est un test de dimensionnement, conservateur pour certains murs, optimiste pour d'autres.

Il ignore surtout l'air qui passe par les défauts. Une fente laisse passer de l'air intérieur, qui dépose son eau en se refroidissant. Au plan froid du mur du banc (−5 °C dehors, 50 % dedans), à −3,7 °C, l'air saturé ne porte plus que 2,77 g/kg contre 7,24 g/kg dedans. Prenons un mètre cube d'air par heure, l'ordre de grandeur de ce que laisse passer une fente d'un millimètre sur un mètre de long sous quelques pascals (hypothèse du cours). Si tout cet air se refroidit jusqu'au plan froid, il y dépose 128 g par jour, un majorant puisque l'air ne cède pas toujours toute sa chaleur en chemin. C'est trois fois la diffusion à travers un mètre carré sans pare-vapeur, et 209 fois ce que laisse passer un mètre carré de film. Un pare-vapeur percé ne vaut guère mieux que pas de pare-vapeur : l'étanchéité à l'air prime (chapitre 18). Pour les cas que Glaser ne sait pas traiter (enduits capillaires, isolation intérieure de murs anciens, toitures), on passe à une simulation hygrothermique dynamique au pas horaire selon l'EN 15026, qui prend en compte stockage, capillarité et pluie.

Le mur ancien en pierre ou en brique pleine en est l'exemple type. Il vit avec l'eau : il en reçoit par la pluie et par le sol, et la rend par capillarité et par évaporation, vers l'extérieur l'hiver et vers l'intérieur l'été. Une isolation intérieure étanche coupe ce séchage d'été. On lui préfère des isolants capillaires ou des freins-vapeur hygrovariables, dont la résistance baisse quand l'air devient humide, et le choix se vérifie par simulation.

16.11 Règles de l'art et erreurs fréquentes

Ce qui suit relève des règles de l'art, pas d'un calcul. Le pare-vapeur se place côté chaud, devant l'isolant, et doit être continu : lés recouverts et collés, raccords aux menuiseries et aux planchers, gaines électriques traversantes étanchées. Les s_d doivent décroître de l'intérieur vers l'extérieur ; une règle courante demande, côté chaud, plusieurs fois le s_d de ce qui est côté froid. Pour les murs à ossature bois, la NF DTU 31.2 demande ainsi un s_d intérieur au moins cinq fois plus grand que le s_d extérieur (règle dite « du facteur 5 »). L'isolation par l'extérieur rend presque toujours le contrôle facile. L'isolation par l'intérieur d'un mur peu perméable demande un pare-vapeur ou un frein-vapeur dimensionné, et une étude dynamique pour un mur ancien. La ventilation tient l'humidité intérieure dans un échelon raisonnable (chapitres 15 et 18). Dans les locaux très humides, la déshumidification fait partie du système (chapitre 39). Les angles, linteaux et nez de dalle concentrent les moisissures : on y vérifie f_Rsi (chapitre 59).

Erreurs fréquentes : contrôler la seule rosée au lieu du critère de 80 % ; prendre R_si = 0,13 pour la surface ; choisir l'humidité intérieure au jugé sans bilan d'humidité ; poser un pare-vapeur côté froid ou un enduit étanche dehors sur un mur isolé par l'intérieur ; juger acceptable une accumulation qui sèche dans l'année sans regarder sa masse ; croire qu'un calcul de diffusion couvre une paroi pleine de fuites d'air ; oublier que, dans une paroi refroidie l'été ou en permanence, la vapeur migre vers l'intérieur et que le pare-vapeur change alors de côté (chambres froides, chapitre 66).

À retenir

• La vapeur va des fortes vers les faibles pressions partielles : g = δ₀ Δp / s_d, s_d = μ d, et les s_d en série s'ajoutent.
• Surface : critère de 80 % avec R_si = 0,25 ; f_Rsi ≥ f_Rsi,min pour chaque mois de chauffage (EN ISO 13788).
• L'humidité intérieure se tire du bilan Δv = G / q ; une ventilation insuffisante fait monter un logement de deux échelons.
• Glaser : profil en coordonnée s_d, fil tendu sous la courbe de saturation, condensation là où il la touche ; calcul mois par mois, la paroi doit sécher dans l'année.
• Pare-vapeur côté chaud, continu ; s_d décroissants vers l'extérieur ; l'isolation par l'extérieur résout la plupart des cas.
• Une fuite d'air transporte des centaines de fois plus d'eau que la diffusion à travers un pare-vapeur.
• Hors du domaine de Glaser (capillarité, pluie, murs anciens) : simulation dynamique selon l'EN 15026.

Sources publiques : norme EN ISO 13788:2012, Performance hygrothermique des composants et parois de bâtiments, température superficielle intérieure permettant d'éviter l'humidité superficielle critique et la condensation dans la masse, méthodes de calcul, pour le critère de 80 %, f_Rsi,min, R_si = 0,25, la méthode de Glaser mensuelle, δ₀, la forme de l'excès d'humidité intérieure et sa majoration de 10 % ; norme EN ISO 12572, Détermination des propriétés de transmission de la vapeur d'eau, méthode de la coupelle, pour le principe de la mesure ; norme EN ISO 10456 pour l'ordre de grandeur des facteurs μ ; norme EN ISO 6946 pour R_si = 0,13 et R_se = 0,04 ; norme EN 15026, Évaluation du transfert d'humidité par simulation numérique, citée pour les méthodes dynamiques ; DIN 4108-3:2024-03 (édition lue sur le catalogue de DIN Media ; plafonds de condensat rapportés par des sources professionnelles allemandes) ; NF DTU 31.2 (maisons et bâtiments à ossature en bois, édition de mai 2019 d'après une ressource publique d'Éduscol) pour la règle du facteur 5 ; H. Glaser, articles de 1958-1959 dans Kältetechnik, pour la méthode graphique ; AIE, Annexe 14 Condensation and Energy (1990), pour les productions d'humidité des logements ; R. G. Allen et al., Crop evapotranspiration, FAO Irrigation and Drainage Paper 56 (1998), pour la pression de vapeur à la température minimale ; Météo-France, normales 1991-2020 de Paris-Montsouris ; OMM, Guide des instruments et des méthodes d'observation (OMM-n° 8), pour la formule de Magnus. Les facteurs μ sont des valeurs usuelles, pas des valeurs déclarées de produits. Tous les nombres de ce chapitre sont calculés par le modèle du cours.