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Thermique et matériaux

1. Variété et performance desmatériaux

2. Deux principes d’inertie thermique3. Aperçu de la logique HQE

Sources : Oliva Jean-Pierre (2001).L'isolation écologique, Mens : Éd. Terrevivante.

1. Variété et performance des matériaux

Caractéristiques rentrant en compte pour le choix d’un matériaux :

- Thermique (conduction, isolation, hygrométrie, inertie,…)- Construction (statique, résistance des matériaux,…)- Aspect (couleur, surface, etc.)- Acoustique- Transparence ou l’opacité- Facilité de pose- Facilité de transport- Disponibilité- Résistance aux feu- Critères écologiques (recyclable, écobilans de fabrication…)- Toxicité- Sécurité- Prix- …

Par exemple, la laine de verre est un matériaux performant pour l’isolation thermique, mais peuperformant pour l’isolation acoustique.

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1. Variété et performance des matériaux

IsolationCe qui isole, n’est pas le matériaux, mais c’est principalement l’air qu’il contient.L’air a un pouvoir isolant à condition d’être piégé dans les fibres ou sous la forme de

micro-bulles.

Exemple : le polystyrène extrudé est un bon isolant car les bulles d’air sont emprisonnées, alors que lepolystyrène expansé, est un moins bon isolant, car les bulles d’air ne sont pas hermétiques.

Les isolants légers :1. Base minérale2. Matières plastiques alvéolaires3. Base végétale ou animales

Les matériaux lourds :Même s’ils sont très épais, les matériaux lourds sont rarement de très bons isolants.Mais les matériaux lourds ont en général une capacité d’inertie thermique.

Murs en briques :Compromis en isolation et inertie.

1. Variété et performance des matériaux

Système de classification

ISOLE (1 à X, la performance augmente)

I Incompressibilité I1 à I5S Stabilité dans les dimensions S1 à S5O Comportement à l’eau O1 à O3L Traction L1 à L4E Perméance à la vapeur d’eau E1 à E4

Le classement des matériaux par rapport au feu (0 à 4, la performance diminue)

M0 IncombustiblesM1 Non inflammableM2 Difficilement inflammableM3 Moyennement inflammableM4 Facilement inflammable

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1. Variété et performance des matériaux

Sources : Salomon Thierry, Bedel Stéphane (2001). La maison des [néga]watts, Mens : Éd. Terre vivante.

1. Variété et performance des matériaux

Sources : Salomon Thierry, Bedel Stéphane (2001). La maison des [néga]watts, Mens : Éd. Terre vivante.

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1. Variété et performance des matériaux

Sources : Salomon Thierry, Bedel Stéphane (2001). La maison des [néga]watts, Mens : Éd. Terre vivante.

Sources : Oliva Jean-Pierre (2001). L'isolation écologique, Mens : Éd. Terre vivante.

1. Variété et performance des matériaux

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Sources : Oliva Jean-Pierre (2001). L'isolation écologique, Mens : Éd. Terre vivante.

1. Variété et performance des matériaux

COUASNET Yves (2005). Mémento - Propriétés etcaractéristiques des matériaux de construction, Editons LeMoniteur : Paris, 2005, 248 p.

Référence ENSAM : C MAT 40

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2. Deux principes d’inertie thermique

L'inertie thermique (par absorption) est la propriété d'une masse de matériau àaccumuler puis à restituer une quantité de chaleur

• C'est la capacité thermique d'un matériau qui détermine son inertie. Plus lacapacité thermique est élevée, plus le matériau est capable de stocker et derestituer des quantités de chaleur.

• Une pierre, un mur (maçonnerie) ensoleillé reste chaud longtemps après lecoucher du soleil et pour les mêmes raisons, une cave reste fraîche même enplein été. C'est la forte inertie thermique du mur qui permet ce phénomène. Lacapacité thermique dépend de trois paramètres propre à chaque matériau :

– La conductivité thermique– La chaleur massique– La masse volumique

2. Deux principes d’inertie thermique

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2. Deux principes d’inertie thermique

La notion d’inertie exprime une « résistance » propre à un changement d’état ou derégime

Le changement d’état auquel l’inertie s’oppose peut-être provoquée :-soit par des variations de la température extérieure- soit par des variations des flux thermiques dissipés à l’intérieur du logement (apportssolaires pénétrant à l’intérieur de l’habitat, apports internes de chaleur, circulationd’air frais…)

Ces 2 types d’actions induisent des comportements thermiques distincts et fontintervenir des propriétés différentes des matériaux : il s’agit des 2 principes del’inertiie

2. Deux principes d’inertie thermique

Cas n°1 :Lorsque l’inertie thermique de définit par rapport à des flux dissipés à l’intérieur d’unlogement isolé (chauffage, climatisations, apports solaires, apports internes …), leséléments importants sont :

La surface d’échange, cad la surface des matériaux intérieurs en contact avec les fluxthermiques;L’effusivité thermique* qui est fonction de la conductivité thermique, de la massevolumique et de la chaleur massiqueL’épaisseur, cad la profondeur de pénétration possible du flux thermique dans lematériau

Ainsi, en cas d’apports solaires importants le risque d’inconfort par surchauffe estd’autant plus important que l’effusivité des matériaux de stockage et que la surfaced’échange avec les matériaux est faible.

* Le flux qui traverse le mur est directement proportionnel à l'effusivité

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2. Deux principes d’inertie thermique

Diffusivité : a = λ / ρC [en m2/S] Effusivité : b = ( ρ λ C)1/2 [en J(/m2.°C.S)1/2]

Tableau in « L’habitat écologique » de Friedrich Kur

2. Deux principes d’inertie thermique

Cas n°2 :Lorsque l’inertie thermique de définit par rapport à une onde thermique provenant del’extérieur à laquelle est soumise une paroi située en façade, on s’applique àconnaître le déphasage (cad le retard de conduction de chaleur dans le temps).Les paramètres déterminants sont alors :

La résistance de la paroi, cad (l’épaisseur) / (conductivité thermique - λ)La capacité surfacique, cad (chaleur massique) x (épaisseur)

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2. Deux principes d’inertie thermique

Quelques remarques valables pour l'habitat en climat tempéré.

• La capacité thermique d'une paroi est surtout utile que si elle est placée du côtéintérieur du bâtiment et isolée des conditions climatiques extérieures.

• Construire en "forte inertie", c'est donc utiliser des matériaux lourds à l'intérieur del'habitat afin de stocker la chaleur solaire et d'atténuer les variations de températureinterne.

• À l'inverse, une maison à "faible inertie" montera vite en température au moindre rayonde soleil sans possibilité de stocker la chaleur solaire. Les écarts de températureinternes seront importants. Les risques de surchauffe élevés.

• Une forte inertie est surtout utile en cas d'occupation permanente. Une faible inertiepeut être intéressante pour des locaux à usage intermittent.

• La prise en compte pour l'habitat d'une forte inertie thermique dans la conception offrede nombreux avantages tant au point de vue du confort de l'usager que de celui del'économie d'énergie et d'une logique de développement durable. Mais attention, il n'ya pas de systématisme à son utilisation !

2. Deux principes d’inertie thermique

Inertie et ordre de grandeur

Le CSTB propose une méthode simplifiée pour quantifier l’inertie d’un bâtiment :

Coefficient d’inertie thermique = Σtoutes les surfaces [(masse surfacique utile de chaque paroi intérieure) x (surface)]surface habitable

unité en kg / m2

Classe d’inertieMasse par m2 habitable (kg/m2) Classe d’inertie

< 100 très faible100 ≤ inertie < 150 faible150 ≤ inerte < 400 moyenne≥ 400 forte

Tab : Définitions des classes d’inertie thermique en fonction de la masse des paroispar m2 habitable

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2. Deux principes d’inertie thermique

Inertie et ordre de grandeurPour un logement individuel isolé de plein-pied et de 100m2 habitable

A- Inertie très faible (60kg/m2). Plancher bois sur isolant. Un plafond léger (plâtre sous isolant). Des murs isolés par l’intérieur (ou murs à ossature bois). Cloisons légères (carton + plaques de plâtres)

B - Inertie faible (138kg/m2). Idem que A avec des cloisons en carreaux de plâtre

C - Inertie moyenne (230kg/m2). Idem que A mais avec un plancher lourd (10cm de béton sur isolant)

D. Inertie forte (520kg/m2). Un plancher en béton. Murs lourds isolés par l’extérieur. Cloisons lourdes. Un plafond lourd (toiture terrasse)

Remarque :La présence d’un plancher lours, pour une maison de plein pied, conduit au moins à une inertie moyenne, ce qui prouve

qu’une maison à ossature bois peut facilement être confortable, même en été.

2. Deux principes d’inertie thermique

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Sources : Oliva Jean-Pierre (2001). L'isolation écologique, Mens : Éd. Terre vivante.

2. Deux principes d’inertie thermique

Sources : Oliva Jean-Pierre (2001). L'isolation écologique, Mens : Éd. Terre vivante.

2. Deux principes d’inertie thermique

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Sources : Oliva Jean-Pierre (2001). L'isolation écologique, Mens : Éd. Terre vivante.

2. Deux principes d’inertie thermique

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2. Deux principes d’inertie thermique

2. Deux principes d’inertie thermique

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Sources : Oliva Jean-Pierre (2001). L'isolation écologique, Mens : Éd. Terre vivante.

2. Deux principes d’inertie thermique

3. HQE (Haute qualité environnementale)

14 Cibles pour la construction

Infos : www.assohqe.orgLes référentielsSystème de management environnemental : http://www.assohqe.org/docs/sme.pdfDéfinition explicite de la qualité environnemental : http://www.assohqe.org/docs/deqe.pdf