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Thermique

Cette partie rassemble les informations en lien avec la thermique du bâtiment

Diffusivité thermique

(a) en m²/s = λ / ρC

 

La diffusivité thermique caractérise la vitesse à laquelle la chaleur se propage, par conduction, dans un corps. Elle exprime la capacité d'un matériau à transmettre (rapidement ou non) une variation de température.

Plus elle est faible, plus le front de chaleur mettra du temps à traverser l'épaisseur du matériau, et donc, plus le temps entre le moment où la chaleur est arrivée sur une face et le moment où elle atteindra l'autre face est important. La diffusivité est le rapport de la conductivité d'un corps à sa capacité thermique.

 

Comment comprendre les valeurs de la diffusivité thermique des matériaux ?

Au premier abord, on remarque que des matériaux aussi différents que le béton ou le polystyrène expansé ont pratiquement la même grandeur de diffusivité thermique (4 à 8.10-7 m²/s). Pourtant leur masse volumique est très différente, leur conductivité thermique également :

  • Béton ordinaire : 5,5 à 8.10-7
  • Mortier : 4.10-7
  • Béton céllulaire : 4.10-7
  • Brique pleine : 5 à 6.10-7
  • Plystyrène expansé : 4 à 8.10-7
  • Laine minérale : 2 à 20.10-7
  • Bois : 1,5 à 2,5.10-7
  • Fibre de bois : 1,3 à 1,9.10-7

 

Qu’est-ce que cela traduit physiquement ?

Soumis à la même énergie thermique, le béton conduit mieux la chaleur que le polystyrène. Une conductivité thermique en moyenne de 2 W/m.K pour le béton et de 0.04 W/m.K pour le polystyrène. Soit une capacité à conduire 50 fois plus de puissance thermique ! Mais comme sa capacité thermique est beaucoup plus élevée que celle du polystyrène sa température ne s’élève pas plus.

 

S’ils transmettent pratiquement de la même façon une variation de température, ils n’absorbent pas du tout la même puissance thermique. Le polystyrène conduit mal la chaleur et, sa capacité thermique étant faible, il absorbe peu de chaleur.

Avec l’effusivité, elle participe à l’inertie d’une paroi en permettant de gérer le temps de restitution de la chaleur à travers une paroi.

 

Déphasage et Vitesse d’onde : deux conséquences de la diffusivité

Lorsque le rayonnement solaire frappe la face extérieure d’une paroi, celle-ci élève sa température. Il faut un certain temps pour que l’onde de chaleur atteigne l’autre face de la paroi. Ce temps est lié à la capacité que le matériau a à transmettre un front de chaleur, il est dépendant de la relation de sa diffusivité thermique, de sa capacité thermique et de sa conductivité.

Une paroi extérieure transmet l’onde chaleur avec retard, appelé « déphasage ». Le déphasage, en heure, est lié à la diffusivité par la formule :

φ= 1,38 x e x 1/a1/2 a = diffusivité et e = épaisseur en m

1,38 est le résultat de la simplification de la formule en considérant la période T comme égale à 24 heures

Le déphasage est donc proportionnel à l’épaisseur, et inversement proportionnel à la diffusivité de la paroi. On peut donc affirmer qu’une paroi en bois à épaisseur équivalente d’un autre matériaux, transmettra une onde d’origine extérieure avec un plus grand retard que toute autre paroi puisque la diffusivité du bois est parmi la plus faible. Le déphasage caractérise donc la capacité d’un matériau à retarder les variations de température.

Un matériau (y compris un isolant) peu ou pas déphasant aura pour effet de transmettre la température maximale dans le bâtiment assez vite vers l’interieur du bâtiment, donc en pleine journée lorsque les températures extérieures sont encore élevées. Ainsi, le recours à la climatisation sera parfois nécessaire afin de conserver une certaine fraicheur durant la journée.

En revanche, un matériau à grand déphasage permettra de conserver naturellement une température acceptable en journée, et de n’atteindre les maxima de température qu’une fois la nuit venue, lorsqu’une simple aération du bâtiment permet de faire redescendre la température.

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