Rôle de l'inertie thermique Pourquoi la chaleur va vers le froid ?

Sommaire

L'utilisation de l'inertie thermique dans le bâtiment est une notion simple à définir (accumulation de chaleur dans un matériau et à sa capacité de la restituer avec un déphasage), mais d'une approche plus complexe, car relevant des techniques architecturales bioclimatiques.

L'indispensable isolation


Il faut améliorer l'efficacité énergétique pour diminuer la consommation d'énergie et réduire votre facture. Une isolation thermique appropriée ne doit pas laisser s'échapper la chaleur. Les murs, les combles, les planchers et les fenêtres doivent être isolés, on le sait, mais comment le froid pénètre-t-il dans un bâtiment ?

La chaleur va vers le froid

Pourquoi la chaleur va-t-elle vers le froid ? On pourrait penser qu'il s'agit de l'inverse : c'est-à-dire que le froid va vers la chaleur.

Une loi physique observable

L'isolation et l'inertie thermique sont soumis à des phénomènes physiques immuables.

• La chaleur d'un corps est l'agitation plus ou moins élevée des particules qui le composent, un corps qui vous paraît solide est en réalité constitué de particules à l'arrêt.
• Plus ses particules absorbent de l'énergie, plus elles se déplacent à des vitesses plus élevées, créent des chocs qui libèrent de la chaleur.
• Lorsque l'on est en présence de 2 corps, l'un froid, le mur extérieur, l'autre chaud, l'isolant intérieur.
• Le corps froid a une agitation faible donc ses molécules bougent peu.
  
  

À l'inverse, le corps chaud possède des particules en déplacement rapide qui s'entrechoquant. Les particules du corps chaud qui s'agitent percutent les particules peu actives du corps froid. En transmettant leur énergie, les particules du corps chaud perdent de la vitesse et celles du corps froid les récupèrent jusqu'à ce que les 2 corps atteignent la même température : il s'agit de l'état d'équilibre.

Plus la masse est grande et plus l'inertie est importante

Sur le principe, l'inertie thermique dans le bâtiment est une notion qui englobe à la fois à l'accumulation de chaleur dans un matériau de la structure, les murs par exemple, et à leur capacité de la restituer avec un déphasage (c'est-à-dire un décalage dans le temps). Ce dernier dépend des caractéristiques physiques et dimensionnelles du matériau, ce qui signifie que plus il y a de masse dense, plus l'inertie sera grande.

Isoler du froid et du chaud

Beaucoup de personnes se demandent si l'on s'isole de la même manière de la chaleur et du froid.

Isole-t-on de la même manière chaleur et froid ?

Dans les 2 cas, il s'agit d'économiser sur les dépenses énergétiques pour limiter les besoins de chauffage et de climatisation. Mais si la problématique semble proche, il faut savoir qu'une isolation d'hiver efficace ne garantit pas forcément un bon confort en été.

• L'équivalent de 20 cm de laine de verre pour le confort d'hiver est égal à 0.81 mètre de laine de verre pour empêcher le rayonnement solaire estival en raison de son écoulement à l'air que la Cour de cassation a révélé (voir tableau sur le déphasage).
• Avec ces valeurs, il est facile de comprendre pourquoi il fait très chaud aux étages des constructions « très bien isolées aux normes actuelles ».
• Précisons que 20 cm est une épaisseur très insuffisante si l'on veut une isolation correcte en toiture qui théoriquement devrait assurer un confort d'hiver en empêchant les calories de quitter le bâtiment.
  
  

Influence du soleil

Quelle est l'influence du rayonnement solaire sur le bâtiment ?

L'isolation doit être conçue en tenant compte à la fois du confort d'hiver et du confort d'été.

• Pour réduire encore les besoins de chauffage en hiver, on peut, par exemple, favoriser l'apport solaire à travers les parois vitrées.
• Au contraire en été, il faut limiter le rayonnement direct sur les parois vitrées qui doivent être protégées du soleil estival.
• Si l'on veut éviter l'usage de cet énorme polluant que représente la climatisation en été, il faut utiliser la ventilation, l'inertie thermique et des systèmes de protection solaires.
• Les solutions ne sont évidemment pas les mêmes dans une région méridionale que sous une latitude plus froide.
  
  

Un climat plus chaud exige une gestion efficace des circulations d'air, assurée par la ventilation, ainsi que des dispositifs de protection contre le rayonnement solaire direct, principal responsable de la chaleur en été.

• Cette protection peut être apportée par divers types de pare-soleil, casquettes et avancées de toit architecturales, mais également par des parois qui réfléchissent le rayonnement du soleil et des vitrages filtrants.
• Le fait de fermer les volets aux heures les plus chaudes évite le rayonnement facteur de surchauffe et d'inconfort.
  
  

Courbe d'inertie thermique

Le schéma ci-dessous démontre que dans les bâtiments parfaitement isolés, la sinusoïde est relativement plate, les grandes amplitudes sont le signe d'inconfort et de dépenses d'énergie. Schéma Picbleu ®

Légende courbe

Le déphasage thermique

L'accumulation de chaleur le jour et restitution.

En matière d'architecturale bioclimatique, le but recherché est d'accumuler de manière passive la chaleur le jour et de la restituer la nuit. Ce principe inertiel appelé déphasage est particulièrement pertinent dans les climats où il existe des différences significatives de températures diurnes et nocturnes.

Le mur Trombe (du nom de celui qui a contribué à le développer) est une technique connue depuis longtemps. Le principe très simple consiste à placer devant des vitrages orientés au sud un mur (par exemple en pierre, en céramique ou en argile cuite), qui va stocker durant le jour des calories et les restituer dans la maison durant la nuit.

L'albédo

Un mur ou toit blanc renvoient la lumière et donc se réchauffent moins. Les peuples méditerranéens ont compris depuis longtemps l'effet d'albédo.