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LES MATERIAUX ET L'INERTIE THERMIQUE

Jean-Louis IZARD

Julie LELONG

Laboratoire ABC, ENSA-Marseille

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LES MATERIAUX ET L'INERTIE THERMIQUE

Jean-Louis IZARD

Julie LELONG, étudiante en cycle maîtrise d'architecture

ENSA-Marseille

Introduction

Pour maîtriser l'inertie thermique d'un bâtiment en phase de projet, il est nécessaire de connaître les caractéristiques des matériaux qu'il faut choisir et mettre en oeuvre pour avoir une influence sur cette importante propriété du bâtiment.

81 matériaux ont été sélectionnés pour figurer dans les tableaux qui donnent ces

caractéristiques (conductivité thermique, chaleur spécifique, masse volumique, chaleur massique, diffusivité thermique et effusivité thermique, auxquelles sont jointes les dérivées de la diffusivité que sont la vitesse de transfert et la profondeur de peau thermique pour la période de 24 heures). Les matériaux sont d'abord présentés par famille (Bois et végétaux, Isolants et plastiques, Mortiers et plâtres, Pierres et béton s, Verres et métaux). Les tableaux donnent également l'origine des informations contenues. Ensuite, ces matériaux sont classés tout es catégories confondues en fonction de leurs valeurs de diffusivité et d'effusivi té thermiques remarquables (les 25 plus

élevées et les 25 plus faibles).

Les questions de la position de l'isolant dans une paroi bi-couche et celle de la

diffusivité et de l'effusivité des matériaux alvéolaires (parmi les quels on trouve le

monomur) sont traitées sous forme d'encart à la fin de l'article.

EnviroBAT-Méditerranée : Matériaux et inertie - Jean-Louis IZARD/Julie LELONG - Juillet 2006

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1 - Rappel des propriétés des matériaux contribuant à la définition de

l'inertie thermique Les propriétés des matériaux concernées sont : La conductivité thermique !, aptitude d'un matériau à conduire la chaleur par unité de largeur et par degré de différence de température.

Unité: W/m.°C.

Rappelons que la conductivité thermique ! est très liée à la masse volumique: les matériaux "légers" sont souvent des matériaux isolants alors que les matériaux "lourds" sont conducteurs. La chaleur spécifique ", capacité d'un matériau à sto cker la chaleur par unité de masse et par degré de différence de température

Unité: Wh/kg.°C.

La masse volumique C : Masse d'un matériau ramenée à l'unité de volume.

Unité : kg/m

3 Le produit "C représente donc la chaleur volumique.

Unité : Wh/m

3 .°C La diffusivité thermique a, exprime la capacité d'un matériau à transmettre (rapidement) une variation de température. a = (! /#"C)

Unité: m

2 /s ou m 2 /h L'effusivité thermique b, exprime la capacité d'un matériau à absorber (ou restituer) une puissance thermique. b = (!."C) 1/2

Unité: J.m

-2 .°C -1/2 . s -1/2 ou Wh 1/2 m -1/2 .°C -1/2

Ces propriétés sont à l'origine de réponses des parois que constituent les matériaux :

La Vitesse de transfert:

Le déphasage peut aussi être exprimé par la " vitesse de transfert » à travers le matériau: v = 72,5 / (1/a) 1/2 v = vitesse de transfert (cm/h) e = épaisseur de la paroi (m) a = diffusivité (m 2 /h)

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Logiquement, la vitesse de transfert de l'onde de chaleur à travers un matériau est proportionnelle à la diffusivité thermique de celui-ci.

La Profondeur de peau thermique:

La profondeur de peau thermique est la profondeur du matériau à laquelle l'amplitude de la variation de température est ramenée au 1/2,72ème de sa valeur initiale: $ = (2a/%!) 1/2 $ = (a.P/&) 1/2 $ = profondeur de peau thermique (m) a = diffusivité thermique (m 2 /h)

P = période de l'oscillation (h)

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2 - Tableaux des propriétés thermiques des matériaux

Les matériaux sont classés dans les tableaux suivants en 5 classes : '#Bois et végétaux '#Isolants et plastiques '#Mortiers et plâtres '#Pierres et bétons '#Verres et métaux

Viennent ensuite les tableaux classant les matériaux par leur diffusivité et leur effusivité,

toutes classes confondues, en ne retenant que les 25 premiers et les 25 derniers : '#Les 25 matériaux ayant la diffusivité thermique la plus faible (ordre croissant) '#Les 25 matériaux ayant la diffusivité thermique la plus élevée (ordre croissant) '#Les 25 matériaux ayant l'effusivité thermique la plus élevée (ordre décroissant) '#Les 25 matériaux ayant l'effusivité thermique la plus faible (ordre décroissant)

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BOIS ET VEGETAUX

NomComplémentOrigine

!C""Cabvt# Bois légerTilleul bouleau Aide-mémoire du thermicien 9° éd,

0,155000,31650,00094,82,20,083

pin mélèze1987 + doc "Stage chauffage au bois"

Bois lourdChêne hêtre frêneAide-mémoire du thermicien - 9° éd,0,26500,74360,000510,01,70,064

arbres fruitiers1987 + doc "Stage chauffage au bois"

Bois très légerPeuplier okoumé sapinAide-mémoire du thermicien 9° éd,0,13500,82660,00055,61,50,059

épicéa cèdre 1987 + doc "Stage chauffage au bois" Fibre de boisConception thermique de l'habitat0,28000,64640,00038,31,30,050

Ed EDISUD

Linoléum naturelL'isolation écologique0,17000,53710,00025,51,10,041

Ed Terres vivantes

Panneau deConception thermique de l'habitat0,28000,64640,00038,31,30,050 particule boisEd EDISUD

Les Unités :

! : conductivité thermique = W /m.°C

C : Masse volumique : kg/m3

"#(#chaleur spécifique = Wh/kg.°C# "C : Chaleur volumique = Wh/m3.°C a : diffusivité thermique = m 2 /s ou m 2 /h b : effusivité thermique = Wh 1/2 m -1/2 .°C -1/2

VT : vitesse de transfert = cm/h

$ : profondeur de peu thermique = m

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ISOLANTS ET PLASTIQUES

NomComplémentOrigine

!C""Cabvt# ChènevotteChaleur spécifique estiméeChanvrière de l'Aube

0,051100,54590,00081,72,10,079

Feutre bitumeuxConception thermique de l'habitat0,517000,284760,001115,42,30,090

Ed EDISUD

Fibre de celluloseChaleur spécifique estiméeDoc "CLIMACELL"0,04350,39140,00290,73,90,150 Isochanvre Chènevotte habitat0,135500,392150,00065,31,80,068

Construction

Laine de chanvreChanvrilaine en rouleaux LCDA matériaux0,04250,39100,00400,64,60,175

Chaleur spécifique estimée

Laine de moutonChaleur spécifique estiméeL'isolation écologique0,04200,3370,00610,55,60,215

Ed Terre vivante

Laine de rocheFibres minéralesRègles ThK et "Aide-mémoire0,04250,2670,00630,55,80,220 du thermicien" -9°ed- 1987 Laine de verreFibres minéralesConception thermique de l'habitat0,04120,2330,01490,38,80,337

Ed EDISUD

Ouate de celluloseChaleur spécifique estiméeDoc "HOMATHERM"0,05550,39210,00211,03,30,127 Panneau deChaleur spécifique estiméeDoc "HOMATHERM"0,041000,39390,00101,22,30,089 cellulose Panneau de liègeDoc "LIEGEXPAN"0,041200,39470,00091,42,10,081

Aide-Mémoire du thermicien

Polycarbonate Aide-Mémoire du thermicien0,2312000,354200,00059,81,70,065 PolystyrèneMatière plastique alvéolaire0,04180,3970,00570,55,50,209 PolystyrèneMatière plastique alvéolaireRègles ThK et0,04250,38100,00410,64,60,177 expanséConception Thermique de l'Habitat PolystyrèneMatière plastique alvéolaireRègles ThK et0,03350,33120,00250,63,60,138 extrudécatalogue Styrofoam PolyuréthaneMatière plastique alvéolaireRègles ThK et0,03350,2380,00370,54,40,169

Conception Thermique de l'Habitat

PVCConception Thermique de l'Habitat 0,1613790,283860,00047,91,50,056 Verre cellulaireRègles ThK et0,051300,23300,00171,23,00,113

Conception Thermique de l'Habitat

Les Unités :

! : conductivité thermique = W /m.°C

C : Masse volumique : kg/m3

"#(#chaleur spécifique = Wh/kg.°C# "C : Chaleur volumique = Wh/m3.°C a : diffusivité thermique = m 2 /s ou m 2 /h b : effusivité thermique = Wh 1/2 m -1/2 .°C -1/2

VT : vitesse de transfert = cm/h

$ : profondeur de peu thermique = m

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MORTIERS ET PLATRES

Nom

ComplémentOrigine

!C""Cabvt#

Mortier

Pôle Construction

1,1519500,234490,002622,73,70,140

Sable secPôle Construction0,418000,223960,001012,62,30,088

Enduit à la chauxChaleur spécifique estiméeL'isolation écologique0,714000,283920,001816,63,10,117

Ed "Terre Vivante"

Enduit extérieurAide-mémoire du thermicien1,1517000,284760,002423,43,60,136

9°ed- 1987

Enduit plâtreConception Thermique de l'Habitat0,3515000,284200,000812,12,10,080 MortierAide-mémoire du thermicien1,1520000,234600,002523,03,60,138

9°ed- 1987

Plâtre + cellulosefermacell, doc 0,312000,222640,00118,92,40,093 Plâtre + Aide-mémoire du thermicien0,310000,222200,00148,12,70,102 fibres minérales9°ed- 1987 Plâtre courantAide-mémoire du thermicien0,359000,32700,00139,72,60,100

9°ed- 1987

Plâtre gypseConception Thermique de l'Habitat0,4212000,232760,001510,82,80,108

Les Unités :

! : conductivité thermique = W /m.°C

C : Masse volumique : kg/m3

"#(#chaleur spécifique = Wh/kg.°C# "C : Chaleur volumique = Wh/m3.°Cquotesdbs_dbs33.pdfusesText_39

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