Une maison est un assemblage composé de différents matériaux en jonction avec un environnement plus ou moins frais ou chaud en suivant les variations de la saison, de l’heure ou des circonstances météorologiques. Les transferts de température et les échanges de gaz se produisent en continuité et font partie du principe calorique. Si l’environnement des maisons était permanent et tempéré, la chaleur interne pourrait être égale à la chaleur externe. Comme ce n’est pas le cas pour le bien-être des individus. Il est indispensable de réguler les échanges caloriques, en tentant de réinstaller des circonstances idéales d’habitabilité. Pour ce faire, il est obligatoire de dépenser de la matière énergétique ou de maîtriser le flux, spécialement avec l’aide de la technique d’isolation. En plus de la technique d’isolation, d’autres éléments sont à prendre en considération dans un projet d’architecture. Nous allons les étudier d’un point de vue plus général. Celui du calorique de l’habitat permet de mieux appréhender les mécanismes et les obligations applicables pour arriver à un objectif d’efficience énergétique.

principe calorique

Les capacités caloriques des matériaux

Avant de traiter la technique d’isolation, des articles et des dispositifs de mise en œuvre, il est essentiel de s’attarder sur quelques idées physiques à propos de Ia capacité calorique.

Dans un gros-œuvre comme dans tout élément solide, la température se répand de 3 façons diverses : par conductibilité, par convection ou par émission. Cela a des incidences évidentes sur la façon dont il faut créer un gros-œuvre et comment choisir les matériaux.

La conductibilité :

C’est la propagation de la température à travers un ou beaucoup de composants en jonction directe. Le sens du flux calorique va invariablement du composant le plus chaud vers le composant le plus frais. La quantité de température qui se répand dans un objet, dans un temps défini, est en proportion avec la conductivité calorique du matériau et avec la disparité de chaleur entre les 2 faces. S’il n’y a pas de disparité de chaleur, il n’y a pas de flux. En hiver, si on prend l’exemple dans un mur, le flux de température va entrer dans la cloison à partir de la face interne, traverser les diverses épaisseurs de matériaux, à diverses vitesses d’après leur nature, et se propager en face externe. Moins les matériaux sont conducteurs, plus la propagation est lente. C’est l’effet espéré en hiver.

La convection est le transfert de Ia température d’un objet solide vers un élément de gaz et inversement. La quantité de température transmise est tributaire de Ia disparité de chaleur entre les composants, de la vitesse de l’air et de l’espace de jonction. Si on prend l’exemple une cloison exposée à un vent frais et puissant se refroidira très vite.

L’émission est le transfert de température à travers un gaz où le vide par émission infrarouge.

Dans un gros-œuvre, les modes de contact se combinent. La diffusion de la température de l’air ambiant à une cloison s’exécute un peu par émission et un peu par convection. A la face interne de la cloison, la température progresse par conductibilité.

Chaque matériau a une conductivité calorique intrinsèque. Pour classifier les matériaux d’après cette propriété, on utilise le paramètre lambda. Il se notifie en watts par mètre kelvin (W/m.K ou quelques fois en W/m.°C) et signifie la quantité de température traversant un m2 de matériau d’une cote d’épaisseur d’un mètre, soit un m3, avec une disparité de chaleur d’un degré entre les 2 faces, dans un temps défini. C’est une propriété permanente et intrinsèque à chaque matériau. En notant le score obtenu pour un m3 de chacun des matériaux du gros-œuvre, on est certain d’avoir une base de comparaison juste et autorisant un classement équitable. C’est le rôle du paramètre lambda. Plus la grandeur de ce paramètre est minime plus le matériau est capable d’isoler. Un matériau est jugé isolant si son paramètre est en-dessous de 0,06 W/m.K.

II est important de remarquer que la conductivité de l’air est de 0 02 W/m.K. Et que celle de l’eau est de 0,56 W/m.K. De ce fait, un même matériau apportera des grandeurs complètement diverses quand il est sec ou mouillé. C’est pour cela, qu’avant d’isoler un mur mouillé, il est indispensable de le sécher ou d’arrêter la source d’humidité. De même, un élément isolant hydrophile en jonction avec une fuite ou une infiltration perdra la presque totalité de sa capacité de revêtements isolants. Pour les calculs caloriques : sont retenues les grandeurs utiles de conductivité calorique qui tiennent compte de l’influence de l’humidité. Cette grandeur apparaît sur les étiquettes des produits ayant une capacité isolante et doit avoir une certification.

Pour tous les produits isolants, ce paramètre doit être indiqué par son manufacturier et le sera dans la suite de ces pages pour chaque isolant présenté. Rappelez-vous que, plus le paramètre lambda d’un matériau est petit, plus grand est son pouvoir d’isolation.

Grâce à ce paramètre, on peut calculer d’autres propriétés, comme la résistivité calorique d’une cloison homogène de cote d’épaisseur donnée.

La résistivité calorique :

La résistivité calorique d’un matériau est sa capacité à ralentir le flux de température qui le traverse. Pour les matériaux homogènes, la résistivité calorique est égale au rapport de la cote d’épaisseur du matériau en mètres, par sa conductivité calorique. L’intérêt est que la grandeur obtenue est tributaire de la cote d’épaisseur du matériau, ainsi que le paramètre est invariablement exprimé pour une cote d’épaisseur fixe d’un mètre. La résistivité R se notifie en m2.K/W. Plus la résistivité calorique d’un matériau est grande, plus le flux de température est diminué. La grandeur R doit apparaître sur l’étiquette de l’article et être certifiée.

Si on prend l’exemple, la mousse de polystyrène expansé a un R de 0,032 W/m.K. Un pavé de mousse de polystyrène de 16 centimètres de cote d’épaisseur a donc un pouvoir d’isolation ou une résistivité calorique de R = 0,16 m/ 0,032 = 5 m2.K/W.

La grandeur R est utile pour savoir la cote d’épaisseur de l’élément isolant souhaitée ou pour savoir la cote d’épaisseur obligatoire pour avoir une même protection isolante avec différents matériaux. Si on prend l’exemple, pour avoir une grandeur R = 5 avec du granit, dont le paramètre thermique est de 3,5 W/m.K, il faudrait :

  • e = lambda X R
  • e = 3,5 x 5 = 17,5

La grandeur e étant exprimée en m, il faut, de ce fait, 17,5 m de granit pour avoir une protection isolante équivalente à 16 centimètres de mousse de polystyrène !

La résistivité exprimée par R n’autorise néanmoins pas de savoir la résistivité d’une cloison. Car, nous avons vu que les échanges caloriques ne sont pas les mêmes en dimension qu’au millieu d’un matériau. C’est pour cela que, pour déterminer la résistivité réelle d’une cloison, il faut aussi ne pas oublier sa résistivité calorique superficielle. Celle-ci est due à la barrière rencontrée par le flux calorique pour passer de la convection (air) à la conductibilité (cloison opaque). La résistivité opposée au passage du flux calorique de l’air ambiant interne à la cloison est notée R (résistivité superficielle interne). Cette résistivité de la cloison vers l’air externe est notée R (résistivité superficielle externe). La résistivité superficielle se notifie, comme R, en m2.K/W et varie en suivant les variations du sens du flux calorique (ascendant, horizontal  ou descendant).

Grâce à toutes ces grandeurs, il est envisageable de calculer la résistivité calorique complète d’une cloison composée de beaucoup de matériaux, comme c’est souvent le cas dans un gros-œuvre. II suffit d’additionner les résistivités de chacun des matériaux composant la cloison et les résistivités caloriques superficielles. Si on prend l’exemple, la résistivité complète d’un mur en béton de 14 centimètres de cote d’épaisseur avec un élément isolant en laine non-organique de 10 centimètres, plus panneau de plâtre. Parfois, une cloison comporte des lames d’air non ventilées naturellement.

Celles-ci ont une influence évidente sur la résistivité complète. Dans ce cas, il est normal et même obligatoire de ne pas les oublier dans le calcul de la résistivité complète. Dans les tableaux spécifiques, sont indiquées les grandeurs de R des lames d’air, en suivant les variations du sens du flux calorique, qui peut être horizontal, ascendant ou descendant et d’après la cote d’épaisseur de la lame d’air. Celle-ci doit normalement être hermétique. Tout mouvement ou courant d’air modifierait énormément les grandeurs trouvées dans le tableau et au final, fausserait le résultat. Si on prend l’exemple, dans une cloison en hauteur, une lame d’air immobile de 7 centimètres affiche une résistivité calorique, ce qui est un complément important pour la capacité globale de la cloison.

Le paramètre lambda

Il indique la quantité de « température » traversant un m3 de matériau homogène, ce qui autorise de classifier, si on prend l’exemple, les matériaux entre eux. Grâce à ce paramètre, il est aussi envisageable de calculer la résistivité R complète d’une cloison en suivant les variations de sa cote d’épaisseur, ou inversement de déterminer la cote d’épaisseur de la cloison désirée en suivant les variations de Ia résistivité à obtenir. II serait important de savoir le paramètre lambda des cloisons pour pouvoir exécuter un classement, spécialement, d’après les systèmes réalisables.

Un tel classement permettrait d’avoir des données chiffrées pour faire son choix, si on prend l’exemple, entre des architectures en parpaings, en béton, en briquettes ou briques ou en béton cellulaire. Néanmoins, toutes les cloisons ne sont pas homogènes et ne font pas un mètre de cote d’épaisseur, c’est même très rare. Or, nous savons que le paramètre lambda qui autorise de classifier les matériaux entre eux, exige de telles données pour être calculé. Le lambda ne peut pas être calculer pour un mur, parce qu’en pratique, celui-ci est invariablement constitué de différents matériaux de diverses cotes d’épaisseur.

C’est pour cela que l’on a recours à un 3ème critère pour définir les capacités caloriques dans le gros-œuvre. C’est un paramètre qui autorise d’évaluer la quantité de température traversant une cloison hétérogène, à la manière du paramètre lambda, mais sans ses difficultés. II s’agit du paramètre de diffusion surfacique U. II se notifie en W/m2.K et représente la quantité de température traversant un carré de cloison pour une disparité de chaleur d’un degré entre les faces. U est un paramètre égal au rapport de 1 sur la résistivité complète de Ia cloison. Plus U est minime, moins il y a de pertes. U est une grandeur employée internationalement (elle était appelée K dans un certain nombre de calculs caloriques). Si on prend l’exemple, pour un mur en béton de 14 centimètres de cote d’épaisseur, la résistivité R complète est de 4 W/m2.K.

Si on considère une disparité de chaleur de 10 °C entre les 2 faces d’un mur en béton d’une dimension de 50 m2, les déperditions seront de 2000 W. En ne prenant pas en compte les résistivités superficielles, la grandeur U d’une hypothétique cloison homogène d’un mètre de cote d’épaisseur correspondrait à la grandeur du paramètre lambda du matériau de cette cloison. Le paramètre U est employé aussi pour caractériser les capacités des cloisons vitrées. Dans ce cas. Il sera noté Uw (pour window). Enfin, il est utile de retenir que le paramètre lambda est une grandeur qui caractérise des constituants homogènes. On l’utilise spécialement pour indiquer les capacités des éléments isolants. Plus il est petit, excellent est le pouvoir d’isolation. Si on prend l’exemple, la laine de verre apporte un lambda de 0,035 W/m.K approximativement.

La résistivité R indique la capacité à freiner la température d’un assemblage de matériaux différents, comme dans le cas d’une cloison, en additionnant la résistivité de chaque épaisseur de matériau. Plus R est grand, excellente est la protection isolante. Si on prend l’exemple, un mur composé d’un produit à enduire externe de 1,5 centimètres de cote d’épaisseur, de parpaings creux de 20 centimètres, d’un élément isolant de 8 centimètres de laine de verre plus 1 centimètre de panneau de plâtre, affiche une résistivité complète de 2,95 m2.K/W.

Le paramètre U est une grandeur qui peut s’appliquer à des matériaux hétérogènes, parce qu’il est calculé à partir de R. Il autorise de classifier non plus les matériaux seuls, mais un assemblage de matériaux, comme une cloison. Plus il est petit, excellente est la protection isolante. Si on prend l’exemple, le même mur en parpaings plus performant en isolation de 8 centimètres de laine de verre, plus 1 centimètre de panneau de plâtre, apporte un paramètre U de 0,34 W/m2.K.