Thermique et matériaux

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1 Thermique et matériaux 1. Variété et performance des matériaux 3. Aperçu de la logique HQE Sources : Oliva Jean-Pierre (2001). L'isolation écologique, Mens : Éd. Terre vivante. 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 peu performant pour l isolation acoustique. 1

2 1. Variété et performance des matériaux Isolation Ce 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 le polystyrène expansé, est un moins bon isolant, car les bulles d air ne sont pas hermétiques. Les isolants légers : 1. Base minérale 2. Matières plastiques alvéolaires 3. 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 I5 S Stabilité dans les dimensions S1 à S5 O Comportement à l eau O1 à O3 L Traction L1 à L4 E Perméance à la vapeur d eau E1 à E4 Le classement des matériaux par rapport au feu (0 à 4, la performance diminue) M0 M1 M2 M3 M4 Incombustibles Non inflammable Difficilement inflammable Moyennement inflammable Facilement inflammable 2

3 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. 3

4 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 : Oliva Jean-Pierre (2001). L'isolation écologique, Mens : Éd. Terre vivante. 4

5 1. Variété et performance des matériaux Sources : Oliva Jean-Pierre (2001). L'isolation écologique, Mens : Éd. Terre vivante. COUASNET Yves (2005). Mémento - Propriétés et caractéristiques des matériaux de construction, Editons Le Moniteur : Paris, 2005, 248 p. Référence ENSAM : C MAT 40 5

6 L'inertie thermique (par absorption) est la propriété d'une masse de matériau à accumuler puis à restituer une quantité de chaleur C'est la capacité thermique d'un matériau qui détermine son inertie. Plus la capacité thermique est élevée, plus le matériau est capable de stocker et de restituer des quantités de chaleur. Une pierre, un mur (maçonnerie) ensoleillé reste chaud longtemps après le coucher du soleil et pour les mêmes raisons, une cave reste fraîche même en plein été. C'est la forte inertie thermique du mur qui permet ce phénomène. La capacité thermique dépend de trois paramètres propre à chaque matériau : La conductivité thermique La chaleur massique La masse volumique 6

7 La notion d inertie exprime une «résistance» propre à un changement d état ou de régime 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 (apports solaires pénétrant à l intérieur de l habitat, apports internes de chaleur, circulation d air frais ) Ces 2 types d actions induisent des comportements thermiques distincts et font intervenir des propriétés différentes des matériaux : il s agit des 2 principes de l inertiie Cas n 1 : Lorsque l inertie thermique de définit par rapport à des flux dissipés à l intérieur d un logement isolé (chauffage, climatisations, apports solaires, apports internes ), les éléments importants sont : La surface d échange, cad la surface des matériaux intérieurs en contact avec les flux thermiques; L effusivité thermique* qui est fonction de la conductivité thermique, de la masse volumique et de la chaleur massique L épaisseur, cad la profondeur de pénétration possible du flux thermique dans le matériau Ainsi, en cas d apports solaires importants le risque d inconfort par surchauffe est d autant plus important que l effusivité des matériaux de stockage et que la surface d échange avec les matériaux est faible. * Le flux qui traverse le mur est directement proportionnel à l'effusivité 7

8 Diffusivité : a = λ / ρc [en m 2 /S] Effusivité : b = ( ρ λ C) 1/2 [en J(/m 2. C.S) 1/2 ] Tableau in «L habitat écologique» de Friedrich Kur Cas n 2 : Lorsque l inertie thermique de définit par rapport à une onde thermique provenant de l extérieur à laquelle est soumise une paroi située en façade, on s applique à connaître 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) 8

9 Quelques remarques valables pour l'habitat en climat tempéré. La capacité thermique d'une paroi est surtout utile que si elle est placée du côté intérieur du bâtiment et isolée des conditions climatiques extérieures. Construire en "forte inertie", c'est donc utiliser des matériaux lourds à l'intérieur de l'habitat afin de stocker la chaleur solaire et d'atténuer les variations de température interne. À l'inverse, une maison à "faible inertie" montera vite en température au moindre rayon de soleil sans possibilité de stocker la chaleur solaire. Les écarts de température internes seront importants. Les risques de surchauffe élevés. Une forte inertie est surtout utile en cas d'occupation permanente. Une faible inertie peut être intéressante pour des locaux à usage intermittent. La prise en compte pour l'habitat d'une forte inertie thermique dans la conception offre de nombreux avantages tant au point de vue du confort de l'usager que de celui de l'économie d'énergie et d'une logique de développement durable. Mais attention, il n'y a pas de systématisme à son utilisation! Inertie et ordre de grandeur Le CSTB propose une méthode simplifiée pour quantifier l inertie d un bâtiment : Coefficient d inertie thermique = Σ toutes les surfaces [(masse surfacique utile de chaque paroi intérieure) x (surface)] unité en kg / m 2 surface habitable Classe d inertie Masse par m 2 habitable (kg/m 2 ) Classe d inertie < 100 très faible 100 inertie < 150 faible 150 inerte < 400 moyenne 400 forte Tab : Définitions des classes d inertie thermique en fonction de la masse des parois par m2 habitable 9

10 Inertie et ordre de grandeur Pour 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. 10

11 Sources : Oliva Jean-Pierre (2001). L'isolation écologique, Mens : Éd. Terre vivante. Sources : Oliva Jean-Pierre (2001). L'isolation écologique, Mens : Éd. Terre vivante. 11

12 Sources : Oliva Jean-Pierre (2001). L'isolation écologique, Mens : Éd. Terre vivante. 12

13 13

14 Sources : Oliva Jean-Pierre (2001). L'isolation écologique, Mens : Éd. Terre vivante. 3. HQE (Haute qualité environnementale) 14 Cibles pour la construction Infos : Les référentiels Système de management environnemental : Définition explicite de la qualité environnemental : 14

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