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Évaluation du Flux Thermique à Travers les Murs

Exercice : Flux Thermique à Travers un Mur Composé

Évaluation du Flux Thermique à Travers un Mur Composé

Contexte : La performance thermique de l'enveloppe du bâtiment.

L'un des enjeux majeurs de la construction moderne est de limiter les déperditions énergétiques pour réduire les besoins en chauffage et en climatisation. Le flux thermiqueQuantité de chaleur transférée à travers une surface par unité de temps. Il s'exprime en Watts (W). à travers les parois (murs, toitures, planchers) est un indicateur clé de la performance d'un bâtiment. Cet exercice vous guidera dans le calcul de ce flux pour un mur extérieur typique, composé de plusieurs couches de matériaux.

Remarque Pédagogique : Cet exercice vous apprendra à décomposer une paroi complexe en ses éléments, à calculer la résistance thermique de chaque couche, et à utiliser le coefficient ULe coefficient de transmission thermique surfacique (U) mesure la quantité de chaleur qui traverse 1m² de paroi pour une différence de température de 1 Kelvin (ou 1°C). Plus U est faible, plus la paroi est isolante. pour évaluer les déperditions thermiques, une compétence fondamentale pour tout technicien ou ingénieur du bâtiment.

Objectifs Pédagogiques

  • Comprendre et appliquer la notion de résistance thermique pour un matériau.
  • Calculer la résistance thermique totale d'une paroi multi-couches.
  • Déterminer le coefficient de transmission surfacique U (U-value).
  • Évaluer le flux thermique total traversant une paroi.

Données de l'étude

On étudie un pan de mur extérieur d'une habitation. Ce mur sépare l'environnement intérieur, chauffé, de l'environnement extérieur. Il est constitué de trois couches principales : un mur porteur en béton, une couche d'isolant et un parement en brique.

Caractéristiques géométriques et conditions
Caractéristique Valeur
Hauteur du mur 3,0 m
Largeur du mur 5,0 m
Température intérieure \(T_{\text{int}}\) 20 °C
Température extérieure \(T_{\text{ext}}\) -5 °C
Composition du mur (de l'intérieur vers l'extérieur)
Tᵢ = 20°C Tₑ = -5°C Flux de chaleur (Φ) Béton Isolant (PSE) Brique e = 20 cm e = 10 cm e = 10 cm
Composant Épaisseur (e) Conductivité thermique (λ) Résistance superficielle (R)
Surface intérieure - - Rsi = 0.13 m²·K/W
Béton 20 cm 1.75 W/(m·K) -
Isolant (Polystyrène) 10 cm 0.04 W/(m·K) -
Brique pleine 10 cm 0.80 W/(m·K) -
Surface extérieure - - Rse = 0.04 m²·K/W

Questions à traiter

  1. Calculer la résistance thermique de chaque couche matérielle du mur (béton, isolant, brique).
  2. Déterminer la résistance thermique totale \(R_{\text{tot}}\) de la paroi, en incluant les résistances superficielles.
  3. Calculer le coefficient de transmission thermique surfacique (U) de la paroi.
  4. Calculer le flux thermique total (Φ) traversant le mur dans les conditions données.

Les bases de la thermique du bâtiment

Pour résoudre cet exercice, il est essentiel de maîtriser trois concepts clés qui décrivent comment la chaleur se propage à travers les matériaux.

1. La Résistance Thermique (R)
La résistance thermique d'un matériau représente sa capacité à s'opposer au passage de la chaleur. Plus R est grande, plus le matériau est isolant. Pour une couche de matériau homogène, elle se calcule avec la formule : \[ R = \frac{e}{\lambda} \] Où \(e\) est l'épaisseur du matériau (en \(\text{m}\)) et \(\lambda\) (lambda) sa conductivité thermique (en \(\text{W/(m·K)}\)). L'unité de R est le \(\text{m²·K/W}\).

2. Le Coefficient de Transmission Surfacique (U)
Le coefficient U, ou U-value, est l'inverse de la résistance thermique totale d'une paroi (\(R_{\text{tot}}\)). Il quantifie la déperdition de chaleur par mètre carré pour une différence de 1°C (ou 1 K) entre l'intérieur et l'extérieur. Plus U est faible, meilleure est l'isolation. \[ U = \frac{1}{R_{\text{tot}}} \] Son unité est le \(\text{W/(m²·K)}\).

3. Le Flux Thermique (Φ)
Le flux thermique est la quantité totale de chaleur qui traverse la paroi par unité de temps. Il dépend du coefficient U, de la surface de la paroi (A) et de la différence de température (ΔT) entre l'intérieur et l'extérieur. C'est la loi de Fourier : \[ \Phi = U \times A \times \Delta T \] Son unité est le Watt (\(\text{W}\)).

Correction : Évaluation du Flux Thermique à Travers un Mur Composé

Question 1 : Calculer la résistance thermique de chaque couche

Principe (le concept physique)

Chaque matériau composant le mur oppose une certaine résistance au passage de la chaleur. Cette résistance dépend de deux facteurs : son épaisseur (plus c'est épais, plus ça résiste) et sa nature intrinsèque, définie par sa conductivité thermique \(\lambda\) (plus \(\lambda\) est faible, plus le matériau est isolant).

Mini-Cours (approfondissement théorique)

La conductivité thermique (\(\lambda\)) est une propriété physique qui mesure la capacité d'un matériau à transférer la chaleur par conduction. Les métaux ont un \(\lambda\) élevé (ils conduisent bien la chaleur), tandis que les isolants comme le polystyrène ou la laine de verre ont un \(\lambda\) très faible.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Pour analyser une paroi complexe, la meilleure approche est de la "découper" en tranches simples. Calculez la résistance de chaque "tranche" (chaque couche) individuellement avant de les assembler. C'est la base de l'analyse des systèmes thermiques en série.

Normes (la référence réglementaire)

Les valeurs de conductivité thermique (\(\lambda\)) des matériaux de construction sont standardisées. Elles sont souvent certifiées et peuvent être trouvées dans des normes internationales comme la NF EN ISO 10456, qui fournit des méthodes de détermination des valeurs thermiques déclarées et utiles.

Formule(s) (l'outil mathématique)

Formule de la Résistance Thermique

\[ R_{\text{couche}} = \frac{e}{\lambda} \]
Hypothèses (le cadre du calcul)

Pour ce calcul, nous considérons que le transfert de chaleur est unidimensionnel (perpendiculaire à la surface du mur) et que les matériaux sont homogènes et isotropes (leurs propriétés sont les mêmes en tout point et dans toutes les directions).

Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
MatériauÉpaisseur (e)Conductivité (λ)
Béton20 cm1.75 W/(m·K)
Isolant (PSE)10 cm0.04 W/(m·K)
Brique10 cm0.80 W/(m·K)
Astuces (Pour aller plus vite)

L'erreur la plus commune est l'unité de l'épaisseur. Prenez l'habitude de toujours convertir les centimètres en mètres avant de commencer tout calcul. 20 cm = 0.20 m.

Schéma (Avant les calculs)
Modélisation des couches pour le calcul de R
Bétone=0.2m, λ=1.75Isolante=0.1m, λ=0.04Briquee=0.1m, λ=0.80
Calcul(s) (l'application numérique)

Calcul de la résistance thermique du béton

\[ R_{\text{béton}} = \frac{0.20 \, \text{m}}{1.75 \, \text{W/(m·K)}} \approx 0.114 \, \text{m²·K/W} \]

Calcul de la résistance thermique de l'isolant

\[ R_{\text{isolant}} = \frac{0.10 \, \text{m}}{0.04 \, \text{W/(m·K)}} = 2.500 \, \text{m²·K/W} \]

Calcul de la résistance thermique de la brique

\[ R_{\text{brique}} = \frac{0.10 \, \text{m}}{0.80 \, \text{W/(m·K)}} = 0.125 \, \text{m²·K/W} \]
Schéma (Après les calculs)
Comparaison des Résistances Thermiques (R)
0R (m²·K/W)0.114Béton2.500Isolant0.125Brique
Réflexions (l'interprétation du résultat)

Le diagramme confirme visuellement que la résistance thermique de l'isolant est très largement supérieure à celle du béton et de la brique. L'isolant est le composant qui freine le plus le passage de la chaleur.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

L'erreur classique est la conversion des unités. Si vous aviez utilisé 20 cm au lieu de 0.2 m, votre résultat pour le béton aurait été 100 fois plus petit ! Vérifiez toujours la cohérence de vos unités (mètres avec W/(m·K)).

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

Pour une couche de matériau, la résistance thermique R est proportionnelle à l'épaisseur (e) et inversement proportionnelle à la conductivité (\(\lambda\)). Pour bien isoler, il faut un matériau épais avec un petit \(\lambda\).

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Le polystyrène expansé (PSE), utilisé ici comme isolant, est composé à 98% d'air. C'est l'air emprisonné dans de petites billes qui lui confère son excellent pouvoir isolant, car l'air immobile est l'un des meilleurs isolants thermiques naturels.

FAQ (pour lever les doutes)
Pourquoi la brique est-elle moins isolante que le polystyrène ?

La brique est un matériau dense et solide, ce qui permet à la chaleur de se propager plus facilement par vibration entre les atomes (conduction). Le polystyrène, en piégeant de l'air, limite fortement ce transfert de chaleur, d'où sa conductivité (\(\lambda\)) beaucoup plus faible.

Résultat Final (la conclusion chiffrée)
Les résistances thermiques des couches sont : \(R_{\text{béton}} \approx 0.114 \, \text{m²·K/W}\), \(R_{\text{isolant}} = 2.500 \, \text{m²·K/W}\), et \(R_{\text{brique}} = 0.125 \, \text{m²·K/W}\).
A vous de jouer (pour verifier la comprehension)

Quelle serait la résistance thermique du béton si son épaisseur était de 30 cm ?

Question 2 : Déterminer la résistance thermique totale (\(R_{\text{tot}}\))

Principe (le concept physique)

Pour un mur composé de plusieurs couches en série, les résistances thermiques s'additionnent, comme des résistances électriques en série. La résistance totale inclut non seulement chaque matériau, mais aussi les résistances d'échange en surface (convection et rayonnement), appelées résistances superficielles (\(R_{\text{si}}\) et \(R_{\text{se}}\)).

Mini-Cours (approfondissement théorique)

Les résistances superficielles modélisent la difficulté pour la chaleur de passer de l'air ambiant à la surface du mur (et vice-versa). Cet échange se fait par convection (mouvement de l'air) et par rayonnement. La résistance est plus faible à l'extérieur (\(R_{\text{se}}\)) car le vent augmente les échanges par convection.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Imaginez que chaque couche est un obstacle pour la chaleur. Pour connaître la difficulté totale du parcours, il suffit d'additionner la difficulté de chaque obstacle. N'oubliez pas les "obstacles" du départ et de l'arrivée : les surfaces !

Normes (la référence réglementaire)

Les valeurs des résistances superficielles \(R_{\text{si}}\) et \(R_{\text{se}}\) sont forfaitaires et définies par des normes, comme la norme NF EN ISO 6946. Elles dépendent de la direction du flux (horizontal pour un mur, ascendant pour un toit) et des conditions de ventilation.

Formule(s) (l'outil mathématique)

Formule de la Résistance Thermique Totale

\[ R_{\text{tot}} = R_{\text{si}} + \sum R_{\text{couches}} + R_{\text{se}} \]
Hypothèses (le cadre du calcul)

On suppose que les couches sont en contact parfait, sans lame d'air intermédiaire qui ajouterait une résistance thermique supplémentaire.

Donnée(s) (les chiffres d'entrée)

Nous reprenons les résultats de la question 1 et ajoutons les résistances superficielles de l'énoncé.

ComposantSymboleValeur (m²·K/W)
Résistance superficielle intérieureRsi0.130
Résistance du bétonRbéton0.114
Résistance de l'isolantRisolant2.500
Résistance de la briqueRbrique0.125
Résistance superficielle extérieureRse0.040
Astuces (Pour aller plus vite)

Pour éviter d'oublier un terme, listez toujours verticalement toutes les composantes de la paroi, de l'intérieur vers l'extérieur (Rsi, couche 1, couche 2, ..., Rse), avant de faire la somme.

Schéma (Avant les calculs)
Analogie Électrique des Résistances en Série
TᵢRₛᵢR₌éₜₒₙRᵢₛₒₗₐₙₜRₑᵣᵢᵩᵤₑRₛₑTₑ
Calcul(s) (l'application numérique)

Calcul de la résistance thermique totale

\[ \begin{aligned} R_{\text{tot}} &= R_{\text{si}} + R_{\text{béton}} + R_{\text{isolant}} + R_{\text{brique}} + R_{\text{se}} \\ &= 0.130 + 0.114 + 2.500 + 0.125 + 0.040 \\ &= 2.909 \, \text{m²·K/W} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Contribution de chaque couche à la Résistance Totale
Pie Chart of Thermal Resistance■ Rsi: 4.5%■ Béton: 3.9%■ Isolant: 86.0%■ Brique: 4.3%■ Rse: 1.4%
Réflexions (l'interprétation du résultat)

L'isolant seul (R=2.500) représente 86% de la résistance thermique totale (2.909). Cela quantifie son importance cruciale : sans cet isolant, la résistance du mur chuterait à seulement 0.409 m²·K/W, soit 7 fois moins !

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

Une erreur fréquente est d'oublier d'inclure les résistances superficielles \(R_{\text{si}}\) et \(R_{\text{se}}\). Elles sont indispensables car elles modélisent l'échange de chaleur entre la surface du mur et l'air ambiant. Leur omission conduit à une sous-estimation de la résistance totale.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

La résistance thermique totale d'une paroi plane multi-couches est la somme des résistances de chaque couche, y compris les résistances superficielles intérieure et extérieure.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

La résistance superficielle intérieure (\(R_{\text{si}}\)=0.13) est plus élevée que l'extérieure (\(R_{\text{se}}\)=0.04) car on suppose que l'air est plus calme à l'intérieur. À l'extérieur, le vent "force" la convection et facilite l'échange de chaleur, diminuant ainsi la résistance.

FAQ (pour lever les doutes)
Que se passe-t-il si une des couches est une lame d'air ?

Une lame d'air (non ventilée) possède sa propre résistance thermique, qui dépend de son épaisseur et de sa position (horizontale ou verticale). Cette résistance doit être ajoutée dans la somme de \(R_{\text{tot}}\) comme n'importe quelle autre couche.

Résultat Final (la conclusion chiffrée)
La résistance thermique totale de la paroi est \(R_{\text{tot}} \approx 2.91 \, \text{m²·K/W}\).
A vous de jouer (pour verifier la comprehension)

Quelle serait la \(R_{\text{tot}}\) si on retirait la couche de brique extérieure (tout en gardant \(R_{\text{se}}\)) ?

Question 3 : Calculer le coefficient de transmission thermique (U)

Principe (le concept physique)

Le coefficient U est l'inverse de la résistance thermique totale. Il représente la facilité avec laquelle la chaleur traverse la paroi. C'est la valeur la plus couramment utilisée dans les réglementations thermiques pour caractériser la performance d'une paroi.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

Alors que R mesure une "résistance", U mesure une "transmittance" ou "conductance". Un U élevé signifie que beaucoup de chaleur passe (mauvaise isolation), tandis qu'un U faible signifie que peu de chaleur passe (bonne isolation). C'est pourquoi les réglementations fixent des valeurs U maximales à ne pas dépasser.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Pensez à U et R comme les deux faces d'une même pièce. Si vous connaissez l'un, vous connaissez l'autre. Les ingénieurs calculent avec les R (car elles s'additionnent simplement), mais communiquent les résultats avec les U (car ils sont plus parlants en termes de performance).

Normes (la référence réglementaire)

En France, la réglementation environnementale RE 2020 impose des exigences sur les performances de l'enveloppe des bâtiments neufs. Elle ne fixe pas de valeur U maximale par paroi, mais un besoin bioclimatique global (Bbio) qui incite fortement à utiliser des parois avec des coefficients U très faibles.

Formule(s) (l'outil mathématique)

Formule du Coefficient U

\[ U = \frac{1}{R_{\text{tot}}} \]
Hypothèses (le cadre du calcul)

Le calcul de U est directement dépendant de la valeur de \(R_{\text{tot}}\) calculée précédemment, et hérite donc de toutes les hypothèses faites pour ce calcul.

Donnée(s) (les chiffres d'entrée)

On utilise la valeur de \(R_{\text{tot}}\) calculée à la question 2.

ParamètreSymboleValeur
Résistance Thermique Totale\(R_{\text{tot}}\)2.909 m²·K/W
Astuces (Pour aller plus vite)

Pour une estimation rapide, si R est environ 3, U sera environ 1/3 = 0.33. Si R est 4, U sera 0.25. Si R est 5, U sera 0.20. Cela permet de vérifier rapidement l'ordre de grandeur de votre résultat.

Schéma (Avant les calculs)
Relation entre Rtot et U
R_totUU = 1/R_tot
Calcul(s) (l'application numérique)

Calcul du coefficient U

\[ \begin{aligned} U &= \frac{1}{R_{\text{tot}}} \\ &= \frac{1}{2.909 \, \text{m²·K/W}} \\ &\approx 0.344 \, \text{W/(m²·K)} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Positionnement de la Performance du Mur
Bonne Perf.Mauvaise Perf.Échelle du Coefficient U (W/m²·K)U = 0.344
Réflexions (l'interprétation du résultat)

Une valeur de U de 0.344 W/(m²·K) est considérée comme une performance correcte pour un mur en rénovation, mais les normes pour le neuf visent des valeurs encore plus basses (souvent inférieures à 0.25 W/(m²·K)). Cela montre l'importance d'une isolation performante.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

Attention à ne pas inverser les unités ! L'unité de R est m²·K/W, tandis que celle de U est W/(m²·K). Une inversion dans un rapport ou un calcul peut avoir des conséquences importantes.

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

Le coefficient U est l'inverse de la résistance thermique totale. Un objectif de bonne isolation se traduit par un coefficient U le plus faible possible.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Le terme "U-value" est principalement utilisé en Europe. En Amérique du Nord, les professionnels parlent plus couramment du "R-value" (la résistance totale) pour caractériser une paroi. Un mur "R-20" américain correspond à une résistance de 20 h·ft²·°F/BTU, ce qui équivaut à un \(R_{\text{tot}}\) d'environ 3.5 m²·K/W.

FAQ (pour lever les doutes)
Pourquoi utiliser U si on a déjà R ?

Le coefficient U est plus direct pour calculer les déperditions. La formule du flux (\(\Phi = U \times A \times \Delta T\)) est plus intuitive que \(\Phi = (1/R) \times A \times \Delta T\). U représente directement la "fuite" de chaleur par m², ce qui est facile à comprendre.

Résultat Final (la conclusion chiffrée)
Le coefficient de transmission thermique surfacique est \(U \approx 0.34 \, \text{W/(m²·K)}\).
A vous de jouer (pour verifier la comprehension)

Pour atteindre un U = 0.20 W/(m²·K) (standard de maison passive), quelle devrait être la résistance totale \(R_{\text{tot}}\) ?

Question 4 : Calculer le flux thermique total (Φ)

Principe (le concept physique)

La chaleur s'écoule naturellement d'une zone chaude vers une zone froide. Le flux thermique (Φ) quantifie la vitesse de cet écoulement d'énergie à travers le mur. Il est proportionnel à la "facilité de passage" (U), à la taille de la "porte" (la surface A) et à la "force qui pousse" la chaleur (la différence de température ΔT).

Mini-Cours (approfondissement théorique)

Cette relation est une application de la Loi de Fourier, établie au début du 19ème siècle. Elle stipule que le flux de chaleur à travers un matériau est proportionnel au gradient de température. Pour une paroi complète, la formule \(\Phi = U \cdot A \cdot \Delta T\) est la forme intégrée et simplifiée de cette loi fondamentale.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

C'est ici que tous les calculs précédents prennent leur sens. Le flux Φ est le résultat concret qui intéresse le client final : c'est la puissance, en Watts, que son système de chauffage devra fournir en continu juste pour compenser les pertes à travers ce mur.

Normes (la référence réglementaire)

Les températures de calcul (ici, 20°C et -5°C) sont aussi normalisées. Elles correspondent à une température de confort intérieure standard et à une température extérieure de base pour une région climatique donnée (par exemple, définie par les règles Th-Bât en France).

Formule(s) (l'outil mathématique)

Formule du Flux Thermique

\[ \Phi = U \times A \times (T_{\text{int}} - T_{\text{ext}}) \]
Hypothèses (le cadre du calcul)

On suppose que les températures \(T_{\text{int}}\) et \(T_{\text{ext}}\) sont constantes et uniformes sur toute la surface du mur, et que le régime est stationnaire (les températures ne varient pas dans le temps).

Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
ParamètreSymboleValeur
Coefficient UU0.344 W/(m²·K)
Hauteur x LargeurA3.0 m x 5.0 m
Température intérieure\(T_{\text{int}}\)20 °C
Température extérieure\(T_{\text{ext}}\)-5 °C
Astuces (Pour aller plus vite)

Assurez-vous que le \(\Delta T\) (différence de température) est toujours une valeur positive en faisant (\(T_{\text{chaud}} - T_{\text{froid}}\)). Le sens du flux est implicitement du chaud vers le froid.

Schéma (Avant les calculs)
Visualisation du Flux Thermique
Tᵢ = 20°CTₑ = -5°CΦ = ? W
Calcul(s) (l'application numérique)

Calcul de la surface du mur (A)

\[ \begin{aligned} A &= \text{Hauteur} \times \text{Largeur} \\ &= 3.0 \, \text{m} \times 5.0 \, \text{m} \\ &= 15.0 \, \text{m²} \end{aligned} \]

Calcul de la différence de température (ΔT)

\[ \begin{aligned} \Delta T &= T_{\text{int}} - T_{\text{ext}} \\ &= 20 \, \text{°C} - (-5 \, \text{°C}) \\ &= 25 \, \text{°C} = 25 \, \text{K} \end{aligned} \]

Calcul du flux thermique (Φ)

\[ \begin{aligned} \Phi &= U \times A \times \Delta T \\ &= 0.344 \, \frac{\text{W}}{\text{m²·K}} \times 15.0 \, \text{m²} \times 25 \, \text{K} \\ &\approx 129 \, \text{W} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Profil de Température à Travers le Mur
20°C-5°CBétonIsolantBriqueInt.Ext.Forte chute de T° dans l'isolant

Ce schéma montre que la température chute très peu dans le béton et la brique, mais s'effondre à travers l'isolant, prouvant son efficacité.

Réflexions (l'interprétation du résultat)

Un flux de 129 Watts signifie que le système de chauffage doit fournir en permanence 129 Joules par seconde juste pour compenser la perte de chaleur à travers ce seul pan de mur. Sur une journée (24h), cela représente une perte d'énergie de 129 W × 24 h = 3096 Wh, soit environ 3.1 kWh, ce qui a un impact direct sur la facture énergétique.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

N'oubliez pas d'inclure la surface A dans le calcul final. Une erreur fréquente est de ne calculer que \(U \times \Delta T\), ce qui donne le flux par mètre carré (W/m²), et non le flux total (W).

Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)

Le flux thermique est le produit de trois termes : la performance de la paroi (U), sa taille (A) et la sollicitation climatique (\(\Delta T\)). Pour réduire les pertes, on peut agir sur U (en isolant mieux) ou sur \(\Delta T\) (en baissant le chauffage).

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Jean-Baptiste Joseph Fourier, qui a formalisé la loi de la conduction thermique, est aussi l'un des premiers scientifiques à avoir postulé l'existence de l'effet de serre en 1824, en comparant l'atmosphère terrestre au verre d'une serre.

FAQ (pour lever les doutes)
Que se passe-t-il si la température extérieure change ?

Le flux thermique est directement proportionnel à la différence de température. Si la température extérieure descend à -10°C, le \(\Delta T\) passe de 25 K à 30 K (une augmentation de 20%), et le flux thermique augmentera donc de 20% également, passant à environ 155 W.

Résultat Final (la conclusion chiffrée)
Le flux thermique total traversant le mur est d'environ 129 Watts.
A vous de jouer (pour verifier la comprehension)

Calculez le nouveau flux thermique (en W) si la température extérieure descend à -10°C.

Outil Interactif : Simulateur de Flux Thermique

Utilisez les curseurs pour faire varier l'épaisseur de l'isolant et les températures intérieure/extérieure. Observez en temps réel l'impact sur le coefficient U et sur les déperditions thermiques (flux Φ). Le graphique montre l'évolution du flux en fonction de l'épaisseur de l'isolant.

Paramètres d'Entrée
10 cm
20 °C
-5 °C
Résultats Clés
Coefficient U (W/m²·K) -
Flux Thermique Φ (W) -
Énergie perdue / 24h (kWh) -

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Un coefficient de transmission thermique U faible signifie que la paroi est...

  • Transparente à la chaleur

2. Quelle est l'unité de la conductivité thermique (\(\lambda\)) ?

3. Si on double l'épaisseur d'une couche d'isolant (sans changer le matériau), sa résistance thermique...

4. Dans cet exercice, quel composant apporte la plus grande contribution à la résistance thermique totale ?

5. Pour réduire les déperditions de chaleur d'un mur, il faut chercher à...

Glossaire

Flux Thermique (Φ)
Quantité de chaleur (énergie) transférée à travers une surface par unité de temps. Il s'exprime en Watts (W) et représente la puissance de déperdition.
Conductivité Thermique (λ)
Propriété intrinsèque d'un matériau à conduire la chaleur. Un matériau avec un λ faible est un bon isolant. Unité : W/(m·K).
Résistance Thermique (R)
Capacité d'une couche de matériau à s'opposer au passage de la chaleur. C'est l'inverse de la conductance. Unité : m²·K/W.
Coefficient de Transmission Surfacique (U)
Aussi appelé U-value, il représente la quantité de chaleur traversant 1m² de paroi pour une différence de température de 1 Kelvin (ou 1°C). C'est l'inverse de la résistance thermique totale. Unité : W/(m²·K).
Exercice : Flux Thermique à Travers un Mur Composé

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