Isolation Thermique de Différents Matériaux

1. Calcul de la résistance thermique

La résistance thermique surfacique R correspond à l’aptitude d’une paroi à ralentir le flux de chaleur entre l’extérieur et l’intérieur d’un bâtiment. On peut comparer cela à l’épaisseur d’un manteau : plus il est épais et moins la chaleur passe facilement. Ici, R est exprimée en m²·K/W, ce qui signifie que pour chaque mètre carré de surface et pour chaque degré de différence de température, une résistance de R réduit le flux de chaleur par ce facteur.

Formule

\[ R = \frac{e}{\lambda} \]

Données

• Épaisseur : e = 0.3 m (en mètres)
• Béton : λ = 1.7 W/(m·K) (conductivité thermique : plus λ est petit, moins le matériau transmet la chaleur)
• Brique : λ = 0.7 W/(m·K)
• Bois : λ = 0.12 W/(m·K)

Calculs

Béton
On divise l’épaisseur par la conductivité :
\[ R_{\mathrm{béton}} = \frac{0.3}{1.7} = 0.1765\ \mathrm{m^2\cdot K/W} \]
Cela signifie qu’avec une différence de température de 1 K sur 1 m², seulement 1/0.1765 ≈ 5.66 W de chaleur traversent le béton sur cette surface.

Brique
\[ R_{\mathrm{brique}} = \frac{0.3}{0.7} = 0.4286\ \mathrm{m^2\cdot K/W} \]
Plus grand que pour le béton, donc meilleure barrière contre le froid ou la chaleur.

Bois
\[ R_{\mathrm{bois}} = \frac{0.3}{0.12} = 2.5000\ \mathrm{m^2\cdot K/W} \]
Très élevé : le bois est un excellent isolant, presque 6 fois plus efficace que la brique et 14 fois que le béton.

2. Analyse de l’inertie thermique

L’inertie thermique I (ou capacité calorifique surfacique) décrit la quantité d’énergie qu’une paroi peut stocker pour chaque degré de différence de température. Imaginons un mur comme une batterie thermique : plus l’inertie est grande, plus on peut stocker de chaleur ou de frais avant que la température du mur ne change. Cela aide à lisser les variations de température jour/nuit.

Formule

\[ I = \rho \times c \times e \]

Données

• Épaisseur : e = 0.3 m
• Béton : densité ρ = 2300 kg/m³, capacité thermique c = 880 J/(kg·K)
• Brique : ρ = 1800 kg/m³, c = 840 J/(kg·K)
• Bois : ρ = 600 kg/m³, c = 2700 J/(kg·K)

Calculs

Béton
On multiplie densité, chaleur massique et épaisseur :
\[ I_{\mathrm{béton}} = 2300 \times 880 \times 0.3 \] \[ I_{\mathrm{béton}} = 607200\ \mathrm{J/(m^2\cdot K)} \]
Cela signifie que pour augmenter la température du mur de 1 K, il faut 607 200 J par m².

Brique
\[ I_{\mathrm{brique}} = 1800 \times 840 \times 0.3 \] \[ I_{\mathrm{brique}} = 453600\ \mathrm{J/(m^2\cdot K)} \]
Un peu moins que le béton, donc stocke moins d’énergie, mais reste significatif.

Bois
\[ I_{\mathrm{bois}} = 600 \times 2700 \times 0.3 \] \[ I_{\mathrm{bois}} = 486000\ \mathrm{J/(m^2\cdot K)} \]
Bien que plus léger, le bois stocke aussi beaucoup grâce à sa capacité calorifique élevée.

3. Choix du matériau

Discussion

• Résistance thermique : plus R grand = moins de chaleur qui passe. Le bois gagne largement.
• Inertie thermique : plus I grand = mur qui change lentement de température. Le béton excelle ici, mais son isolation faible le pénalise.

Conclusion

Choisissez le bois Si vous voulez garder la chaleur à l’intérieur en hiver et la fraîcheur en été, tout en limitant les variations de température et en économisant de l’énergie. C’est comme porter un manteau bien isolant qui retient la chaleur mais n’est pas trop lourd.