Enjeux- Étape 1 : Comprendre le phénomène physique
- Étape 2 : Déterminer le volume chauffé V
- Étape 3 : Déterminer la surface déperditive S
- Étape 4 : Déterminer les parois constituant la surface déperditive
- Étape 5 : Déterminer la performance thermique d’une paroi opaque
- Étape 6 : Situer la performance thermique d’une paroi opaque
Le volume chauffé d’un bâtiment est séparé de l’ambiance extérieure par ses surfaces déperditives, majoritairement composées des parois opaques et des parois vitrées.
Les parois opaques représentent généralement la plus grande part de ces surfaces déperditives.
Il est donc nécessaire de pouvoir situer la performance thermique, c’est-à-dire le niveau d’isolation des parois opaques.
Étape 1 : Comprendre le phénomène physique
Transfert de chaleur
Le transfert de chaleur par les parois opaques (murs, planchers et toitures) a principalement lieu par conduction, c’est-à-dire par transfert interne au sein du matériau, sans déplacement de matière (contrairement à la convection où les calories sont transférées par le déplacement du fluide porteur).
Ce transfert a lieu à partir du moment où existe une différence de température entre l’intérieur et l’extérieur de la paroi. Cette différence va générer un flux thermique qui correspond au transfert de chaleur.
Il s’exprime en [W] ou en [W/m²].
Sur le schéma suivant, la température intérieure est fixe à 20 °C (face « cachée » de la paroi), la température extérieure varie de 20 °C à 0 °C (face « visible » de la paroi). On voit nettement l’évolution du gradient de température.
Évolution du flux thermique en fonction de la température extérieure
Le transfert (c’est-à-dire la valeur du flux thermique) est d’autant plus important que la différence de température intérieur/extérieur est élevée.
Conductivité thermique (λ-lambda)
C’est la propriété intrinsèque aux matériaux qui traduit la capacité à favoriser les échanges thermiques par conduction. Ce qui veut dire que plus la conductivité est faible, plus le matériau est isolant.
La conductivité est indépendante de l’épaisseur du matériau et s’exprime en [W/(m.K)].
Valeurs génériques de conductivité thermique
Une différence très nette existe entre les matériaux dits « isolants » et ceux dits « porteurs ».
Valeurs génériques de conductivité thermique pour des isolants
Attention
Il s’agit ici de valeurs génériques. Des différences peuvent exister selon les produits et selon les fabricants.
Retrouvez dans le tableau à télécharger Valeurs tabulées de conductivité thermique le niveau de conductivité thermique de nombreux matériaux, suivant leur utilisation et leur destination.
Résistance thermique d’un élément (R)
La résistance thermique est la capacité d’un matériau à limiter les transferts de chaleur par conduction. La valeur de la résistance thermique est valable pour une configuration géométrique donnée.
Dans le cadre de la performance thermique des parois opaques, elle tient compte de l’épaisseur du matériau dans la paroi :
Résistance thermique
Elle varie comme l’inverse de la conductivité, c’est-à-dire que plus sa valeur sera élevée, plus l’élément considéré sera isolant.
Elle s’exprime en [(m².K)/W].
Résistance thermique équivalente d’une succession d’éléments (Req)
Les parties courantes des parois d’un bâtiment sont souvent composées de « couches » disposées en série.
Pour obtenir la résistance thermique équivalente, il suffit d’ajouter les résistances de chaque couche. Elle s’exprime en [(m².K)/W].
Résistance équivalente
Résistances superficielles (Rsi et Rse)
Aux interfaces de la paroi, c’est-à-dire aux surfaces intérieure et extérieure, les matériaux sont en contact avec l’ambiance intérieure ou extérieure. Le phénomène de conduction n’est alors plus prépondérant. D’autres phénomènes entrent en jeu : la convection et le rayonnement.
Les résistances superficielles sont utilisées pour simplifier l’expression de ces phénomènes. Il suffit de les ajouter à la résistance équivalente pour obtenir la résistance totale de la paroi. Leurs valeurs vont dépendre du sens du flux thermique et de l’ambiance de part et d’autre de la paroi.
| Type de paroi | Rsi (Surface de la paroi en contact avec l’ambiance intérieure) | Rse (Surface de la paroi en contact avec l’ambiance extérieure) |
| Mur vertical (Flux thermique horizontal) | 0,13 | 0,04 |
| Toiture (Flux thermique vertical ascendant) | 0,10 | 0,04 |
| Plancher bas (Flux thermique vertical descendant) | 0,17 | 0,04 |
Pour une paroi dont la surface extérieure est en contact avec une ambiance autre que l’ambiance extérieure (par exemple une paroi séparant un local chauffé d’un local non chauffé), il faut utiliser la Rsi des deux côtés.
Les résistances superficielles s’expriment en [(m².K)/W].
Résistance thermique totale de la paroi (Rt)
La résistance thermique totale est la somme de la résistance équivalente des différentes couches composant la paroi et des résistances superficielles. Elle s’exprime en [(m².K)/W].
Résistance totale
Coefficient de déperdition surfacique de la paroi (Up)
C’est l’inverse de la résistance thermique totale :
Coefficient de déperdition surfacique
Il varie comme l’inverse de la résistance thermique, c’est-à-dire que plus sa valeur sera faible, plus l’élément considéré sera isolant. Elle s’exprime en [W/(m².K)].