Comprendre les concepts fondamentaux de transfert thermique et identifier les points faibles de l'isolation
La performance énergétique des bâtiments repose sur la compréhension des phénomènes de transfert thermique. Cet article présente les notions de base nécessaires pour évaluer l'efficacité thermique d'une construction et identifier les ponts thermiques qui compromettent cette performance.
Chaque matériau est plus ou moins conducteur de chaleur. Les matériaux peu conducteurs de chaleur s'appellent matériaux d'isolation ou isolants. La valeur d'isolation λ dépend de la nature, de la température et de l'humidité du matériau utilisé.
Le coefficient de conductivité thermique est le flux de chaleur qui traverse un bloc (1 m² × épaisseur de 1 m) de matériau homogène à une différence de température de 1 K pendant une seconde.
Plus la valeur de λ est faible, plus le matériau est isolant.
La résistance thermique d'un matériau homogène est la résistance que le matériau offre au passage du flux de chaleur. Elle dépend de l'épaisseur (d) et du coefficient de conductivité thermique (λ).
Propriétés : La résistance thermique augmente proportionnellement à l'épaisseur (directement proportionnelle) et augmente lorsque λ diminue (inversement proportionnelle).
L'échange thermique entre l'environnement et une construction peut s'opérer par convection et/ou par rayonnement. On distingue l'extérieur (hse) et l'intérieur (hsi).
Le coefficient de transmission thermique (valeur U) est le flux de chaleur qui passe pendant une seconde entre les deux faces d'un élément de construction ayant une surface de 1 m² à une différence de température de 1 K.
Plus la valeur U est faible, plus la construction est isolée.
La résistance thermique totale RT d'un mur composé de plusieurs couches est :
C'est le flux d'énergie calorifique par unité de temps (Joule par seconde = Watt). Dans une construction, l'énergie se déplace de la température la plus haute vers la température la plus basse.
Quand deux corps de température différente se touchent pendant un certain temps, ils finissent par adopter la même température. Une quantité de chaleur est passée d'un corps à l'autre.
Un pont thermique est une partie de l'enveloppe du bâtiment où la résistance thermique, par ailleurs uniforme, est modifiée de façon sensible par :
Les ponts thermiques se trouvent en de multiples endroits d'un logement :
Liaisons horizontales qui créent des discontinuités dans l'isolation
Points de rencontre entre éléments structurels verticaux et horizontaux
Liaisons entre les menuiseries et les murs
Interruptions dans l'enveloppe thermique
Pénétration d'éléments à travers l'isolation
Conséquences énergétiques :
Conséquences sur le bâtiment et la santé :
Présents lors des jonctions de deux éléments structurels : mur/plancher, balcon/mur, etc.
Caractérisés par une valeur linéique ψ
Se trouvent à la liaison de trois éléments comme deux murs et le plafond.
Caractérisés par une valeur unitaire χ
Le principe de calcul d'un pont thermique consiste à calculer le flux thermique qui lui est associé comme étant la différence entre le flux total ΦT et la somme des flux associés aux autres composants.
Pont thermique ponctuel (3D) :
Pont thermique linéique (2D) :
Les ponts thermiques entraînent des pertes thermiques non négligeables et un surcoût considérable pour la facture de chauffage et de climatisation. Il convient donc de les identifier et de les traiter !
Le traitement d'un pont thermique varie selon son emplacement :
Une bonne conception thermique du bâtiment et une attention particulière aux détails constructifs permettent de minimiser les ponts thermiques et d'optimiser la performance énergétique.