Conductivité thermique et isolation thermique : ce qu’il faut savoir

Conductivité thermique et son rôle dans l’isolation thermique

La conductivité thermique est l’une des caractéristiques clés de tout matériau, car elle détermine la rapidité avec laquelle la chaleur se propage à travers ce matériau. Cet indicateur influence directement la qualité de l’isolation thermique des bâtiments et des structures individuelles. Dans cet article, nous examinerons ce qu’est la conductivité thermique, comment elle est déterminée, quels coefficients de conductivité thermique existent pour les matériaux et pourquoi ses indicateurs sont si importants lors du choix des isolants thermiques.

Vidéos utiles sur le sujet

Qu’est-ce que l’isolation thermique ?

L’isolation thermique est un ensemble de mesures et l’utilisation de matériaux spéciaux pour réduire les pertes de chaleur ou les gains de chaleur dans les maisons, les bâtiments et d’autres systèmes. L’objectif de l’isolation thermique est de :

1. Conserver la chaleur pendant la saison froide et ainsi réduire les coûts de chauffage.
2. Conserver la fraîcheur en été, lorsque la température extérieure est élevée, et réduire la charge sur les climatiseurs.

Grâce à des matériaux d’isolation thermique correctement sélectionnés, il est possible d’augmenter considérablement l’efficacité énergétique d’un bâtiment, de réduire les coûts de maintien d’un microclimat confortable et d’allonger la durée de vie des structures.

Conductivité thermique : définition et essence

La conductivité thermique est la capacité d’un matériau à transmettre la chaleur d’une zone plus chaude à une zone moins chaude. Ce processus se produit au niveau moléculaire : plus les molécules sont densément disposées, mieux elles transmettent l’énergie thermique.

1. Coefficient de conductivité thermique (λ) :

   • Mesuré en W/(m·K) (watts par mètre-kelvin).
   • Indique combien de chaleur passe à travers 1 m d’épaisseur de matériau avec une différence de température de 1 K (kelvin).
   • Plus le coefficient de conductivité thermique est bas, meilleures sont les propriétés d’isolation thermique du matériau.

2. Dépendance de la conductivité thermique à la structure du matériau :

   • Densité et porosité. Plus il y a d’air dans le matériau, moins il conduit la chaleur (c’est-à-dire qu’il isole mieux). Par exemple, le polystyrène expansé contient de nombreuses bulles d’air à l’intérieur, ce qui en fait un excellent isolant thermique.
   • Humidité. L’eau a une conductivité thermique plus élevée que l’air. Si un matériau absorbe l’humidité, ses propriétés d’isolation thermique diminuent.
   • Composition et structure chimique. Différentes substances conduisent la chaleur de manière différente. Les métaux ont une conductivité thermique très élevée, tandis que les matériaux organiques ou poreux ont une conductivité beaucoup plus faible.

Conductivité thermique des matériaux : exemples

Voici des coefficients de conductivité thermique approximatifs pour les matériaux les plus courants (W/(m·K)) :

• La laine minérale : 0,03 – 0,05
• Polystyrène expansé (EPS) : 0,03 – 0,04
• Bois (sec) : 0,12 – 0,16
• Eau : ~0,58 (notez que c’est une valeur assez élevée par rapport à l’air)
• Air : ~0,024
• Brique : 0,3 – 0,7
• Béton : 1,0 – 1,7
• Acier : ~50

Des exemples ci-dessus montrent que l’eau conduit la chaleur beaucoup mieux que l’air, donc la saturation d’un matériau avec de l’humidité dégrade considérablement ses propriétés d’isolation thermique. Les matériaux poreux (polystyrène expansé, laine minérale) ont une faible conductivité thermique grâce à leur grande quantité de pores d’air.

Isolants thermiques : qu’est-ce que c’est et exemples

Les isolants thermiques sont des matériaux à faible conductivité thermique (c’est-à-dire à faible coefficient λ). Ils sont utilisés pour réduire les pertes de chaleur dans les bâtiments, les canalisations, les installations industrielles, etc.

Qu’est-ce que les isolants thermiques ?

Il peut s’agir de matériaux naturels ou de matériaux artificiels, tant qu’ils retiennent efficacement le flux de chaleur. Les principales caractéristiques des isolants thermiques comprennent :

• Faible conductivité thermique.
• Stabilité dimensionnelle.
• Résistance à l’humidité (ou capacité à sécher rapidement sans perdre ses propriétés).
• Résistance mécanique (pour supporter des charges).

Exemples d’isolants thermiques

1. Polystyrène expansé (EPS) — léger, bon marché et facile à installer.
2. Laine minérale (laine de verre, laine de roche) — résistante à des températures élevées, ne brûle pas.
3. Polystyrène extrudé (XPS) — possède une meilleure résistance mécanique que le polystyrène expansé.
4. Polyuréthane (PUR/PIR) — utilisé sous forme de panneaux sandwich et d’isolation projetée.
5. Écovate (laine de cellulose) — matériau écologique et bien isolant, obtenu à partir de papier recyclé.
6. Panneaux de fibres de bois — matériau organique à structure poreuse, souvent utilisé dans la construction écologique.

Chacun de ces matériaux a ses avantages et ses inconvénients. Le choix de l’isolant thermique dépend de l’endroit et de la manière dont il est prévu de l’utiliser, ainsi que des caractéristiques nécessaires (isolation thermique, résistance mécanique, résistance à l’humidité, résistance au feu, etc.).

Comment la conductivité thermique influence-t-elle l’isolation thermique ?

1. Pertes de chaleur : Les matériaux à haute conductivité thermique (par exemple, les métaux ou l’eau) transmettent rapidement la chaleur et entraînent des pertes significatives pendant la période de chauffage.
2. Efficacité énergétique : Les bâtiments, structures ou systèmes techniques contenant des éléments à faible conductivité thermique retiennent la chaleur en hiver et la fraîcheur en été, réduisant ainsi les coûts de climatisation.
3. Confort : Une bonne isolation thermique assure une température stable dans les pièces, évitant aux occupants des fluctuations brusques et de l’inconfort.

Importance du choix correct des matériaux

Lors du choix d’un matériau d’isolation thermique, il est essentiel de prendre en compte :

• Coefficient de conductivité thermique : plus il est bas, mieux c’est.
• Résistance à l’humidité : l’eau a une conductivité thermique assez élevée (~0,58 W/(m·K)), ce qui affecte négativement l’isolant lorsqu’il est mouillé.
• Résistance au feu : dans de nombreux cas, il est important que le matériau ne brûle pas et ne dégage pas de substances toxiques.
• Épaisseur de la couche : une couche d’isolant plus épaisse signifie moins de pertes de chaleur, mais augmente également les coûts et peut réduire la surface utile des pièces.
• Charges mécaniques : dans certains cas, le matériau doit supporter une pression, par exemple dans les structures de sol.

FAQ (Questions fréquentes)

1. Qu’est-ce que la conductivité thermique en termes simples ?
   La conductivité thermique est la capacité d’un matériau à transmettre la chaleur. Plus un matériau conduit bien la chaleur, plus sa conductivité thermique est élevée.

2. Pourquoi est-il important de choisir des matériaux à faible conductivité thermique pour l’isolation ?
   Les matériaux à faible conductivité thermique (isolants thermiques) retiennent efficacement la chaleur à l’intérieur des pièces en hiver et la fraîcheur en été, ce qui aide à économiser sur le chauffage et la climatisation.

3. Quel est le coefficient de conductivité thermique de l’eau et pourquoi est-ce important ?
   Pour l’eau, ce coefficient est d’environ 0,58 W/(m·K), ce qui est assez élevé par rapport à la plupart des isolants. Si l’isolant est mouillé, il commence à conduire la chaleur beaucoup mieux et perd son efficacité.

4. Quels sont les exemples les plus courants d’isolants thermiques ?
   On utilise le plus souvent le polystyrène expansé, la laine minérale, le polystyrène extrudé, le polyuréthane et l’écovate. Le choix dépend du budget, des conditions d’utilisation et des exigences en matière d’écologie et de sécurité incendie.

5. Qu’est-ce que l’“isolation thermique” et à quoi sert-elle ?
   L’isolation thermique est un ensemble de mesures visant à réduire les pertes de chaleur dans une maison ou une autre structure. Elle est nécessaire pour réduire les coûts de chauffage, maintenir une température optimale et assurer un microclimat confortable.

6. Comment déterminer l’efficacité de l’isolation thermique dans ma maison ?
   On peut réaliser une thermographie du bâtiment pour voir les zones avec les plus grandes pertes de chaleur. L’efficacité se reflète également dans la réduction des factures de chauffage ou de climatisation et dans la température stable à l’intérieur de la maison.

7. L’épaisseur de l’isolant influence-t-elle son efficacité ?
   Oui, plus la couche d’isolant est épaisse (avec un coefficient de conductivité thermique constant), moins de chaleur passe à travers la structure, donc meilleure est l’isolation thermique globale.

Conclusion

La conductivité thermique est une propriété fondamentale d’un matériau qui détermine la rapidité avec laquelle la chaleur se déplace à travers celui-ci. Dans le contexte de la construction et de la rénovation, elle joue un rôle crucial dans la formation d’une isolation thermique efficace. Les matériaux à faible conductivité thermique permettent de conserver la chaleur en hiver et la fraîcheur en été, réduisant ainsi les coûts énergétiques et assurant un microclimat confortable.

Lors de la planification de l’isolation d’un logement ou d’un autre bâtiment, il est important d’étudier en détail les caractéristiques des matériaux potentiels, en prêtant attention non seulement au coefficient de conductivité thermique, mais aussi à la résistance à l’humidité, à la sécurité incendie et à la durabilité. Une isolation thermique bien choisie aidera à optimiser les coûts énergétiques, à améliorer la qualité de vie et à assurer une protection fiable des structures contre les influences extérieures.