Inertie thermique d’un matériau : la comprendre pour bien isoler

Avez-vous remarqué que les vieilles maisons en pierre bénéficient souvent d’une température clémente en été, même lorsque le thermomètre s’affole à l’extérieur ? Ce phénomène est dû à l’inertie thermique de la pierre. Mais savez-vous à quoi correspond ce phénomène physique ? Et savez-vous pourquoi il est important de faire le point sur l’inertie des matériaux de construction de votre maison avant de choisir votre future isolation ? ENGIE vous explique ce que vous devez savoir sur l’inertie thermique des matériaux.

Inertie thermique : de quoi parle-t-on ?

Pour commencer, un peu de théorie ! L’inertie d’un matériau définit tout simplement sa capacité à emmagasiner de la chaleur (ou du froid) pour le restituer ensuite progressivement et de manière diffuse, lorsque ce matériau est soumis à des changements extérieurs (apports de chaleur ou, au contraire, refroidissement).

On parlera d’une maison à forte inertie lorsque cette dernière a la capacité, quand on la chauffe, d’accumuler de la chaleur dans ses murs, ses sols, ses plafonds etc… et de restituer cette chaleur par la suite. Parallèlement, cette forte inertie lui permettra de restituer tout au long de la journée la fraîcheur emmagasinée la nuit, et donc préserver la fraîcheur de l'atmosphère intérieure. Il s’agit donc là d'un élément clé d’un bon confort thermique. À noter toutefois que dans ce type de maison, la montée en température peut être longue. 

En règle générale, les matériaux lourds et compacts ont une forte inertie. Ce sera notamment le cas des parpaings, brique, béton, pierre : ces matériaux sont de fait suffisamment lourds pour garantir à un logement une inertie satisfaisante.

À l’inverse, les matériaux légers et peu denses présentent une mauvaise inertie. Ainsi, une maison à ossature bois ou un immeuble à ossature acier disposent d'une très mauvaise inertie intrinsèque. Lors de la construction, on ajoute donc des matériaux lourds qui renforcent la capacité des murs et des sols à emmagasiner la chaleur en hiver ou à conserver la fraîcheur l’été : 

• Des isolants denses, avec une capacité thermique élevée.

• Des cloisons en briques crues.

• Des plaques de fermacell pour les murs…

La méthode de calcul de l’inertie thermique

Pour calculer l’inertie thermique d’un matériau, il faut s’intéresser à trois éléments : 

• La densité du matériau (soit le poids pour un volume donné), exprimée en kg/m³ qu’on appellera masse volumique du matériau, notée “ρ”.

• La capacité thermique massique (ou capacité thermique spécifique) exprimée en J/kg/K, notée "c".

• Le coefficient de conductivité thermique, noté (λ).

De ces trois éléments découlent deux notions qui permettent d’évaluer l’inertie thermique d’un matériau : 

• Sa diffusivité : α = λ / (ρ * c) [m²/s]

• Son effusivité : E = (λ * ρ * c)^1/2 [ J.K-1.m-2.s-1/2]

À première vue, rien de plus simple n’est-ce pas ? Rassurez-vous, il n’est pas nécessaire de connaître ses formules par cœur. Le plus important est de retenir qu’un matériau ayant une faible diffusivité thermique transmettra lentement l’énergie thermique d’une face à l’autre. Cela signifie que plus un matériau a une faible diffusivité, moins le matériau aura tendance à laisser le froid de l’extérieur ou la chaleur du soleil pénétrer dans le logement.

Parallèlement, un matériau ayant une forte effusivité est un matériau qui a une grande capacité à échanger de l'énergie thermique avec son environnement. Un matériau avec une forte effusivité restituera très rapidement la chaleur emmagasinée par exemple.

Dans l’idéal, un matériau devrait donc avoir une faible diffusivité et une forte effusivité. Seulement, d’un point de vue physique, c’est strictement impossible, dans la mesure où les deux notions sont interdépendantes. Ainsi, un matériau avec une faible diffusivité aura forcément une faible effusivité. 

Pour illustrer notre propos, prenons l’exemple d’une maison en pierre. Elle aura, du fait de la pierre, une faible diffusivité thermique : c’est ce qui lui permet d’avoir un excellent déphasage thermique et donc de rester fraîche l’été. En revanche, elle aura également une faible effusivité : vous aurez une sensation de murs froids.

Pourquoi est-il important de connaître l'inertie thermique de votre logement pour bien isoler ?

Comme nous l’avons évoqué plus haut, l'inertie thermique des matériaux de construction de votre logement va influer directement sur sa capacité de déphasage thermique, c’est-à-dire sa capacité à différer dans le temps l’impact de la hausse des températures extérieures sur la température intérieure.

Reprenons notre exemple d'une maison ancienne en pierre : grâce à son inertie thermique naturelle importante et son très bon déphasage thermique, la chaleur met 10 à 12h à traverser les murs. Or, dans ce laps de temps, les températures extérieures ont déjà baissé. Avec une bonne ventilation du logement pour évacuer la chaleur, la température intérieure reste donc stable. Dans le cadre de travaux de rénovation énergétique, on focalise plus volontiers son attention sur le moyen de réduire les déperditions de chaleur. C’est pourquoi on choisira un isolant avec un bon coefficient de conductivité thermique (en particulier en toiture).

Prenons maintenant un exemple à l’opposé : une maison ossature bois dont l’inertie thermique est naturellement faible. En cas de travaux de rénovation énergétique, on cherchera avant tout à choisir un isolant capable de “compenser” ce défaut. On aura donc tendance à choisir un isolant dense avec de bonnes capacités thermiques et une bonne capacité de déphasage (panneaux de fibre de bois par exemple).

Inertie thermique des matériaux : le comparatif

Comme vu précédemment, l’inertie thermique varie en fonction des matériaux de construction de votre maison. Voici un tableau comparatif des matériaux les plus couramment utilisés.

Rénovation énergétique : quels travaux d’isolation sont possibles avec ENGIE ?

Si vous comptez renforcer l’isolation de votre maison tout en intensifiant son inertie naturelle, sachez que la technique la plus efficace reste celle de l’isolation par l'extérieur.

Pourquoi ? Parce que dans cette configuration, les murs, qui favorisent l'inertie du bâtiment, sont dans le volume isolé. L’isolation, qui prévient les déperditions de chaleur et qui permet un meilleur déphasage, renforce dans ce cas l’effet d’inertie des matériaux. Cet effet sera en outre renforcé si l’isolant a lui-même une bonne inertie.

En revanche, l’isolation par l'intérieur est plutôt déconseillée. Dans cette configuration, la couche d’isolant prive le volume intérieur de l’effet d’inertie naturel des murs. Les occupants ne peuvent alors compter que sur l’inertie de l’isolant.

Enfin, il est conseillé d’utiliser des matériaux d’isolation denses, avec une capacité thermique élevée. Vous diminuez ainsi les déperditions thermiques tout en lissant les variations de température et la durée du déphasage. Par exemple, l’ouate de cellulose ou encore la laine de bois rassemblent ces propriétés.

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Travaux d’isolation : à quelles aides pouvez-vous prétendre ?

Les travaux d’isolation par l’extérieur ouvrent bien entendu droit à des aides financières privées et publiques, telles que :

• Le dispositif MaPrimeRénov’ (dispositif de l’Anah) ;

• Le dispositif des CEE (Prime Économie d’Énergie ENGIE)

• L’éco-prêt à taux zéro ;

• La TVA à taux réduit à 5,5%

• Des aides des collectivités locales.

Par ailleurs, avec offre isolation ENGIE, vous bénéficiez de conseils durant tout votre processus de demande d’aide. En plus, vous recevez un devis prenant déjà en compte les différentes primes auxquelles vous êtes éligible : vous voyez ainsi directement ce que vous allez payer.

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