Inertie thermique

Les matériaux denses de la construction, tels que la pierre, la brique, la céramique ou le marbre, présentent une forte inertie thermique. Ils sont capables de stocker la chaleur comme la fraîcheur, contribuant ainsi au confort thermique des bâtiments.

L’inertie thermique, qu’est-ce que c’est ?

L’inertie thermique désigne la capacité d’un matériau à accumuler de la chaleur ou de la fraîcheur. Lorsqu’un rayon de soleil l’éclaire directement, une partie de l’énergie du rayonnement est absorbée par la matière, transformée en chaleur et stockée dans les premiers centimètres de la paroi.

La paroi peut également emmagasiner de la chaleur au contact d’un air plus chaud qu’elle.

Cette chaleur est restituée lorsque la température de l’air environnant devient inférieure à celle de la surface du matériau — par convection — et lorsque la température de surface des objets avoisinants descend en dessous de celle de la paroi — par rayonnement.

L’inertie thermique peut ainsi être définie comme la capacité d’un matériau à stocker de l’énergie thermique et à la restituer progressivement, contribuant au confort thermique et à la stabilité des ambiances intérieures.

L’inertie thermique, comment ça marche ?

L’inertie thermique dépend de deux caractéristiques fondamentales des matériaux : la diffusivité thermique et la capacité thermique.

La diffusivité thermique correspond à l’aptitude d’un matériau à transmettre la chaleur à l’intérieur de son volume, d’une face à l’autre. Plus la diffusivité est élevée, plus la chaleur se propage rapidement dans le matériau.

La capacité thermique désigne la quantité de chaleur qu’un matériau est capable de stocker en fonction de son volume. Plus cette capacité est importante, plus le matériau peut emmagasiner d’énergie thermique.

Un matériau à très forte inertie thermique est donc un matériau dont la diffusivité thermique est faible — la chaleur se propage lentement — et dont la capacité thermique est élevée, lui permettant de stocker et de restituer progressivement de grandes quantités de chaleur.

L’inertie thermique, comment ça se calcule ?

La diffusivité thermique et la capacité thermique d’un matériau se déterminent à partir de trois caractéristiques thermiques fondamentales.

La conductivité thermique λ (W/m.K) : elle caractérise la capacité d’un matériau à laisser passer la chaleur à travers son épaisseur.
Plus un matériau est isolant, plus sa conductivité thermique est faible.

La masse volumique (kg/m3) : Il s’agit de la masse d’un matériau par unité de volume. Plus un matériau est dit lourd — comme les maçonneries traditionnelles — plus sa masse volumique est élevée. Les matériaux présentant une forte inertie thermique possèdent généralement une masse volumique importante.

La capacité thermique massique Cp (J/kg.K) : elle représente l’énergie nécessaire pour élever de 1 °C la température de 1 kg de matériau.
Plus cette capacité est élevée, plus le matériau est apte à stocker de la chaleur.

Elle est calculée par la formule D = λ/(Cp). L’inertie  est d’autant plus importante que sa diffusivité est faible et que son épaisseur est importante. Les matériaux à faible diffusivité doivent avoir un faible coefficient de conductivité λ avec une forte densité ρ et une chaleur spécifique C importante.

L’inertie thermique, à quoi ça sert ?

Cette caractéristique est essentielle pour garantir un bon confort thermique, notamment en période estivale, en limitant les phénomènes de surchauffe. Elle permet d’atténuer les effets des variations rapides de la température extérieure sur le climat intérieur, grâce à un déphasage temporel entre la température extérieure et la température de surface intérieure des murs, ainsi qu’à un amortissement de l’amplitude de ces variations.

Un déphasage suffisant permet, par exemple, que la chaleur extérieure ne soit transmise à l’intérieur du bâtiment qu’en fin de journée, période pendant laquelle il est plus aisé de rafraîchir l’habitat par une aération naturelle, notamment par l’ouverture des fenêtres.

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