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  Thermo pour un nul : Inertie VS conductivité

 


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Thermo pour un nul : Inertie VS conductivité

n°6792549
yvonic
Posté le 19-10-2005 à 14:54:57  profilanswer
 

Salut tout le monde.
En tant que futur auto-constructeur, je cherche à déméler certaines affirmations commerciales sur les capacités d'isolation de divers matériaux.
Contre les chaleurs estivales, plusieurs fabricants mettent l'accent sur les capacités d'inertie thermique de leurs produits. Ils différencient ainsi les facultés d'isoler en hiver contre le froid extérieur, et les facultés d'isoler en été contre la chaleur extérieure.
 
Il est couramment admis qu'une maison en pierre est mieux protégée de la chaleur extérieure qu'une maison contemporaine standard (parpaings + 10cm de laine minérale). Idem pour ce dernier système,
considéré plus efficace en été que le système à ossature bois "0,15cm de panneau bois + 15cm de laine minérale".
 
1. Pensez-vous que ce sont des idées reçues ? Si oui, pourquoi ?
2. Si non, comment expliquer qu'un matériau qui conduit mieux la chaleur (pierre / parpaing) soit plus efficace en été qu'un matériau moins conducteur (laine minérale) ?
3. Contre la chaleur estivale, entre deux matériaux isolants de même conductivité thermique, mais de masse volumique différente, en quoi serait-ce intéressant d'utiliser celui qui est le plus dense ?
La quantité de chaleur transférée vers l'intérieur ne serait-elle pas la même ?

mood
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Posté le 19-10-2005 à 14:54:57  profilanswer
 

n°6792704
minusplus
Posté le 19-10-2005 à 15:08:48  profilanswer
 

yvonic a écrit :


2. Si non, comment expliquer qu'un matériau qui conduit mieux la chaleur (pierre / parpaing) soit plus efficace en été qu'un matériau moins conducteur (laine minérale) ?


parceque les murs extérieurs en pierre font une 40aine de centimètre... :o

yvonic a écrit :


3. Contre la chaleur estivale, entre deux matériaux isolants de même conductivité thermique, mais de masse volumique différente, en quoi serait-ce intéressant d'utiliser celui qui est le plus dense ?
La quantité de chaleur transférée vers l'intérieur ne serait-elle pas la même ?


ben parceque à chaleur massique égale, plus ton mur est dense, plus il peut stocker d'énergie avant de la faire transiter par conduction. Donc sur un cycle journalier en été par exemple, le mur va chauffer au soleil le jour et en relarguer une partie la nuit. Cette quantité de chaleur, c'est ça de gagné dans la pièce... :o

n°6798505
yvonic
Posté le 20-10-2005 à 09:50:17  profilanswer
 

2. Ben oui, mais la pierre est grosso modo 60 fois plus conductible que la laine minérale. Donc 40cm d'épaisseur de
cailloux, ça conduit encore 15 fois plus de chaleur que 10cm de laine minérale. La question reste en suspend, non ?
3.Chaleur massique égale ?... Jamais dit ça. Tu voulais pas dire conductivité thermique égale ?
Chaleur massique : la notion est lachée... C'est donc bien à cette grandeur physique (plus la masse volumique, car en batiment, on raisonne plutôt en volume de matériaux) que se rattache la notion d'inertie thermique ?
Dis-moi si je me trompe : à conductivité thermique égale, un matériau plus dense fera transiter autant de chaleur que son petit copain plus léger, mais il en absorbera plus ?

n°6798536
miniTAX
Posté le 20-10-2005 à 10:00:44  profilanswer
 

Je pense que ça a à voir aussi avec la température des fondations. Une maison en pierre, avec la bonne conductivité des murs a une température qui se rapproche du sol => plus constante.
 
Autre élément à voir, c'est la densité d'énergie du soleil par rapport à la capacité calorifique (inertie) d'un mur en pierre. D'accord, le mur en pierre conduit mieux, mais encore, faut il que le gradiant de température d'un plein été puisse être suffisant pour élever sa température.
 
Toutes ces notions de physique sont bien connues depuis longtemps. Si on voulais, on pourrait isoler bien mieux les maisons mais on risque de mourir d'étouffement ou d'intoxication pour ne pas ouvrir ses fenêtres  :)  :)  
 
Le mieux, c'est de trouver une simulation sur ordinateur qui permet de varier les différents paramètres et qui te met tout ça en évidence.


Message édité par miniTAX le 20-10-2005 à 10:04:05
n°6798740
minusplus
Posté le 20-10-2005 à 10:54:29  profilanswer
 

yvonic a écrit :

2. Ben oui, mais la pierre est grosso modo 60 fois plus conductible que la laine minérale. Donc 40cm d'épaisseur de
cailloux, ça conduit encore 15 fois plus de chaleur que 10cm de laine minérale. La question reste en suspend, non ?
3.Chaleur massique égale ?... Jamais dit ça. Tu voulais pas dire conductivité thermique égale ?
Chaleur massique : la notion est lachée... C'est donc bien à cette grandeur physique (plus la masse volumique, car en batiment, on raisonne plutôt en volume de matériaux) que se rattache la notion d'inertie thermique ?
Dis-moi si je me trompe : à conductivité thermique égale, un matériau plus dense fera transiter autant de chaleur que son petit copain plus léger, mais il en absorbera plus ?


Bon je détaille mais en gros tu as raison sur les deux points :
 
Premier point.
L'objectif d'un mur est d'isoler. Ceci signifie qu'on veut que pour un temps donné, le moins de chaleur possible passe au travers. En d'autres termes, on veut minimiser le flux de chaleur (quantité de chaleur par untié de temps, en Joules par secondes, qu'on appelle aussi Watt). Pour minimiser ce flux, il faut que le mur "résiste" au transfert de chaleur (c'est ça l'isolation). Cette "résistance" se mesure ainsi :  
 
R = e / lambda / S
 
où R est une mesure de la résistance au transfert de chaleur du mur, e est l'épaisseur du mur, S est sa surface et lambda la conductivité thermique du mur (c'est à dire la prepension naturelle du matérieau qui constitue le mur à faire transiter la chaleur). Admettons pour la suite qu'on peut pas jouer sur S, la surface du mur. Tout se joue donc entre e et lambda. Vite fait comme ça j'ai cherché quelques chiffres de conductivité thermique :
 
brique : 1.1 W/m/K
amiante : 0.16 W/m/K
 
ça veut dire qu'à la louche, il me faudra un mur de brique environ 10 fois plus épais qu'un mur d'amiante pour obtenir la même isolation. (Je ne prends pas en compte le fait que dans le 2ème cas, tu risque de mourir d'un cancer dans 20 ans...)
Maintenant comme tu le dis, tout se joue sur les valeurs de condictivité thermique. 60 fois plus, ça me semble beaucoup... :o
 
 
Deuxième point.
La chaleur massique multipliée par la densité d'un matériau te donne sa capacité à emmagasiner de la chaleur (à se réchauffer en fait). Lorsque le mur reçoit une certaine quantité de chaleur (un flux), il va commencer par la transmettre, elle va pénétrer dans le mur. Le mur commence à se réchauffer en surface et la quantité de chaleur qui a été utilisée pour le réchauffer ne va donc pas être transférée dans la pièce. Le processus avance : le mur se réchauffe depuis sa surface extérieure vers l'intérieur. Si il atteint l'équilibre (mur chaud) alors tout ce qu'il reçoit à l'extérieur sera transmis à l'intérieur, comme dans le cas d'un mur qui ne se réchauffe pas (ou peu). La seule différence vient de ce que à flux d'entrée égal, le mur qui chauffe transmettra "plus tard" la chaleur puisqu'au début, il l'utilisera pour se réchauffer lui-même.
 
 
voili, voilà... :o

n°6799287
yvonic
Posté le 20-10-2005 à 12:01:37  profilanswer
 

Chiffres de conductivité thermique :
Laines minérales ~= 0,04 W/m.K
Granit ~= 2,7 (c'est du même ordre pour les autres caillasses)
 
Pour le deuxième point, je suis un peu surpris. Ce que tu sembles dire, c'est que le matériau se réchauffe d'abord  
avant de "conduire" la chaleur. Mais quid de la définition de la conductivité thermique, qui dit que pour un matériau de 1 m2, de 1m d'épaisseur, avec une différence de température  de 1 K entre ses 2 faces, transite en 1 seconde telle quantité de chaleur.
Qu'appelles-tu l'équilibre ? S'il y a équilibre, il n'y a plus de transfert de chaleur, non ?
Il se trouve qu'en règle générale, les matériaux à forte "chaleur volumique" (chaleur massique * masse volumique) ont aussi une forte conductivité thermique : je pensais que dans le même instant, ces matériaux emmagasinaient ET conduisaient un max de chaleur. Me gourre-je ?
 
miniTax, dans le sytème "batiment + dehors", le soleil est pour moi la source quasi-inifinie de chaleur (en journée tout du moins  :) ).  La conductivité thermique s'évalue avec un delta d'1 K entre les faces du matériau, et là, on est gâté : dehors, en journée, elle est sévèrement maintenue, la température. Côté densité énergétique, le soleil, il en conait un rayon  :D  
Pour le coup des fondations, bien vu. Je pense qu'on peut aussi y rajouter une question d'humidité...

n°6801007
miniTAX
Posté le 20-10-2005 à 16:34:42  profilanswer
 

yvonic a écrit :


 
miniTax, dans le sytème "batiment + dehors", le soleil est pour moi la source quasi-inifinie de chaleur (en journée tout du moins  :) ).  La conductivité thermique s'évalue avec un delta d'1 K entre les faces du matériau, et là, on est gâté : dehors, en journée, elle est sévèrement maintenue, la température. Côté densité énergétique, le soleil, il en conait un rayon  :D  
Pour le coup des fondations, bien vu. Je pense qu'on peut aussi y rajouter une question d'humidité...


Ouaiep, mais ce qu'il faut prendre en compte, c'est que l'apport de cette source de chaleur "infinie" se fait par un interface très peu dense : l'air, ce qui fait que la notion de gradient n'est plus à négliger. Pour que tu puisses te le représenter, imagine que tu as un vent chaud qui souffle en permance sur ton mur (apport de chaleur "infini" ) et un air calme en conditions réelles : quelle différence !!!  Mais je conçois que toutes ces notions, sans avoir fait de simulation ou expérimenté beaucoup, c'est pas facile de les sentir.  
A l'époque, j'ai fait des simulations sur Mathlab, c'est pour ça que je t'en parle.

n°6811666
yvonic
Posté le 22-10-2005 à 10:03:18  profilanswer
 

OK. Merci à tous les deux pour les éclaircissements. J'avais posté une dizaine de mails avec la même question à des profs de thermo ou de responsables de labo de mesure (adresses chopées ici et là sur le web), mais aucune réponse ! Sympas les pédagogues et les industriels  :( .
Pour terminer, un avis sur la dernière question posée : les matériau, ça conduit ET
emmagasine la chaleur dans le même instant, ou bien ça emmagasine d'abord et ça conduit après (p't être que minusplus a décomposé le phénomène en une infinité d'étapes, et qu'au niveau macroscopique, il faut bien voir ça comme du simultané ?) ?

n°6823053
hephaestos
Sanctis Recorda, Sanctis deus.
Posté le 24-10-2005 à 14:06:48  profilanswer
 

yvonic a écrit :

OK. Merci à tous les deux pour les éclaircissements. J'avais posté une dizaine de mails avec la même question à des profs de thermo ou de responsables de labo de mesure (adresses chopées ici et là sur le web), mais aucune réponse ! Sympas les pédagogues et les industriels  :( .
Pour terminer, un avis sur la dernière question posée : les matériau, ça conduit ET
emmagasine la chaleur dans le même instant, ou bien ça emmagasine d'abord et ça conduit après (p't être que minusplus a décomposé le phénomène en une infinité d'étapes, et qu'au niveau macroscopique, il faut bien voir ça comme du simultané ?) ?


 
 
Les deux en même temps bien entendu, sauf que le front de température met un certain temps à se propager d'un bout à l'autre de la cloison, alors que la chaleur commence immédiatement à être emmagasinée.

n°6840192
yvonic
Posté le 26-10-2005 à 18:23:56  profilanswer
 

Du nouveau dans la boîte aux lettres, qui remet en partie en cause ce qui a été dit auparavant. C'est une
réponse d'un prof d'université, qui distingue :
- le régime permanent (températures invariables avec le temps), où intervient la conductivité,
- le régime transitoire, où intervient la diffusivité (= conductivité / [masse volumique x chaleur massique] ).
 
Ayant chopé les valeurs arrondies suivantes sur le web (à confirmer pour les diffusivités) :
- Laine minérales : conductivité = 0,04 W/m.K ; diffusivité = 0,0000013 m2/s,
- granit                 : conductivité = 2,70 W/m.K ; diffusivité = 0,0000012 m2/s,
on en déduit :
- qu'en transitoire (les températures évoluent dans le temps), l'onde de chaleur se propage (diffusivité)
  quasiment à la même vitesse pour la laine minérale que pour le granit. La différence étant que le granit aura
  bouffé plus de chaleur pendant la propagation : l'onde de chaleur s'y propage moins vite que ne le laisse
  penser sa valeur de conductivité, car le matériau "consomme" de la chaleur (fonction de sa chaleur massique)
  en même temps que l'onde avance.
- Qu'en régime permanent (T°intérieure et T°extérieure établies depuis un bon bout de temps), le matériau ne
  "consomme" plus et c'est la conductivité qui intervient : il y aura bien plus de chaleur à passer à travers le granit
  qu'à travers la laine minérale (rapport 67 entre les conductivités)...
 
...Et ceci à une chose près:  c'est que la chaleur n'obéit pas à une équation de propagation mais à une équation
de diffusion. On ne pourrait donc pas parler d'onde, mais de... euh ! Y'a un nom pour ça ?  :??:  
 
Etonni na ?  :pt1cable:  
Qu'en pensez-vous ?

mood
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Posté le 26-10-2005 à 18:23:56  profilanswer
 

n°6841082
hephaestos
Sanctis Recorda, Sanctis deus.
Posté le 26-10-2005 à 20:12:11  profilanswer
 

yvonic a écrit :

DOn ne pourrait donc pas parler d'onde, mais de... euh ! Y'a un nom pour ça ?  :??:  


 
Non seulement ya pas de nom, mais surtout ya trés rarement des solutions faciles à appréhender, et exceptionellement des solutions anlytiques.
 
Pour résoudre ça, il faut à peu prés toujours une simulation numérique :/

n°20507881
Ougmi
Posté le 10-11-2009 à 18:14:16  profilanswer
 

Je suis étudiant en L pro , énergie renouvelable et j'ai mon DUT GTE donc voilà, je vais te répondre.
 
Contre les chaleurs estivales, plusieurs fabricants mettent l'accent sur les capacités d'inertie thermique de leurs produits. Ils différencient ainsi les facultés d'isoler en hiver contre le froid extérieur, et les facultés d'isoler en été contre la chaleur extérieure.
 
Il est couramment admis qu'une maison en pierre est mieux protégée de la chaleur extérieure qu'une maison contemporaine standard (parpaings + 10cm de laine minérale). Idem pour ce dernier système,
considéré plus efficace en été que le système à ossature bois "0,15cm de panneau bois + 15cm de laine minérale".
 
2. Si non, comment expliquer qu'un matériau qui conduit mieux la chaleur (pierre / parpaing) soit plus efficace en été qu'un matériau moins conducteur (laine minérale) ? Les matériaux dit parpaing sont constitués d'une couche solide emprisonnant une ou plusieurs lames d'air. Lorsque l'air est emprisonné, sans vitesse de déplacement, ses caractéristiques thermiques en font un super isolant ! La laine est isolante parce qu'elle emprisonne de l'air, tout comme la mousse, ou un pull. Une fois mouillé, plus d'air, un pull mouillé c'est une crève assuré! Donc la conductivité du parpaing solide seule est très mauvaise mais on ne doit pas oublier la conductivité de l'air qu'il emprisonne...
 
1. Pensez-vous que ce sont des idées reçues ? Si oui, pourquoi ? 3. Contre la chaleur estivale, entre deux matériaux isolants de même conductivité thermique, mais de masse volumique différente, en quoi serait-ce intéressant d'utiliser celui qui est le plus dense ?
La quantité de chaleur transférée vers l'intérieur ne serait-elle pas la même ?[/quotemsg]
 
Je vais t'expliquer simplement la notion d'inertie thermique! L'inertie thermique c'est le temps de passage entre une température stable et une autre (elle caractérise le temps que mettra ta matière à changer de température lorsque les températures des fluides adjacents changeront.)  
 
Le bois à une inertie plus faible que celle de la roche. En gros en été comme en hiver, ton bois va arriver très vite à la température intérieur de ta maison. En été tes murs sont aussi chaud que ton air intérieur, donc chaud chaud chaud...  mais en hiver quand tu mettras ton chauffage le mur sera vite à température ambiante donc chaud. D'où un confort d'hiver pour une maison en bois mais un été plutôt dur.
 
A l'inverse la pierre à du mal à changer de température, en été, elle reste aux températures de la matinée lorsque le soleil de midi vient brûler les visages et il faut un certains temps en hiver lorsque les chauffages sont poussés à fond pour qu'ils chauffent! D'où un confort d'été pour une maison en pierre mais un hiver plutôt dur.    
 
En remarque, au final, lorsque tes murs seront à température stable à l'extérieur comme à l'intérieur de chez toi, il y aura un même flux de chaleur les traversants.
L'inertie est plus ou moins fonction du poids des murs.  
 
La vraie question aujourd'hui en France serait plutôt: Pourquoi construit-on des maisons isolation intérieur qu'on ne fait pas bien, alors que des isolations extérieur sont possibles et plus facile à faire? Et la réponse qu'on nous donne c'est : Parce qu'en France , on a toujours fait comme ça ! BRAVO! Autre question, pourquoi quand on divise le prix du matériel (pompe chaleur, panneaux PV, Thermique...) français grâce à l'Etat , on arrive au même prix que le matériel allemand (pas d'aide de l'état allemand pour ça) ? Et la réponse est: parce qu'on aime bien se faire escroquer par des vendeurs qui ne savent pas ce qu'ils vendent! BRAVO!

n°20508176
minusplus
Posté le 10-11-2009 à 18:41:11  profilanswer
 

je pense que la baraque est finie en fait tu vois... [:prozac]


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