Comment la chaleur traverse les solides
La chaleur circule du chaud vers le froid de trois façons : conduction dans les solides, convection dans les fluides en mouvement et rayonnement. Dans les murs, les vitrages, les casseroles ou les dissipateurs, la conduction est souvent la voie principale. Joseph Fourier l’a décrite en 1822 avec une loi qui reste la base du calcul des isolants.
La loi de Fourier pour une paroi plane
Φ = λ × S × ΔT ÷ e
- Φ est le flux de chaleur en watts ;
- λ la conductivité thermique du matériau, en W/(m·K) ;
- S la surface, e l’épaisseur et ΔT l’écart de température entre les deux faces.
La résistance thermique de la couche vaut R = e ÷ λ, en m²·K/W. C’est la valeur indiquée sur les emballages d’isolant et exigée pour les aides à la rénovation.
Conductivité des matériaux courants
| Matériau | λ, W/(m·K) |
|---|---|
| Cuivre | environ 400 |
| Aluminium | environ 237 |
| Acier | environ 50 |
| Acier inoxydable | environ 16 |
| Béton | 1,4 à 2 |
| Brique pleine | 0,6 à 1 |
| Verre | environ 1 |
| Bois résineux | environ 0,13 |
| Laine minérale, PSE | environ 0,035 |
| Polyuréthane | environ 0,023 |
Exemple
10 m² de laine minérale de 10 cm d’épaisseur, avec 20 °C d’un côté et 0 °C de l’autre :
- R = 0,10 ÷ 0,035 = 2,86 m²·K/W
- Φ = 0,035 × 10 × 20 ÷ 0,10 = 70 W
- Sur une journée : 70 × 24 = 1,68 kWh
Avec la même épaisseur de béton, le flux serait environ 50 fois plus élevé.
Plusieurs couches
Pour un mur composé, on additionne les résistances : R_total = e₁/λ₁ + e₂/λ₂ + … plus les résistances superficielles intérieure (0,13 m²·K/W) et extérieure (0,04). Le flux vaut alors ΔT × S ÷ R_total. Utilisez ce calculateur couche par couche, puis additionnez les R. Le coefficient de transmission U, utilisé par la réglementation thermique, est l’inverse de R_total.
Repères pour la rénovation
Les aides comme MaPrimeRénov’ et les certificats d’économies d’énergie exigent en général R ≥ 7 en combles perdus, R ≥ 6 en rampants, R ≥ 3,7 pour les murs et R ≥ 3 pour les planchers bas. Le calcul ne tient pas compte des ponts thermiques (ossature, fixations, menuiseries), qui peuvent augmenter les pertes réelles de 10 à 20 % ou plus, ni de l’humidité, qui dégrade fortement un isolant mouillé.