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Confort thermique : diffusivité, effusivité, les grandes oubliées !

[Edit 06/12/2018]

Le confort dans l’habitat, l’objectif N°1 de l’immense majorité des occupants des maisons et/ou appartements qui envisagent ou aspirent à des travaux d’amélioration, loin devant tous les autres, allant des économies de chauffage à la conservation du patrimoine en passant par la facilité d’utilisation. 

Le confort, le confort, le leit-motiv donc !

Nous avons déjà largement abordé ce sujet ici dans plusieurs articles.

Nous y avons développé et décortiqué la quasi-unique solution préconisée : l’isolation et nous avons décortiqué pourquoi cette voie, à ne pas négliger bien sûr, n’est malgré tout pas l’alpha et l’oméga du confort.

Le 1er survole l’historique des notions de confort. Il présente les causes de ressenti d’inconfort et les points qu’il faut traiter, on peut le qualifier de généraliste et transversal.

Le 2ème décortique de façon détaillée les causes de l’inconfort, depuis les pertes de calories de notre organisme, la façon dont nous les perdons jusqu’au nécessaire équilibre à rechercher entre l’habitant et son habitat.

Le 3ème s’attache à décrire en détail les voies suivies, analyser si elles sont suffisantes, les points qu’il faut soigner et traiter, il aborde également les orientations que nous conseillons au niveau des matériaux et solutions.

Le présent article rappelle quelques points déterminants en ce qui concerne le ressenti de confort, ce qui met en évidence, une fois de plus, ce que nous devrions prendre en considération pour nous amener à un triste constat : nos erreurs et oublis

C’est ce qui nous a inspiré ce titre car, malheureusement, à la fois les fabricants et les autorités semblent totalement méconnaître deux qualités déterminantes pour les bâtis : la diffusivité et l’effusivité des matériaux, les 2 grandes oubliées !

Ce qui détermine le ressenti de confort

Nous avons déjà abordé ce sujet à plusieurs reprises dans nos colonnes, cependant et attendu qu’il nous semble que la désinformation est telle dans ce domaine, nous allons, ci-après, remettre une fois de plus l’ouvrage sur le métier.

Nous n’en ferons pas un Énième approfondissement, juste un rappel sommaire.

Présence d’eau

L’eau est le vecteur d’échange entre notre organisme et la matière avec laquelle il est le plus souvent en contact : l’air ambiant.

Plus un air est humide, plus il est inconfortable, donc, pour ressentir du confort, il faut vivre dans un air dont l’humidité relative se situe entre 40 et 60%, l’idéal se situant, pour la majorité des personnes “sondées” ou “étudiées” entre 50 et 55%.

Pour stabiliser l’humidité relative de l’air intérieur, il faut le renouveler.

Fuite des calories

Pertes-de-chaleur-habitatOn nous parle très souvent des pertes de calories de nos habitats, de nombreuses illustrations les mettent en exergue, nous connaissons bien les points délicats des principales sources de pertes de nos maisons et immeubles et c’est très bien de connaître ces données. Ceci permet de s’y attaquer et, en les réduisant, de réduire nos dépenses énergétiques, fait incontestable et que donc, nous défendons en permanence.

Cependant, ce faisant, nous traitons les effets, pas les causes.

Pour faire une comparaison avec la médecine, si tant est que la chose soit possible, cette obsession reviendrait à soigner une maladie, pas à s’en prémunir. Plutôt que traiter les effets secondaires d’un accident (fractures, luxations, …) il est préférable d’éviter l’accident …

Qui oserait contester ce point de vue ?

Dans le bâtiment, c’est pourtant ce que nous faisons depuis des lustres : traitement des effets secondaires, pas des causes profondes.

Nous avons souvent entendu, peut-être encore plus souvent, dit :

  • on chauffe pour compenser les pertes,
  • pour chauffer moins, réduisons ces pertes
  • pour réduire ces pertes, isolons !

Fort bien, en opérant ainsi, on traite un effet secondaire : les dépenses inutiles et, par voie de conséquence, la consommation de ressources qui vont rapidement nous manquer; la pollution de l’air par émission de Gaz à Effet de Serre, de micro-particules … bref, tout ce que nous connaissons en terme de méfaits divers mais …

QUELLES SONT LES CAUSES PROFONDES DE L’INCONFORT ?

Les causes profondes de l’inconfort sont effectivement les fuites de calories, mais pas celles de l’enveloppe que constitue l’habitat, non, les nôtres, celles de notre organisme.

Ce sont les sources principales de nos ressentis d’inconfort.

Et ce que nous cherchons, même si nous ne perdons pas de vue l’intérêt d’une moindre consommation, c’est d’être bien dans nos habitats, d’y ressentir du bien être, lâchons le mot magique : DU CONFORT.

Ceci a été confirmé dans des études diligentées par l’ADEME : plus de 80% de ceux qui souhaitent ou envisagent de réaliser des travaux chez eux le feraient pour des raisons de recherche de confort !

Comment perdons-nous nos calories ?

Nous les perdons de plusieurs façons, dont une que nous ne développerons pas car rien ni personne ne peut y changer quoi que ce soit : l’évaporation d’eau liée à notre respiration pulmonaire. Pour exemple et illustration de cette perte : les chiens qui ont trop chaud tirent la langue afin que la salive qui s’y trouve s’évapore et qu’ainsi, ils se rafraichissent par consommation d’énergie liée à une réaction endothermique; pour accentuer cette évaporation, ils soufflent beaucoup d’air sur leur langue en haletant.

Rappelons les fuites qui nous intéressent et le % qu’elles représentent, chiffres que nous tenons d’une étude faite par Madame Agnes Sommet, docteur en pharmacologie, pharmacologue au CHU de Toulouse, maître de conférence à la faculté de médecine. :

  1. radiation, émission sous forme de rayonnement (vidéo) : 60%
  2. convection (vidéo) : 15%
  3. conduction (vidéo) : 3%
  4. évaporation de la sudation : 22%

Contrairement à l’obsession actuelle, uniquement orientée vers le traitement des fuites de l’habitat, nous devrions nous intéresser aux interactions de notre organisme avec notre habitat.

Influences du rayonnement

Comme nous le font comprendre les chiffres ci-dessus, nos pertes principales de calories s’opèrent par rayonnement. Il est donc primordial de s’y intéresser.

Rappel du fonctionnement du rayonnement

Le rayonnement (vidéo) est un moyen, pour un élément chaud, de dissiper sa chaleur sous forme d’onde lumineuse. Il émet ainsi divers rayonnements, chacun dans une gamme de longueurs d’ondes propre. Ceux qui nous intéressent le plus sont les rayonnements infrarouges.

rayonnement-habitat

 

Tout corps, à une température supérieure au zéro degré absolu, émet des rayonnements infrarouges. Leur intensité dépend de sa température de surface, ce qui revient à dire qu’un élément à 30° émet vers un autre élément qui, lui, est à 15° et que, vice versa, cet élément à 15° émet lui-même vers l’élément à 30°. Plus un rayonnement émis est faible, plus l’élément qui l’émet sera ressenti comme étant froid et donc, plus il générera un sentiment d’inconfort.

La nature ayant horreur des déséquilibres, plus l’élément chaud aura une grande différence de niveau d’émission avec l’élément froid, plus le sentiment d’inconfort sera grand..

Ce qu’il est important d’en retenir c’est qu’une paroi dont la température s’approche de 18 ou 19° générera beaucoup plus de confort que si elle se situe vers 12 à 13°.

Nous développerons plus en détail ce genre de situations dans d’autres articles, mais il nous semble important, pour bien saisir l’importance de la diffusivité et de l’effusivité, d’avoir déjà ces notions en tête.

Peut-on se prémunir contre ces échanges ?

Oui, il est possible de s’en prémunir, deux options le permettent :

  • empêcher l’échange de s’opérer. Ceci peut se faire en mettant un obstacle entre les éléments en cause, un des obstacles possibles étant le port d’un vêtement,
  • faire que les températures de surface de tous les éléments soient les plus proches possibles les unes des autres. Certaines capacités des matériaux y contribuent grandement, principalement leur diffusivité et leur effusivité.

Les vêtements

Les avantages des vêtements sont nombreux, le principal étant qu’ils nous suivent et que donc, de ce fait, la barrière est permanente, que nous nous déplacions ou pas, quelque soit la température de surface des éléments auxquels nous nous exposons.

Un autre avantage est que, grâce à notre propre rayonnement, nous les réchauffons et que donc, eux-mêmes émettant des rayonnements, nous bénéficions de ceux qu’il émettent vers nous

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Il serait bon que nous redécouvrions ces principes et que nous acceptions, à nouveau, de porter des vêtements chauds dans nos habitats. C’est une des aberrations de nos types de vie : vouloir vivre peu vêtus dans nos habitats alors qu’il fait froid dehors, ce qui nécessite que les éléments qui nous entourent soient plus chauds, au moins à leur surface. Les 1ers changements pourraient être le retour des charentaises …

Et, selon le titre de cet article : nos grandes oubliées ?

Nous venons de le développer, la source principale de ressenti d’inconfort est due aux pertes de chaleur de notre organisme par rayonnement et échange de calories entre notre peau et les éléments constitutifs de notre habitat.

Dans ces éléments, nous intégrons bien sûr les murs, le(s) sol(s), le(s) plafond(s), mais aussi les meubles et tous les éléments qui “habillent”, occupent et décorent nos intérieurs ainsi que les équipements divers que sont l’électroménager, les ordinateurs …

Tous, sans exception, ont une température de surface qui leur est propre.

Pour ce qui concerne ceux qui ne sont pas en contact avec l’extérieur, leur température de surface est généralement relativement proche de celle de la masse totale de l’élément en question.

Il n’en est pas de même pour ceux qui sont en contact avec l’extérieur.

En ce qui concerne l’été, il est de plus en plus couramment admis que le déphasage (vidéo) (temps nécessaire pour qu’une calorie passe d’une face à une autre d’un élément) est prépondérant. Notons tout de même que sa prise en compte est peu importante puisque les isolants les moins performants dans ce domaine sont encore ceux qui se taillent la part du lion. Citons, entre autres, les laines minérales ainsi que les mousses diverses, PU, PSE, PE (parfois plus connues sous leur nom générique : polyuréthane, polystyrène, polyéthylène …). Ces derniers, du fait d’excellents lambdas, sont mis en œuvre en faible épaisseur, ce qui ne leur permet pas d’atteindre des niveaux de déphasage satisfaisants.

Nous avons déjà abordé ces sujets ici au travers de quelques articles.

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Pour ce qui concerne l’hiver, même si le déphasage a une petite influence, c’est surtout la diffusivité et l’effusivité qui peuvent influer sur la température de surface des éléments et donc sur les échanges par rayonnement que nous aurons avec eux via notre peau.

Voilà pourquoi, attendu que personne n’en tient compte, nous les qualifions de grandes oubliées* (pdf).

La diffusivité

Une des définitions à la fois juste et simple de la diffusivité que nous ayons découverte en dit ce qui suit :

La diffusivité thermique est une grandeur physique qui caractérise la capacité d’un matériau continu à transmettre un signal de température d’un point à un autre de ce matériau. Elle dépend de la capacité du matériau à conduire la chaleur (sa conductivité thermique) et de sa capacité à stocker la chaleur (capacité thermique). La diffusivité thermique est fréquemment désignée par les lettres a,  D ou la lettre grecque α.

Dit autrement et encore plus simplement, elle exprime la vitesse de déplacement d’une calorie dans un matériau continu.

Plus sa valeur est petite pour un matériau donné, moins vite la chaleur s’y déplace … et comme une calorie ne peut être à la fois en 2 points différents, si elle se déplace lentement, cela signifie que :

  • l’hiver, elle stagne plus longtemps du côté d’où elle provient, c’est à dire l’intérieur,
  • l’été, elle demeure assez longuement du côté d’où elle provient : l’extérieur.

Dommage  qu’on ne lui prête pas plus attention : elle permet de sélectionner des matériaux qui retiennent les calories là où on le souhaite : à l’intérieur l’hiver et à l’extérieur l’été.

L’effusivité

Une définition simple et juste de l’effusivité, extraite d’un site marchand, ce que nous faisons rarement mais la qualité de ses approches nous y a incité :

L’effusivité caractérise la sensation de chaud ou de froid que donne un matériau. Si la valeur d’effusivité est élevée, le matériau absorbe rapidement beaucoup d’énergie sans se réchauffer notablement en surface (métal, pierre, faïence…). A l’inverse une valeur d’effusivité faible indique que le matériau se réchauffe rapidement en surface en absorbant peu de chaleur (isolant, bois…).

Dit autrement : tout rayonnement qui aborde un matériau à faible émissivité est capté. L’énergie dégagée par sa captation est transformée en chaleur et non transportée vers l’intérieur du matériau, ce qui provoque la montée en température de sa surface exposée.

Cette température de surface élevée engendre un rayonnement important, rayonnement qui provoque un ressenti de confort.

Plus la valeur de l’effusivité d’un matériau est petite, meilleure est cette réaction et donc plus ce matériau choisi contribue à limiter la convection car la surface de l’élément étant plus chaude, l’air intérieur chaud s’y refroidira moins …

Conclusion

La course au lambda se faisant parfois au détriment de la densité, il faut éviter de tout lui confier et, surtout, il faut attacher une très grande importance à la capacité thermique massique des matériaux isolants, appelée aussi chaleur spécifique, ainsi qu’à leur densité après mise en œuvre.

Qu’ajouter à ce que nous venons de développer ?

Au moins 2 choses :

  • jusqu’à quand nous incitera-t-on à utiliser des matériaux à fort lambda (ce qui en soit est bien) sans prendre en compte leur diffusivité, leur effusivité et leur déphasage ?
  • que faudrait-il faire et vers quelles orientations serait-il bien que nous nous tournions ?

Deux questions dont une restera sans réponse ni proposition, la première. En effet, à part mettre en évidence les aberrations décrites ci-dessus nous n’avons pas la prétention de pouvoir influencer directement le législateur …

Nous l’avons fait, nous espérons l’avoir bien fait et que cet article fera bouger les curseurs, l’avenir nous dira si nous avons contribué à l’ouverture de nouvelles pistes …

En ce qui concerne la seconde question, nous pouvons contribuer à apporter des réponses.

En effet, selon les situations, selon les destinations des locaux, les réponses sont possibles, diverses et variées.

Ceci fera l’objet d’un autre article.

Nous veillerons à rester dans le cadre de propositions pertinentes.

  • un tableau de notre production qui permet de découvrir les : lambda, diffusivité, effusivité, déphasage et valeur Mu (perméance à la vapeur d’eau) d’une centaine de matériaux couramment utilisés dans nos bâtis.
  • Merci à Clément Jamin pour ses apports. Il nous a permis d’améliorer considérablement le fond de cet article et de proposer cette version 2.
Claude Lefrançois
Dans le bâtiment, par passion, depuis presque 40 ans, Ancien charpentier, ancien artisan, ancien constructeur de Maisons à Ossature Bois, ancien maitre d'œuvre, Ancien et encore formateur à l'isolation bio-sourcée, • Titulaire d'un brevet de construction de MOB en kit, Conférencier dans plusieurs domaines liés à l'éco-construction, l'éco-isolation, Youtubeur via des vidéos sur, dans un premier temps, l'isolation et l'efficacité énergétique et, parce qu'il faut aller plus loin, futurement, plus largement, le bâtiment responsable et pertinent, Initiateur et administrateur d'un groupe sur Facebook : Rénovation pertinente » . Pour ceux qui souhaiteraient plus d'informations : www.papyclaude.fr

2 réflexions sur “Confort thermique : diffusivité, effusivité, les grandes oubliées !

  1. Il faudrait aussi mentionner que les lambda sont tout sauf des valeurs fixes, mais qu’ils varient en fonction de divers critères (migration de la vapeur d’eau, caractéristiques physiques des matériaux, entre autres).
    Et comme le dit un de mes amis thermicien chercheur dans l’aéronautique : « heureusement que dans notre domaine, on n’aborde pas la thermique comme dans le bâtiment, sinon nous n’aurions jamais envoyé de fusées dans l’espace ! »
    Cordialement

    • Bonjour Monsieur Le Bris,
      Merci de votre apport, effectivement très juste puisque le lambda est mesuré par un lambdamètre, appareil qui commence son cycle de mesure par la mise à même niveau d’hygrométrie des 2 faces du matériau testé.
      Ceci est imposé par la nécessaire mise en place de conditions de mesure toujours identiques mais qui, de fait, ne sont absolument pas représentatives des conditions courantes d’exploitation d’un bâti ! Comme vous le soulignez, ceci uniquement pour l’influence de l’eau sur ls performances, et il faudrait ne pas se limiter à ces données.
      On comprend mieux, en ayant conscience et connaissance des divers éléments pouvant influer sur les performances d’un isolant, toute l’aberration de l’invention des tests faits dans les chambres climatiques développées par le CSTB et qui ne prouvent strictement rien de pertinent, si ce n’est que les matériaux fibreux testés ne disposant d’aucune capacité d’absorption de vapeur d’eau y ressortent meilleurs que ceux Le constat est fait depuis des décennies sur le terrain : un isolant à bonnes capacités hygroscopiques conservera ses capacités isolantes beaucoup plus longtemps (cf notre article sur la ouate d cellulose : https://www.build-green.fr/la-ouate-de-cellulose-un-isolant-pertinent/),(cf vidéo sur ls qualités et limites d’un isolant : https://www.youtube.com/watch?v=oYr_iSfrxT0&t=21s.
      Nous avons souhaité mettre à disposition du public un tableau qui récapitule les valeurs les plus importantes et que, à notre avis, nous serions bien inspirés de nous attacher à prendre toutes en compte pour sélectionner un matériau isolant : https://www.build-green.fr/produit/comparatif-des-materiaux-isolants-selon-leurs-performances/.
      Nous avons aussi souhaité mettre en avant à quel point l’approche générale est trop simpliste, ceci au fil de nos nombreux articles, qu’il serait fastidieux de citer tous ici mais qui, nous l’espérons, feront avancer les choses … il y a du travail !

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