Guide d'étude visuel · thermique du bâtiment
La capacité d'un bâtiment à stocker de la chaleur dans sa masse, puis à la restituer plus tard. Elle lisse et retarde les variations de température, sans jamais créer de fraîcheur par elle-même.
Un cycle de 24 heures en été, dans une pièce dont les parois lourdes sont en contact direct avec l'air intérieur.
Toute la notion se lit sur deux courbes. L'exemple correspond à un bâtiment de constante de temps 12 h soumis à une variation sinusoïdale de la température extérieure.
f = Aint / Aext
Part de l'amplitude extérieure qui subsiste à l'intérieur. Ici f = 2,4 / 8 ≈ 0,30 : l'intérieur ne voit que 30 % des variations. Plus f est petit, mieux c'est.
Δt = tpic int − tpic ext
Retard du pic intérieur sur le pic extérieur. Ici ≈ 4,8 h : un pic à 15 h dehors arrive vers 19 h 50 dedans, au moment où l'on peut commencer à ouvrir les fenêtres.
Elles se calculent toutes à partir de la masse volumique ρ, de la capacité thermique massique c et de la conductivité λ, mais répondent à trois questions différentes.
ρc
Capacité thermique volumique, en kJ/(m³·K). L'énergie stockée par m³ pour 1 K d'élévation.
a = λ / (ρc)
Diffusivité, en m²/s. Plus elle est faible, plus l'onde thermique est lente et atténuée : c'est elle qui fixe le déphasage.
b = √(λρc)
Effusivité, en J/(m²·K·s½). Plus elle est élevée, plus la paroi capte vite la chaleur de la pièce.
Propriétés typiques, classées par capacité volumique
Chaque barre est à l'échelle de sa propre colonne. Ordres de grandeur : les fiches produits font foi.
La masse côté intérieur absorbe les apports de la pièce (soleil, occupants, appareils). Critères : masse accessible, effusivité élevée. Pour le cycle de 24 h, les dix premiers centimètres de béton environ font l'essentiel du travail.
L'onde de chaleur venue de l'extérieur traverse la paroi avec retard et affaiblie. Critères : diffusivité faible, résistance thermique élevée. Elle compte surtout sous une toiture ou derrière une paroi très ensoleillée.
C'est la position de la masse qui décide : trois parois, trois comportements
Modèle d'une onde thermique journalière dans un milieu homogène semi-infini, avec une amplitude imposée de 15 °C sur la face extérieure. Il donne des ordres de grandeur : il ignore les échanges de surface et les multicouches, que traite la norme ISO 13786.
Tous les matériaux à cette épaisseur
Une maison de 100 m² et 250 m³, modélisée par une seule capacité et une seule résistance. La courbe de référence garde toujours les mêmes déperditions avec une inertie très légère.
L'inertie n'est pas bonne en soi. Elle vaut ce que valent le climat, l'occupation et la conduite du bâtiment.
| Situation | Verdict | Pourquoi |
|---|---|---|
| Été avec nuits fraîches (grand écart jour/nuit) | Très utile | La masse se décharge la nuit grâce à la surventilation et garde la fraîcheur le jour. |
| Hiver ensoleillé, baies au sud | Utile | Les apports gratuits sont stockés au lieu de surchauffer la pièce, puis restitués le soir. |
| Logement occupé en continu | Utile | Température stable, moins de sensations de paroi froide ou chaude, pics de chauffage lissés. |
| Canicule longue avec nuits chaudes | Utile, puis limité | La masse retarde la surchauffe de quelques jours, mais finit par se charger si elle ne peut plus se vider. |
| Climat chaud et humide, peu d'écart jour/nuit | Peu utile | Il n'y a pas de fraîcheur nocturne à stocker. Protection solaire et ventilation passent devant. |
| Occupation intermittente (résidence secondaire, salle de réunion) | Pénalisant | Une masse froide met du temps à se réchauffer : relance lente et énergie absorbée par les parois plutôt que par l'air. |
« Un mur épais en béton isole bien. »Faux. Le béton conduit environ cinquante fois mieux qu'une laine minérale. Il stocke, il n'isole pas.
« L'inertie rafraîchit le bâtiment. »Faux. Elle décale et lisse. Il faut une source de fraîcheur, généralement l'air de la nuit, pour faire baisser la moyenne.
« Plus de masse, c'est toujours mieux. »Faux. Au-delà de la profondeur utile, le gain sur le cycle journalier devient faible, et l'inertie pénalise les usages intermittents.
« Une maison à ossature bois n'a aucune inertie. »Excessif. Une chape, des cloisons lourdes ou un isolant dense peuvent en apporter, par absorption comme par transmission.
« Un béton isolé par l'intérieur garde son inertie. »Pas pour la pièce : le doublage le coupe de l'air intérieur. L'isolation par l'extérieur laisse la masse disponible.
« 12 h de déphasage garantissent une maison fraîche. »Non. L'essentiel des surchauffes vient souvent des vitrages et des apports internes, que le déphasage d'une paroi ne traite pas.
τ = C / H
C capacité (J/K), H déperditions (W/K), τ en secondes. Mieux isoler augmente τ autant qu'ajouter de la masse.
f = 1 / √(1 + (ωτ)²) Δt = arctan(ωτ) / ω
ω = 2π/P ; P = 24 h, donc ω ≈ 0,262 h⁻¹. Δt ne dépasse jamais P/4 = 6 h dans ce modèle.
δ = √(a P / π)
Profondeur où l'amplitude tombe à 37 %. Sur 24 h : environ 15 cm pour le béton, 7 cm pour le bois.
f = e−x/δ Δt = (x/δ) · P/(2π)
x épaisseur traversée. Ici le déphasage n'est plus plafonné, car la paroi agit comme une infinité de petites capacités.
Hv = 0,34 · n · V
Hv en W/K, n en vol/h, V en m³. 250 m³ à 4 vol/h donnent 340 W/K.
C = Cm · S
Cm de 80 (très légère) à 370 kJ/(m²·K) (très lourde), par m² de surface de plancher S.
Maison de 100 m², classe d'inertie moyenne (165 kJ/m²K), H = 100 W/K. Dehors, la température oscille de ±8 °C autour de sa moyenne sur 24 h. Quelle oscillation à l'intérieur, et avec quel retard, sans apports ni ventilation ? Que devient-elle si H = 300 W/K ?