Résistance thermique d’un mur augmentée par sa masse

Comme au rugby…

Ceux qui ont déjà joué au rugby le savent bien, il n’y a guère que deux façons de plaquer un adversaire en pleine course :

  • On se cale au sol et on l’intercepte de face, façon Chabal ou première ligne de défense au foot US :no: . Le choc est rude, le défenseur doit être sacrément athlétique,
  • Lorsqu’on est moins costaud, on évite le choc frontal et on arrive de façon tangente pour accompagner le mouvement et le freiner grâce à sa propre vitesse et masse. :yes:

Figurez-vous que ces deux tactiques se retrouvent également pour un mur de bâtiment dont le rôle est d’arrêter le front froid venant de l’extérieur !

La première technique est celle de l’isolant. Il se place vaillamment face au froid extérieur et l’empêche de pénétrer dans l’enceinte protégée en faisant obstacle de tout son corps. Comme pour le premier plaqueur, l’isolant se doit d’être solidement charpenté pour protéger des froids les plus vifs, les Jonah Lomu climatiques, sinon il y a fort à parier que la ligne d’essai sera franchie.

Il doit également être bien positionné sur le terrain pour éviter de rester simple spectateur ou malheureux plaqueur rafuté par les ponts thermiques.

La seconde méthode est issue d’une époque où l’on ne disposait que de peu d’isolants performants mais où l’on avait un sens bioclimatique affuté. Cette fois-ci, il ne s’agit plus de faire face au front de chaleur/froid mais de l’accompagner dans son mouvement et de finalement retourner contre lui sa propre force.

Cette seconde méthode est exigeante quant à ses conditions de fonctionnement optimal :

  • la température extérieure doit dépasser la consigne intérieure de façon suffisamment longue pour « nourrir » le mur d’un flux chaud venant de l’extérieur (celui-là est gratuit),
  • le mur doit être de masse thermique élevée (= dense) et suffisamment épais pour pouvoir stocker en son cœur une partir de ce flux chaud.

Bien sûr, un plaqueur bien costaud qui ne bouge pas de ses appuis sera toujours plus efficace que celui qui poursuit son adversaire désespérément et tente une cuillère au dernier moment. Mais, de la même façon qu’il y a des physiques et des qualités différentes au sein d’une même équipe, on peut imaginer qu’un bâtiment adopte plusieurs stratégies d’adaptation au climat.

Situation théorique idéale

Dans la vidéo précédente , j’ai testé une variation climatique sinusoïdale après un état d’équilibre statique (Tinit = 21°C). Malgré une variation de température extérieure ne dépassant que de peu la température intérieure (21°C max. pour 15°C de consigne intérieure), l’effet est probant puisque le mur affiche une conductance thermique 68% moins élevée que ce que la méthodologie réglementaire aurait pu annoncer (R=2,76 au lieu de R=0,88 m².K/W en calcul statique pour ce mur de terre crue de 60 cm d’épaisseur) au bout des 6 jours d’études.

Si on compare différents matériaux, on comprend que les masses thermiques (masse x chaleur spécifique) sont à la source d’un comportement de déphasage et d’amortissement , par rapport au flux théorique (statique, en jaune) issu de la paroi intérieure d’autant plus important qu’elles le sont elles-mêmes.

Regardons-y de plus prêt en analysant l’écart entre prédiction statique et dynamique des cumuls de flux positifs — directement liés aux consommations de chauffage d’où le titre du graphique — à l’instant t (soit le décompte de tous les flux qui ont quitté la paroi intérieure entre le début de l’expérience et le moment observé*).

*Comme si on insérait de l’argent à intervalle de temps régulier dans une tirelire et qu’on se demandait combien on avait mis, en tout, au bout d’un temps t…

Autant pour la paroi légère (PolyStyrène Expansé 5cm), les écarts flottent tout gentiment autour de zéro (graphe de gauche), autant pour les parois en terre, l’écart ne cesse de se creuser au fur et à mesure que les variations journalières s’accumulent. Au bout de 6 jours, on constate que l’évaluation statique surévalue les quantité de chaleur de resp. 215%, 58% et 0% pour la terre de 60cm, de 35cm ou le PSE de 5cm (graphe de droite).

Mais la résistance dynamique, à l’image des courbes de droite, décroit de façon logarithmique et tend vers la valeur statique au fur et à mesure que les jours passent et que s’épuisent le capital initial (mur à 21°C), malgré les pics de température extérieure (Text>15°C), trop faibles pour « nourrir » le mur.

Nos 8 cm d’isolant virtuels se seraient donc érodés au fur et à mesure que nous aurions poursuivi la simulation, sans jamais disparaître (il reste pas loin de 4 cm au bout de 24 jours, et il en restera toujours… sauf à l’infini :wait: ).

Comportement sur une saison froide archétypique

Maintenant que ce passe-t-il avec un fichier météo plus réaliste ? Les charges journalières (Text>15°C) suffisent-elles à maintenir un minimum d’isolant virtuel ? Retrouve-t-on un comportement différent selon la masse thermique ?

Nous avons simulé différentes parois de plus ou moins fortes masses thermiques, de la paroi fine de polystyrène expansé à nos deux parois de terre crue, en passant par le parpaing et le béton cellulaire. Et ce en considérant un début de saison froide à Agen (météo standardisée RT2012) :

On s’aperçoit qu’il existe bien une discrimination en fonction de la masse thermique, il semble en effet apparaître 3 comportements distincts :

  1. Pour des inerties très faibles (I~100 Wh/m²/K), il n’existe pas d’écart non négligeable entre « consommations » statiques et dynamiques,
  2. Pour des inerties moyennes (I~101 Wh/m²/K), l’écart existe mais il reste faible (1-5%),
  3. Pour des inerties fortes (I~102 Wh/m²/K), cet écart est supérieur à 10%, ce qui n’est plus négligeable.

On pourrait s’arrêter ici… On conclurait que derrière un mur lourd, arrivée à la fin de l’année, j’aurais consommer 10% de moins de chauffage que ce qu’avait prévu le calcul statique. Alors que derrière un mur de parpaing, le calcul théorique aurait été bon à 1% près. Démonstration aurait été faite de la résistance thermique augmentée par la masse.

Sauf qu’on manquerait un phénomène intéressant quoique handicapant pour nos murs lourds : l’apogée de l’hiver. :pingu:

Il faut le reconnaître : l’hiver fait mal à la résistance thermique augmentée par la masse ! :faint:

Alors que la courbe était ascendante jusqu’à la fin de l’année, elle décroît continuellement jusqu’à la mi-mars malgré quelques sursauts velléitaires. Elle repart ensuite avec une croissance telle que l’on revient vers nos 10% d’écart trouvés fin décembre.

On comprend maintenant mieux comment fonctionnent nos vieilles bâtisses aux murs épais et lourds. Tant que l’hiver n’est pas installé, elles résistent aux baisses de températures par un effet tampon dû à l’inertie de transmission de parois chargées en fin d’été. Mais quand l’hiver est installée et qu’il n’y a nulle calories à récupérer dehors, alors elles se comportent comme l’annonce le calcul statique, elles laissent fuir la chaleur à travers les murs comme le sable entre les doigts.

Cela semble en accord avec mon expérience de vie dans une telle maison : ici, nous allumons le chauffage après nos voisins aux murs moins épais et nous l’éteignons avant eux mais au cœur de l’hiver, il ne fait pas bon laisser le foyer s’éteindre.

Si dans un premier temps, nous avons pu mettre en exergue le rôle de la masse thermique dans cet effet de résistance dynamique, cette deuxième observation durant tout un hiver nous laisse entendre — sans surprise — le rôle essentiel de la météo.

En prenant les données météos de la RT2012 et en regardant les écarts en fonction de la moyenne des températures supérieures à la consigne intérieure, on se rend compte que les zones les plus septentrionales semblent plus à même de profiter de la résistance thermique augmentée par la masse.

Il faudrait poursuivre encore cette étude — et je le ferai à temps perdu — pour connaître l’impact des apports solaires ou d’une météo moins lissée que celle d’une réglementation sur cet effet de résistance dynamique. En tout cas, il semble clair que le phénomène existe même avec des hypothèses aussi simplifiées que celles que j’ai utilisées.


À propos d’inertie, j’ai réalisé un widget-calculette pour déterminer l’inertie d’une paroi et l’épaisseur nécessaire pour un déphasage donné.

Publicités