« Le bois n’a pas de capacité d’accumulation de chaleur, il reste à la température de surface ». Vrai ou faux ?

« Le bois est un matériau « chaud », il jouit d’une faible effusivité (ou faible chaleur subjective), qui fait qu’il a une tendance forte à maintenir une température constante. »

Holalala, on dirait une définition encyclopédique 😦

Reprenons !

Vous avez, je suis prêt à prendre le pari, fait l’expérience de poser votre main sur un revêtement de bois et sur un mur de béton. Vous avez noté combien votre main vous a paru chaude sur le bois alors que vous avez eu une sensation de froid sur le béton. Voilà deux matériaux qui présentent une chaleur subjective différente.

Mais d’où vient ce phénomène ?

Un matériau est caractérisé, thermiquement, par deux paramètres : le premier est la conductivité thermique, que l’on ne peut ignorer dès lors qu’on a déjà acheté de l’isolant, le second est la chaleur volumique, qui signe la capacité de stockage.

On pourrait très bien représenter cela par de petits ballons. En effet, si on imagine la chaleur comme un souffle alors le diamètre de l’embout du ballon serait à l’image de la conductivité du matériau et le volume du ballon lui-même serait une bonne représentation de la capacité de stockage du matériau.

Dessinons donc quelques un de ces ballons :

Ces petits ballons sont bien sympathiques pour comparer, sans migraine, les capacités inertielles de matériaux.

Regardez-y à deux fois et vous ne pourrez que constater que bois lourd (ex: le chêne) et le béton armé jouissent de la même chaleur volumique (à même volume donc), comme le bois léger (ex: les résineux ou le peuplier) a un capacité voisine de celle des parpaings.

Il est faux de dire que le bois (lourd) n’a pas de capacité d’accumulation de chaleur, si, si, tout autant que le béton en réalité ! Cela signifie que pour un même échauffement et un même volume, il « contiendra » le même nombre de calories.

Si les chiffres vous manquent, sachez qu’élever un m3 de bois (lourd toujours) comme de béton de 1 °C nécessitera 600 Wh, dans les 2 cas.

Mais si le bois (lourd, oui, oui) et le béton ont la même capacité de stockage, ils n’ont pas la même inclination à stocker. Un peu comme deux millionnaires peuvent être plus ou moins enclins à partager, une question de générosité quoi 🙂

Et à ce petit jeu, celui qui est le moins enclin au partage, c’est le bois. Regardez comme son embout est petit comparé au béton. Il a le ventre plus gros que les yeux à l’inverse de son cousin minéral qui lui est tout aussi obèse mais plus boulimique.

On peut reprendre les chiffres, ou utiliser Wall-T, pour mener une comparaison sur, par exemple, une paroi épaisse de 20cm. Du fait d’une plus grande conductivité, l’inertie du mur de béton est plus du double de celle du mur de bois (I = 72 Wh/m²/K contre 27 Wh/m²/K).

Un matériau avec une telle capacité de stockage et un caractère aussi « généreux », voilà qui en fait le choix idéal pour de l’inertie d’absorption, c’est-à-dire celui qui s’efforce d’empêcher les variations de la température intérieure. À la façon d’un pisé qui se prendrait pour un refend

Pour autant, mon mur de bois (lou…) ne démérite pas, il se permet de concurrencer la brique en tant que mur d’inertie d’absorption de même épaisseur (I = 36 Wh/m²/K). Les refends en chêne vont-ils remplacer ceux en brique ? 💡

Mais là où il montre une qualité que n’ont pas les autres, c’est dans sa capacité à apporter de l’inertie à la transmission d’un flux de chaleur. Alors que mon mur de béton va transmettre l’onde de chaleur extérieure avec un décalage de 4 h et une réduction de son amplitude au tiers de la valeur initiale, le mur de bois va lui occasionner un retard de 7 h et une réduction de l’amplitude de 85 %.

De cette seule comparaison de deux matériaux, on comprend bien que les matériaux de forte masse thermique (chaleur volumique) ont des intérêts différents selon leur inclination à l’échange : quand on va placer le plus généreux au cœur d’un bâtiment pour stabiliser les fièvres qui pourraient y naître, les moins partageurs se verront muter en périphérie pour retarder et affaiblir les assauts du climat extérieur.

Sur le graphique ci-dessus, on distingue bien ces matériaux : les plus effusifs sont les plus à même de stocker et les moins effusifs présentent eux des capacités de protection contre les variations thermiques.

Mais, il y a une particularité qui saute aux yeux. On constate, en effet, qu’il existe plus d’écart d’attributs thermiques entre la laine de verre et une botte de paille qu’entre un béton armé et un bois léger !

Bien qu’étant un isolant comme la laine de verre (λ = 52mW/m²/K < 65mW/m²/K qui définit les isolants dans la Réglementation thermique), son effusivité comme sa diffusivité se rapproche de celle du béton cellulaire, de la brique ou du bois léger.

Qu’est ce que cela implique ?

Prenons un exemple estival théorique mais concret : une vague de chaleur sinusoïdale faisant monter la température à 35 °C à 17 h, et descendre à 15 °C la nuit et qui viendrait à frapper une toiture isolée soit avec 36 cm de paille soit avec 28 cm de laine minérale de faible densité (résistances thermiques équivalentes).

Du fait de ces caractéristiques thermiques (notamment visible sur le graphe plus haut), une botte de paille de 36 cm transmettra la vague de chaleur sur sa face interne avec un retard de 17 h et un amortissement réduisant l’amplitude extérieure à 1 % de sa valeur initiale. Le pic sur la face interne de cette paroi a lieu à 10 h du matin et dépasse à peine 25,1 °C !

Avec la laine minérale peu dense, l’atténuation n’est qu’à 43% de l’amplitude initiale et le déphasage que de 3h, le pic a donc lieu à 20h et vaut 29,3°C tout de même !

paille_VS_laineminRefaites les calculs vous-même avec Wall-T, si vous voulez 😉

S’agissant de combles, il y aurait relativement peu de surfaces d’échange avec l’ambiance intérieure, alors selon les caractéristiques du bâtiment, ce phénomène pourrait être plus ou moins dilué. Mais avec des rampants (aménagement de combles en particulier), on a peu de volume pour beaucoup de surfaces de toiture — proches des occupants qui plus est — la différence risque donc de se faire bien sentir !

Avec moins d’isolant, c’est encore plus rigolo ! Par exemple, chez moi (:jester:) les 8 cm de laine de verre de quelques rampants amènent un pic de la face interne à 18 h pour 41 °C. Autant vous dire que la pièce monte bien en température et qu’on sent fort bien le rayonnement du rampant. Imaginons que je puisse remplacer cette couche isolante par la même – ridicule – épaisseur de laine de bois, alors le pic ne serait que de 28 °C à minuit…

paille_VS_lainemin_incendieAutre cas intéressant : un incendie. Supposons que la face interne (ignifuge, bien sûr) de ma toiture soit amenée à une température de, disons, 200 °C à midi. Si ma charpente est cachée derrière 8 cm de laine de verre, elle montera à plus de 150 °C dès 13 h et s’auto-enflammera sans nul doute. Si c’est une botte de paille de 37 cm, la charpente atteindra son pic dans la matinée du lendemain, vers 5 h du matin, à moins de 30 °C :o, largement le temps de sortir les meubles et d’intervenir sur l’incendie avant que le toit ne menace de tomber sur la tête des pompiers.

Regardez donc ici, en vidéo, comme la paille brûle mal et comme elle se maintient à basse température :

« 420°C à l’intérieur… et au niveau des murs de paille : on est à 23°C au plus chaud… »

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9 réflexions sur “« Le bois n’a pas de capacité d’accumulation de chaleur, il reste à la température de surface ». Vrai ou faux ?

  1. Bonjour,

    Je découvre votre blog avec beaucoup d’intérêt, et particulièrement ce sujet qui illustre bien la notion de déphasage.
    Je suis novice en la matière, et je recherche quels seraient les isolants les plus appropriés pour garantir un bon confort d’été dans ma rénovation.

    En lisant votre blog, je me dis qu’il serait opportun d’utiliser 20cm (mini) de laine de bois pour isoler correctement mon futur salon de 40m², situé sous toiture.
    En région toulousaine, les 30cm de laine de verre que j’avais envisagés risquent d’être peu efficace l’été…

    Mais en revenant sur ce sujet (qui m’a conduit ici), le doute revient.
    En effet, vous dites : « L’impact des capacités de déphasage d’un isolant est souvent faible par rapport aux autres tactiques de lutte contre la surchauffe. »
    J’y lis aussi « en effet si l’isolant est trop dense et en forte épaisseur, il finira par stocker des calories surtout dans les régions n’offrant que de faibles possibilités de rafraîchissement nocturne »…

    Pourriez-vous m’apporter quelques éléments de réponses ?

    Aussi, quand j’ouvre votre outil Wall-T, et que je remplace les caractéristiques de la paille par celle de la laine de bois 130kg/m² (trouvé ici), j’obtiens un déphasage de 11h et non de 7h comme dans votre exemple.
    Une explication?

    Merci d’avance 🙂

    1. Bonjour et bienvenu sur mon blog donc, David P. 🙂

      Effectivement, si vous avez un salon directement sous rampants, avec peu de volume, vous avez de bonnes chances d’améliorer votre confort en privilégiant un isolant dense. Je parle de probabilités parce que cela dépend également d’autres paramètres comme les menuiseries, les occultations, l’inertie du bâtiment lui-même, etc. Pour avoir une réponse ferme et définitive, il faudrait faire une simulation thermique en régime dynamique.

      C’est pour cela que je parle d’un impact souvent faible de la capacité de déphasage des isolants sur le forum d’Izuba : régulièrement, leur influence est noyée par l’influence des autres paramètres.

      Remplacement de l'isolant léger (laine minérale 15 kg/m3) du rampant par une même épaisseur d'isolant lourd (laine de bois 140 kg/m3).Mais, pour autant, il reste des projets où l’effet est spectaculaire. Ainsi, j’ai le souvenir d’une petite maison avec un grand salon placé sous un rampant de 50 m² exposé plein sud. La substitution d’un isolant léger (laine minérale, 15kg/m²) par un isolant dense (laine de bois, 140 kg/m²), pour une résistance thermique équivalente (R > 7 m²K/W) a eu un effet spectaculaire puisque la température maximale est alors descendu de 10°C et 700 h de confort ont été gagnées (Tint < 27°C) !

      Ce qu’évoque Architecture NATURELLE, c’est qu’il n’y a pas grand intérêt à avoir un isolant inerte, ni même un bâtiment inerte, quand on a pas les moyens de déstocker les calories des matériaux pour qu’il puisse à nouveau éponger les surchauffes le lendemain. C’est, par exemple, le cas en région tropicale, inutile de mettre de la masse, ce serait le meilleur moyen d’avoir tout le temps trop chaud ! Un peu plus loin, il explique également qu’il y a peu d’intérêt voire un risque à avoir un trop grand déphasage de la transmission. Dans votre cas d’ailleurs, il pourrait être intéressant d’apporter un peu plus d’épaisseur (moins de consommation en hiver) mais un peu moins de densité (déphasage maintenu à 12h)…

      Pour ce qui est de ce que vous avez trouvé avec Wall-T, c’est vous qui avez raison, je me suis trompé, mon résultat est avec 8 cm d’isolant (même épaisseur que l’isolant léger), je corrige de ce pas !

  2. Salut Olivier, c’est Étienne Bertaud (du Forum d’Izuba). Pas d’opposition à ce que, comme l’an passé, j’utilise un de tes article pour l’examen de mes étudiants (thermique du bâtiment) ? L’an passé, je les avais fait plancher sur l’article sur l’intermittence et là, j’aimerai les faire travailler sur celui-ci…

    1. Ouah, non, non, pas d’opposition, je suis même très flatté (il est où l’émoticône qui rougit ?! ah en voilà un !) blush.
      Je te demanderais juste de citer ta source pour amener un peu de trafic sur mon blog hihi 😉
      Mais bon, vu que tu demandes avant de faire, je me doute pas que c’est prévu -_-

  3. Bonjour! Bravo pour votre blog qui permet grâce à vos dessins une interprétation facile des bases de la thermique!! Quel matériaux sont meilleurs que le bois léger pour avoir une sensation de parois chaude?

    1. Merci Simon pour votre compliment, cela me fait très plaisir ! 😛

      Pour avoir une sensation de paroi chaude – intéressante en hiver dans une salle de bains, p. ex. – il faut que le matériau de contact soit peu enclin à voler vos calories (petit embout de ballon, soit une conductivité λ faible) et que, lorsqu’il le fait, qu’il s’échauffe vite pour que vous ayez l’impression rapide de toucher quelque chose de tiède (ce qui équivaut à un faible réserve d’air dans le ballon donc une faible chaleur volumique).

      Mine de rien, on vient de trouver la définition de l’effusivité : E = √λρC…

      Mouvement brownien oblige, il est difficile de trouver un matériau dont la conductivité et la densité sont faibles sans que la capacité thermique ne soit forte.

      Si vous cherchez une alternative au bois léger, il faudra donc oublier un peu la capacité C, et chercher quelque chose de plus léger et moins conducteur.

      Le problème est que vous allez vite vous retrouver avec des isolants selon moi peu recommandables (laines minérales, mousses synthétiques) comme parement intérieur.

      Si vous regardez la BDD ici, vous verrez que les matériaux fréquentables moins effusifs (< 300 J/K/m²/√s) que le bois léger sont des bétons légers : le béton cellulaire, le béton chaux-chanvre et les bétons terre-paille. Que des matériaux qui s’adaptent très bien à l’ancien (où on les retrouve déjà) et qui ont de bons bilans environnementaux et sanitaires.

      Cependant, il y a beaucoup mieux ! Tous les revêtements fins que l’on utilise ont des effusivités extrêmement faibles (< 1 J/K/m²/√s), que ce soit le papier, le PVC, les tissus, le crépis, ou encore mieux le liège. Hé oui, je suis bêtement en train de vous dire que les traditions constructives passées ne se trompaient pas en utilisant la terre, la chaux, les végétaux pour leurs bétons puis les tapisseries et les rideaux comme parements ! Des solutions toutes peu effusives mais très efficientes (faible entropie).

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