Resistance thermique

Définition de la résistance thermique

La résistance thermique, notée R, est une propriété intrinsèque d’un matériau ou d’une structure qui mesure son opposition au passage de la chaleur. Elle se définit comme le rapport entre la différence de température entre deux faces du matériau ou de la structure (en kelvins, K) et le flux thermique qui les traverse (en watts, W). Cette résistance s’exprime donc en kelvins par watt (K/W). En d’autres termes, plus la résistance thermique d’un matériau est élevée, moins il laisse passer la chaleur, ce qui le rend plus isolant. Son calcul tient compte de différents facteurs tels que la conductivité thermique du matériau et son épaisseur.

Le saviez-vous ? Le Watt, de symbole W, est l’unité de mesure de la puissance électrique. Il est souvent exprimé en kilo-Watt (kW) : 1 kW = 1000 W. Attention ! il ne faut pas le confondre avec le kWh.

• Définition et importance : La résistance thermique, notée R, mesure l’opposition d’un matériau au passage de la chaleur. Plus elle est élevée, meilleur est l’isolant. Son unité est le Kelvin par Watt (K/W).
• Lien avec la conductivité thermique : La résistance thermique est inversement proportionnelle à la conductivité thermique (λ). Plus λ est faible, plus le matériau est isolant.
• Applications pratiques : La résistance thermique s’applique aux matériaux individuels et aux structures complètes (murs, toits), influençant directement la performance énergétique des bâtiments.
• Coefficient R : Un coefficient R élevé signifie une meilleure isolation. Il est crucial pour réduire les pertes de chaleur et les coûts énergétiques. Ce coefficient est aussi important pour obtenir des aides financières pour les travaux d’isolation.
• Paramètre lambda (λ) : Le lambda est la conductivité thermique. Un lambda faible indique une bonne isolation. Le calcul de la résistance thermique dépend directement de ce paramètre, selon la formule R = épaisseur / λ.

Pour mieux appréhender la résistance thermique, il convient de la relier au concept de conductivité thermique. Cette dernière mesure la capacité d’un matériau à conduire la chaleur. Ainsi, plus la conductivité thermique d’un matériau est faible, plus sa résistance thermique est élevée.

Il faut aussi noter que la résistance thermique ne se limite pas à l’isolation d’un matériau mais peut également s’appliquer à une structure entière, comme une paroi ou une toiture. Cela prend en compte la combinaison de plusieurs matériaux et leurs épaisseurs respectives.

Enfin, la résistance thermique est directement liée à la performance thermique d’un bâtiment. Un meilleur coefficient de résistance thermique contribue à une réduction significative des pertes de chaleur, et donc à une économie d’énergie.

L’unité de mesure de la résistance thermique est le Kelvin par Watt (K/W) ou le mètre carré Kelvin par Watt (m².K/W), selon que l’on considère un matériau dans l’absolu, ou un élément de construction. Cette unité résulte de la formule de calcul de la résistance thermique : R = e / λ, où ‘e’ est l’épaisseur du matériau et ‘λ’ sa conductivité thermique.

• K/W : Cette unité est utilisée quand on considère la résistance thermique d’un matériau sans tenir compte de sa forme ou de sa taille. Elle exprime la résistance thermique d’un matériau pour une épaisseur d’un mètre. Par exemple, si un matériau a une résistance thermique de 0,04 K/W, cela signifie qu’il faut 0,04 Kelvin de différence de température pour qu’un watt de chaleur traverse un mètre de ce matériau.
• m².K/W : Cette unité est utilisée quand on considère la résistance thermique d’un élément de construction, comme une paroi ou un plancher. Elle exprime la résistance thermique d’un mètre carré de cet élément pour une différence de température de un Kelvin. Par exemple, si une paroi a une résistance thermique de 2 m².K/W, cela signifie qu’il faut une différence de température de 2 Kelvin pour qu’un watt de chaleur traverse un mètre carré de cette paroi.

L’unité W/mK et son interprétation

L’unité W/mK est utilisée pour exprimer la conductivité thermique d’un matériau, notée ‘λ’. Cette unité signifie ‘Watt par mètre et par Kelvin’. C’est la valeur qui quantifie la capacité d’un matériau à conduire la chaleur. Une conductivité thermique faible indique que le matériau est un bon isolant. Par exemple, un matériau avec une conductivité thermique de 0,032 W/mK est plus isolant qu’un autre avec une conductivité de 0,040 W/mK.

L’interprétation de cette unité est simple : pour un matériau d’une épaisseur d’un mètre, une différence de température de 1 Kelvin entre ses deux faces génère un flux de chaleur de 1 Watt (W). Autrement dit, un matériau avec une conductivité thermique de 1 W/mK laisse passer 1 Watt de chaleur pour 1 mètre d’épaisseur et 1 Kelvin de différence de température.

L’unité W/m²K : quelle différence ?

L’unité W/m²K est couramment utilisée pour mesurer la transmission thermique d’une paroi d’une structure, plus spécifiquement, le coefficient de transmission thermique noté U. Cette mesure reflète la quantité de chaleur qui traverse une paroi, par unité de temps, de surface et de différence de température entre les deux côtés de la paroi.

Il est crucial de noter que cette unité est l’inverse de la résistance thermique. Ainsi, une faible valeur U indique une meilleure isolation thermique. Par exemple, une paroi avec un U de 0,25 W/m²K est plus isolante qu’une autre avec un U de 1,5 W/m²K.

Il est également important de comprendre que la valeur U d’une paroi est déterminée par la conductivité thermique lambda (λ) du matériau utilisé et son épaisseur. La formule est : U = lambda / épaisseur.

Donc, si on sait que la résistance thermique R est égale à l’épaisseur divisée par lambda (R = épaisseur / λ), on peut également exprimer U comme l’inverse de R (U = 1 / R).

Le coefficient R et son importance

Le coefficient R, aussi appelé résistance thermique, revêt une importance majeure en matière d’isolation. Il permet d’évaluer la performance d’un matériau isolant en termes de résistance à la transmission de chaleur.

Plus le coefficient R est élevé, plus le matériau est isolant. Il est donc essentiel de choisir des matériaux avec un R élevé pour optimiser l’isolation thermique d’un bâtiment. Ce choix aura un impact direct sur la consommation énergétique et, par conséquent, sur les coûts d’énergie.

Il est à noter que le coefficient R d’un isolant peut être augmenté en ajoutant une seconde couche de matériau, si la surface le permet. Par ailleurs, le coefficient R est aussi un critère pour l’obtention de certaines aides financières destinées aux travaux d’isolation.

Enfin, la valeur du coefficient R dépend de deux facteurs principaux : la conductivité thermique du matériau (lambda) et son épaisseur. C’est pourquoi le choix du matériau et son installation doivent être réalisés avec soin pour garantir une isolation efficace.

Le lambda isolation : un paramètre clé

Le lambda isolation, noté λ, est la conductivité thermique d’un matériau. Plus précisément, il s’agit du flux de chaleur qui traverse un mètre d’épaisseur pour une différence de température de 1 kelvin entre les deux faces du matériau.

Cette valeur est exprimée en Watts par mètre kelvin (W/mK). Un faible lambda signifie que l’isolant est performant, car il conduit peu la chaleur. La formule générale pour calculer la résistance thermique (R) d’un isolant est R = épaisseur / λ.

Ainsi, le lambda est un paramètre déterminant pour le choix d’un matériau isolant. Sa connaissance permet d’optimiser la performance de l’isolation en fonction de l’épaisseur disponible.

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Formule de base pour le calcul

Pour calculer la résistance thermique, vous devez utiliser la formule de base suivante : R = e / λ. Dans cette formule :

• R représente la résistance thermique, en m².K/W.
• e désigne l’épaisseur de l’isolant, en mètres.
• λ fait référence à la conductivité thermique du matériau, en W/m.K.

Cette formule indique que la résistance thermique augmente avec l’épaisseur de l’isolant et diminue avec la conductivité thermique du matériau. Par conséquent, un matériau avec une faible conductivité thermique et une grande épaisseur aura une résistance thermique élevée, ce qui signifie qu’il est un bon isolant.

Comment calculer lambda ?

Pour calculer la valeur lambda (λ), il faut manipuler la formule de la résistance thermique. En effet, si R = e / λ, alors λ = e / R. Il vous suffit donc de diviser l’épaisseur de l’isolant (e) par la résistance thermique (R) pour obtenir le lambda.

• e : épaisseur de l’isolant en mètres
• R : résistance thermique en m².K/W

Notez que la valeur lambda est une caractéristique intrinsèque de chaque matériau. Elle est généralement fournie par le fabricant sur la fiche technique du matériau. Plus la valeur de λ est faible, plus le matériau est isolant.

Comment calculer R pour un isolant ?

Pour calculer la résistance thermique R d’un isolant, nous avons besoin de deux informations : l’épaisseur de l’isolant (notée e) et la conductivité thermique du matériau isolant (notée λ).

1. Épaisseur de l’isolant (e) : Mesurée en mètres, elle est généralement fournie par le fabricant ou peut être mesurée directement sur l’isolant.
2. Conductivité thermique (λ) : Cette valeur, exprimée en W/m.K, est une caractéristique propre à chaque matériau. Elle est généralement indiquée sur la fiche technique de l’isolant.

Une fois ces valeurs obtenues, insérez-les dans la formule de calcul de la résistance thermique : R = e / λ. Le résultat obtenu représente la capacité de l’isolant à résister à la diffusion de la chaleur. Plus cette valeur est élevée, plus l’isolant est performant.

Résistance thermique du béton

Le béton est un matériau couramment utilisé en construction, notamment pour sa résistance mécanique. Cependant, en matière de résistance thermique, le béton présente des caractéristiques spécifiques.

Sa résistance thermique dépend de sa conductivité thermique, notée λ, qui est autour de 1,5 W/mK pour un béton standard. Cette valeur peut varier en fonction de la composition du béton.

Le calcul de la résistance thermique du béton s’effectue de la même manière que pour les autres matériaux, en utilisant la formule R = e / λ, où e est l’épaisseur du matériau.

Il est à noter que le béton, bien qu’il ait une conductivité thermique relativement élevée comparée à d’autres matériaux de construction, peut tout de même contribuer à l’efficacité énergétique d’un bâtiment grâce à sa capacité à stocker de la chaleur, aussi appelée inertie thermique.

En outre, il existe des variantes de béton, comme le béton cellulaire, qui présentent une meilleure résistance thermique grâce à leur structure alvéolaire emprisonnant l’air.

Résistance thermique du polystyrène

Le polystyrène est largement utilisé comme matériau isolant notamment pour ses bonnes performances en termes de résistance thermique. On distingue principalement deux types de polystyrène : le polystyrène expansé (PSE) et le polystyrène extrudé (XPS).

La résistance thermique du polystyrène dépend de plusieurs paramètres, dont :

• La conductivité thermique : Le polystyrène présente une conductivité thermique faible, généralement entre 0,029 et 0,038 W/m.K. Une faible conductivité thermique signifie que le matériau conduit peu la chaleur, ce qui est un atout pour un isolant.
• L’épaisseur du matériau : Plus le matériau est épais, plus sa résistance thermique est élevée. Pour un polystyrène de 14 cm par exemple, la résistance thermique peut atteindre 3,7 m².K/W.

Ces caractéristiques font du polystyrène un matériau très efficace pour l’isolation thermique, capable de limiter les pertes de chaleur et ainsi de contribuer à des économies d’énergie notables.

Résistance thermique du polystyrène expansé

Le polystyrène expansé, aussi connu sous le sigle PSE, est un matériau isolant largement utilisé. Sa résistance thermique est variable selon la densité du matériau, avec des valeurs typiques allant de R-3,69 pour le Type 1 à R-4,15 pour le Type 3.

La résistance thermique du PSE est liée à sa faible conductivité thermique, située généralement entre 0,030 et 0,038 W/m.K. Cela signifie que le PSE est efficace pour réduire la transmission de chaleur, ce qui est un avantage majeur pour un matériau isolant.

• Il convient de noter qu’une épaisseur plus importante de PSE conduit à une résistance thermique plus élevée. Par exemple, pour une épaisseur de 24 cm, la résistance thermique peut atteindre R=7, et pour 34 cm, R=10.
• De plus, la résistance thermique du PSE peut être calculée en divisant l’épaisseur de l’isolant par sa conductivité thermique. Par exemple, pour une épaisseur de 60 mm et une conductivité thermique de 0,032W/ (m.K), la résistance thermique est R = 0,06 / 0,032 soit R = 1,875 m².K/W.

Cependant, la résistance thermique n’est pas le seul critère à considérer pour le choix d’un isolant. D’autres facteurs, tels que la résistance à l’humidité ou la facilité de mise en œuvre, sont également importants.

Résistance thermique du polystyrène extrudé

Le polystyrène extrudé, couramment dénommé XPS, est réputé pour ses capacités d’isolation. La conductivité thermique du XPS varie généralement entre 0,029 et 0,037 W/m.K, traduisant une résistance thermique importante pour une épaisseur donnée.

Ce matériau se distingue par sa structure à cellules fermées, ce qui lui confère une résistance mécanique élevée et une bonne résistance à la vapeur d’eau.

Pour calculer la résistance thermique du XPS, on utilise la formule R = e / λ, où ‘e’ est l’épaisseur du matériau en mètres et ‘λ’ sa conductivité thermique. Par exemple, pour un XPS de 14 cm d’épaisseur avec une conductivité thermique de 0,038 W/m.K, la résistance thermique est de 3,7 m².K/W.

Malgré son efficacité thermique, le XPS ne possède pas de propriétés insonorisantes ni ignifuges. Son bilan environnemental est également à prendre en compte, notamment en raison des agents gonflants utilisés dans sa fabrication.

Résistance thermique de la ouate de cellulose

La ouate de cellulose présente une résistance thermique remarquable, s’adaptant à diverses applications d’isolation. Sa résistance thermique est généralement comprise entre 0,035 et 0,041 W/mK, ce qui en fait un excellent choix en matière d’isolation thermique.

• Pour une épaisseur de 30 cm, la résistance thermique de la ouate de cellulose est d’environ 7 m².K/W.
• Cependant, pour atteindre une résistance thermique de 7, une épaisseur de 27 cm de ouate de cellulose est généralement nécessaire.
• Elle peut atteindre jusqu’à 10,70 m².K/W en fonction de l’épaisseur et de la technique de pose utilisée.

La ouate de cellulose offre ainsi une isolation performante, tout en étant issue de matériaux recyclés, ce qui contribue à son aspect écologique.

Résistance thermique du polyuréthane

Le polyuréthane se distingue par sa très faible conductivité thermique, généralement autour de 0,022 W/m K. Cette caractéristique en fait un excellent matériau pour l’isolation thermique. Pour un panneau de polyuréthane d’une épaisseur de 10 cm, sa résistance thermique sera de 4,65 m2 K/W.

Le coefficient de conductivité thermique du polyuréthane est l’un des plus performants parmi les matériaux isolants. Pour les panneaux, il est compris entre 0,022 et 0,025 W/m.K et il est légèrement moindre pour les mousses : entre 0,028 et 0,030 W/m.K.

Grâce à cette haute performance thermique, le polyuréthane est jusqu’à deux fois moins épais que d’autres isolants thermiques traditionnels pour la même performance thermique.

Performances du polyuréthane en matière d’isolation

Le polyuréthane offre une performance thermique exceptionnelle, notamment grâce à sa faible conductivité thermique, qui peut aller jusqu’à 0.022 W/m.K. Ce matériau est donc particulièrement efficace pour retenir la chaleur à l’intérieur des bâtiments en hiver, tout en repoussant la chaleur extérieure en été.

De plus, son efficacité se maintient même avec une épaisseur réduite, ce qui en fait un excellent choix pour les espaces restreints. Il est par conséquent possible d’obtenir une performance thermique élevée sans sacrifier l’espace habitable.

En termes de durabilité, l’isolant polyuréthane se distingue également par sa longévité. Sa résistance à l’humidité et aux moisissures garantit une isolation efficace au fil du temps.

Toutefois, les performances du polyuréthane peuvent varier en fonction de la forme sous laquelle il est utilisé. Les panneaux de polyuréthane sont généralement plus performants que la mousse.

Avantages et inconvénients du polyuréthane

Les avantages du polyuréthane en tant qu’isolant sont nombreux :

• Sa légèreté facilite sa manipulation et son transport.
• Son faible coefficient de conductivité thermique en fait un matériau très performant en matière d’isolation.
• Sa résistance à l’humidité le rend approprié pour les milieux humides.

Cependant, le polyuréthane présente également des inconvénients :

• Sa mauvaise résistance au feu peut être un risque en cas d’incendie.
• Son impact environnemental est plus élevé que d’autres matériaux d’isolation.
• Il n’est pas adapté au bâti ancien.
• Les gaz toxiques qu’il peut dégager en cas d’incendie sont nocifs pour la santé.

Quel est le r pour une bonne isolation ?

La valeur de résistance thermique, ou valeur R, pour une bonne isolation peut varier en fonction de plusieurs critères.

Pour un logement neuf répondant à la norme RE 2020 Bâtiment Basse Consommation (BBC), les valeurs minimales sont les suivantes :

• R = 4 m².K/W pour les murs en façade et les planchers bas.
• R = 8 m².K/W pour la toiture.

Ces valeurs indiquent la capacité du matériau à résister à un flux de chaleur. Plus la valeur R est élevée, plus le matériau est isolant.

Cependant, ces normes ne sont que des seuils minimaux. Pour une isolation optimale, il est souvent recommandé de dépasser ces valeurs.

Quelle résistance thermique pour toiture ?

Pour une toiture, la résistance thermique recommandée dépend du type de toiture et de la réglementation locale. Voici quelques repères généraux pour assurer une bonne isolation :

• Toiture inclinée : Une résistance thermique (R) d’au moins 6 m².K/W est souvent recommandée pour une isolation efficace.
• Toiture plate : Une résistance thermique (R) d’au moins 4,5 m².K/W est généralement suffisante pour une bonne isolation.

Ces valeurs peuvent varier en fonction des exigences réglementaires locales et des objectifs de performance énergétique du bâtiment. En France, par exemple, la réglementation thermique RT 2012 et les normes en vigueur pour la rénovation énergétique imposent souvent des valeurs spécifiques pour obtenir des aides financières comme le Crédit d’Impôt pour la Transition Énergétique (CITE).

Recommandations pratiques :

• Vérifiez les normes locales : Les exigences peuvent varier selon les régions et les climats. Consultez les réglementations locales pour connaître les valeurs précises applicables à votre projet.
• Choisissez des matériaux de qualité : Assurez-vous que les isolants choisis respectent les valeurs de conductivité thermique (λ) optimales pour atteindre la résistance thermique souhaitée.
• Considérez l’épaisseur disponible : La résistance thermique dépend de l’épaisseur du matériau isolant. Plus l’épaisseur est grande, plus la résistance thermique est élevée, à condition que la conductivité thermique soit faible.

Exemple :

Pour atteindre une résistance thermique de 6 m².K/W avec un matériau ayant une conductivité thermique (λ) de 0,04 W/mK, l’épaisseur nécessaire serait :
Épaisseur = R x λ = 6 x 0,04 = 0,24
Cela signifie qu’une épaisseur de 24 cm d’isolant serait nécessaire pour obtenir une résistance thermique de 6 m².K/W.

Quelle résistance thermique pour mur ?

Pour une bonne isolation des murs, la résistance thermique recommandée varie en fonction des normes locales et des objectifs de performance énergétique. Voici quelques repères généraux :

• Murs extérieurs : Une résistance thermique (R) d’au moins 3,7 m².K/W est généralement recommandée pour assurer une isolation efficace des murs extérieurs.
• Murs intérieurs : Pour les murs séparant des pièces chauffées et non chauffées -comme des murs mitoyens-, une résistance thermique d’environ 2 à 3 m².K/W peut être suffisante.

Recommandations spécifiques :

• Normes françaises : En France, pour obtenir certaines aides financières comme le Crédit d’Impôt pour la Transition Énergétique (CITE), la résistance thermique des murs doit être d’au moins 3,7 m².K/W pour les rénovations.
• Régions froides : Dans les régions aux hivers rigoureux, il est souvent recommandé d’augmenter cette valeur pour améliorer le confort thermique et réduire les dépenses énergétiques.

Choix des matériaux :

Pour atteindre une résistance thermique élevée, il est important de choisir des matériaux isolants ayant une faible conductivité thermique (λ). Voici quelques exemples de matériaux isolants courants et leur résistance thermique approximative :

• Laine de roche : λ ≈ 0,035 W/mK
• Polystyrène expansé (PSE) : λ ≈ 0,038 W/mK
• Polyuréthane (PUR) : λ ≈ 0,025 W/mK

Exemple de calcul :

Pour atteindre une résistance thermique de 3,7 m².K/W avec un isolant de conductivité thermique (λ) de 0,035 W/mK, l’épaisseur nécessaire serait :
Épaisseur = R x λ = 3,7 x 0,035 = 0,1295 m
Cela signifie qu’une épaisseur d’environ 13 cm d’isolant serait nécessaire pour obtenir une résistance thermique de 3,7 m².K/W.

En résumé, pour assurer une bonne isolation des murs, visez une résistance thermique d’au moins 3,7 m².K/W pour les murs extérieurs. Adaptez vos choix de matériaux et leur épaisseur en fonction de cette valeur pour optimiser la performance énergétique de votre bâtiment.