Déphasage thermique

Le déphasage thermique
Définition
Le déphasage thermique d’un matériau représente le temps de transfert d’un flux de
chaleur à travers le matériau. Pour la paroi extérieure d’un bâtiment par exemple, le
déphasage thermique sera égal à l’intervalle de temps entre le moment où la température à
l’extérieur atteint son maximum et le moment où la température à l’intérieur du bâtiment
atteint son maximum. Cette grandeur caractérise donc la capacité d’un matériau à retarder les
variations de température.
Calcul du déphasage thermique d’un matériau
Le déphasage thermique dépend de la conductivité, de la densité, de la chaleur
spécifique et de l’épaisseur du matériau en question.
La vitesse de transfert v du flux de chaleur à travers le matériau, en m/h, est donnée par
la formule suivante :
v=
2π
T
λT
πρC p
Avec T période du cycle des variations de températures (h),
λ conductivité thermique (W/m.K),
ρ masse volumique (kg/m3)
C chaleur spécifique (Wh/kg.K)
N.B : la chaleur spécifique d’un matériau est la quantité d’énergie à apporter pour élever
d’un degré la température d’un kilogramme de ce matériau. Elle s’exprime dans le système
international en J.kg-1.K-1 mais l’unité Wh/kg.K est également utilisée.
Le déphasage thermique étant directement lié à la vitesse de transfert par l’intermédiaire de
l’épaisseur e du matériau exprimée en m, on obtient la formule suivante pour le déphasage :
e
v
η= =
T
2π
πρC
e
λT
En considérant que la période du cycle des variations de température correspond à 24h, on
obtient :
η = 1,38
ρC
e
λ
Où le déphasage η est exprimé en heures.
On peut également considérer la diffusivité D, capacité d’un matériau à imposer sa
température au milieu extérieur :
D=
λ
ρC
D’où le déphasage est égal à :
η=
1,38e
D
Détermination pratique du déphasage thermique d’un matériau
Comme indiqué précédemment, les valeurs à connaître pour calculer le déphasage
d’un matériau sont la conductivité thermique, la densité et la chaleur spécifique.
-
La détermination de la densité se fait par simple pesée et mesure.
La conductivité thermique peut être déterminée grâce à une sonde de conductivité.
La chaleur spécifique se mesure grâce à un calorimètre.
Intérêt du déphasage thermique
Le déphasage thermique d’un matériau isolant est un des paramètres essentiels en ce
qui concerne le confort d’été. En effet, c’est en cette saison que les variations de température
sur un cycle de 24 heures sont les plus importantes.
Un isolant peu ou pas déphasant aura pour effet que la température maximale dans le
bâtiment sera atteinte en pleine journée lorsque les températures extérieures sont encore
hautes. Ainsi, une climatisation sera parfois nécessaire afin de conserver une certaine
fraicheur durant la journée.
En revanche, un matériau à grand déphasage permettra de conserver naturellement une
température acceptable en journée, et de n’atteindre les maxima de température qu’une fois la
nuit venue, lorsqu’une simple aération du bâtiment permet de faire redescendre la
température.
En hiver, les variations de températures jour/nuit étant nettement moins importantes, le
déphasage n’est pas aussi fondamental. C’est évidemment dans les régions les plus chaudes
telles que le sud de la France qu’il faudra le plus tenir compte de ce paramètre dans le choix
de l’isolant.