La Thermique dans le Bâtiment : Comprendre et Optimiser la Performance Énergétique

Introduction

La thermique dans le bâtiment est un domaine clé de la construction et de la rénovation, visant à optimiser le confort des occupants tout en réduisant la consommation énergétique. Elle englobe l'étude des échanges de chaleur, l'isolation thermique, et l'efficacité énergétique des bâtiments.

Les Principes de la Thermique du Bâtiment

1. Les Transferts de Chaleur

Les échanges thermiques dans un bâtiment se font selon trois modes principaux :

• La conduction : transfert de chaleur à travers les parois (murs, planchers, toitures).
• La convection : circulation de l'air chaud et froid influençant la température intérieure.
• Le rayonnement : émissions de chaleur par les surfaces (effet des rayons solaires, chaleur émise par les objets et les personnes).

2. L'Isolation Thermique

L’isolation thermique vise à limiter les pertes de chaleur en hiver et à éviter les surchauffes en été. Les matériaux isolants sont classés selon leur résistance thermique (R) et leur conductivité thermique (λ). Une bonne isolation comprend :

• L'isolation des murs et façades (intérieure ou extérieure)
• L'isolation des combles et toitures
• Le traitement des ponts thermiques

2.1/La relation entre résistance thermique (R) et leur conductivité thermique (λ)

La relation entre la conductivité thermique ($\lambda$) et la résistance thermique ($R$) est donnée par la formule suivante :

$$R = \frac{e}{\lambda}$$

où :

• 
  $\mathrm{R<span\; style="font-family:\; Georgia,\; \text{'}Times\; New\; Roman\text{'},\; \text{'}Bitstream\; Charter\text{'},\; Times,\; serif;">est\; la</span><strong\; style="font-family:\; Georgia,\; \text{'}Times\; New\; Roman\text{'},\; \text{'}Bitstream\; Charter\text{'},\; Times,\; serif;">résistance\; thermique</strong><span\; style="font-family:\; Georgia,\; \text{'}Times\; New\; Roman\text{'},\; \text{'}Bitstream\; Charter\text{'},\; Times,\; serif;">\; (en\; m²·K/W), </span>}$
• 
  $\mathrm{e <span\; style="font-family:\; Georgia,\; \text{'}Times\; New\; Roman\text{'},\; \text{'}Bitstream\; Charter\text{'},\; Times,\; serif;">est\; l\text{'}</span><strong\; style="font-family:\; Georgia,\; \text{'}Times\; New\; Roman\text{'},\; \text{'}Bitstream\; Charter\text{'},\; Times,\; serif;">épaisseur</strong><span\; style="font-family:\; Georgia,\; \text{'}Times\; New\; Roman\text{'},\; \text{'}Bitstream\; Charter\text{'},\; Times,\; serif;">\; du\; matériau\; (en\; mètres),</span>}$
• 
  $\mathrm{\lambda <span\; style="font-family:\; Georgia,\; \text{'}Times\; New\; Roman\text{'},\; \text{'}Bitstream\; Charter\text{'},\; Times,\; serif;">est\; la</span><strong\; style="font-family:\; Georgia,\; \text{'}Times\; New\; Roman\text{'},\; \text{'}Bitstream\; Charter\text{'},\; Times,\; serif;">conductivité\; thermique</strong><span\; style="font-family:\; Georgia,\; \text{'}Times\; New\; Roman\text{'},\; \text{'}Bitstream\; Charter\text{'},\; Times,\; serif;">\; du\; matériau\; (en\; W/m·K)</span>}$ 

Cette formule exprime que plus un matériau est épais et moins il conduit la chaleur, plus il offre une bonne isolation thermique.

Ci dessous la signification des unités

• m² (mètre carré) : correspond à la surface à travers laquelle la chaleur se propage.

• K (Kelvin) : représente la différence de température entre les deux faces du matériau.

• W (Watt) : mesure le flux de chaleur transféré à travers le matériau.

2.2/ La relation entre la résistance thermique (R) et ma facture d'électricité ou de gaz .

La relation entre le "R" et les factures à payer au quotidien , c'est le W watt . En effet , les factures d'électricité ou de gaz

se payent au prix du kWh (kilo watt heure) .Ainsi lorsque vous faites construire ou aménager votre logement si vous choisissez

un matériaux avec un "R" élevé  alors vous consommerez peu de kWh .Et donc votre facture baissera .

 

2.3/Le Up​, ou coefficient de transmission thermique surfacique

Grosso le Up c'est un coefficient qui permet de mesurer  les déperditions de chaleurs d'un matériaux .

C'est aussi l'inverse du "R" .

$$U_p = \frac{1}{R_{\text{total}}}$$

​Unités du Up

$U_p$

Le Up​ s’exprime en W/m²·K (Watt par mètre carré par Kelvin), ce qui signifie que plus le Up​ est faible, plus la paroi est isolante.

l'indice petit "p" désigne un p comme "Plancher" ou un p comme "Paroi" .

2.4/Et pourquoi , je dois m'intéresser à ce coefficient Up ?

Et bien c'est ce coefficient qui va m'aider à anticiper ma future consommation d'énergie et donc la cout de ma facture .

2.5/Et comment faire concrètement par exemple pour un plancher poutrelles hourdis ?

Ainsi , un plancher traditionnel est constitué de poutrelles + entrevous  + une chape en béton  .

Admettons que je projette un plancher en 12 cm de polystyrène pour l'entrevous + 5 cm de chape .

Alors je peux rechercher la documentation technique de l'entrevous sur internet d'un entrevous polystyrène .

Si un plancher a :

•  Up​=0.23 W/m²·K

• une surface de

  $S=100\; m²\mathrm{}$ 

• une différence de température

  $\Delta T = 15$ΔT=25 K (par exemple, 20°C à l’intérieur et -5°C à l’extérieur)

Alors la déperdition thermique du plancher poutrelles hourdis  sera de :

$$\Phi = 0.25 \times 50 \times 15 = 187.5 \text{ W}$$

Φ=0.23×100×25=575 W

Cela signifie que 575 W sont perdus à travers ce plancher.

NB: l'exemple est simplifié ainsi la résistance de la chape , d'un carrelage ou éventuel revêtement de sol ont été négligés .

(normalement , il faudrait additionner tous les r et les Up de chaque matériaux .  La formule complète pour un plancher c'est  Up = 1/(r+0.34))

Ensuite , pour connaitre sa consommation finale , il faudrait faire les mêmes calculs pour  les murs et la toiture .C'est à cela

que servent les études thermiques .

2.6/A quoi d'autre peuvent servir toutes ses formules de thermiques ?

Elles peuvent servir à déterminer la puissance en Watts d'un radiateur pour un séjour , une chambre , une cuisine etc ... Et en déterminant , la puissance

de tous les radiateurs d'un projet , cela peut servir à déterminer la puissance d'une chaudière . (Si vous surdimensionnez la chaudière

vous paierez trop cher votre achat et si vous sous dimensionnez votre chaudière et bien vous aurez des problèmes de chauffage en hiver )

3. L’Étanchéité à l’Air et la Ventilation

Une bonne étanchéité à l’air empêche les infiltrations d’air indésirables qui augmentent les besoins en chauffage. Parallèlement, une ventilation efficace (VMC simple ou double flux) assure le renouvellement de l’air intérieur tout en limitant les pertes de chaleur.

Optimiser la Performance Énergétique

1. Les Matériaux et Technologies Innovantes

Les avancées technologiques permettent d’améliorer la performance thermique des bâtiments :

• Les isolants biosourcés (laine de bois, ouate de cellulose, chanvre)
• Les vitrages à isolation renforcée (double ou triple vitrage avec gaz argon)
• Les façades et toitures végétalisées
• Les enduits réfléchissants et matériaux à changement de phase

2. Le Bâtiment à Énergie Positive et Passif

Un bâtiment passif est conçu pour réduire au maximum les besoins en chauffage et climatisation. Les bâtiments à énergie positive (BEPOS) produisent plus d’énergie qu’ils n’en consomment grâce aux énergies renouvelables (solaire, éolien, géothermie).

3. La Réglementation Thermique et les Labels

La réglementation thermique en France impose des normes strictes pour améliorer la performance énergétique des constructions :

• La RE2020 qui remplace la RT2012 et met l’accent sur la réduction de l’empreinte carbone
• Les labels comme BBC (Bâtiment Basse Consommation), Effinergie+, et Passivhaus garantissent des niveaux de performance supérieurs.

Conclusion

Maîtriser la thermique dans le bâtiment est essentiel pour améliorer le confort des occupants, réduire les coûts énergétiques et limiter l’impact environnemental. Grâce aux nouvelles normes, aux matériaux innovants et aux conceptions bioclimatiques, il est aujourd’hui possible de construire des bâtiments toujours plus performants et respectueux de l’environnement.