Construire en bois brut et matériaux naturels

 

Les performances thermiques des murs en bois massif

Isolation en régime statique ou dynamique
 

Si la température extérieure était constante entre le jour et la nuit (on serait alors en "régime statique") et si le soleil ne venait pas réchauffer les murs d'une maison en hiver, le mur en bois massif se comporterait comme n'importe quel matériau : c'est sa seule résistance thermique qui s'opposerait aux pertes de chaleur à travers le mur.
En fait, les variations de température extérieure vont modifier les conditions de régime statique et la température extérieure va varier et le régime devient alors "dynamique" :
d'une part la température de l'air va s'élever durant la journée, - en demie saison (printemps, automne), la température extérieure pourra être même supérieure à la température intérieure de la maison pendant quelques heures à la mi-journée : les murs extérieurs vont donc être réchauffés;
d'autre part le soleil va agir sur :
. les baies vitrées, par effet de serre, en chauffant les matériaux de l'intérieur de la maison,
. les murs en les chauffant.
Cet apport de calories par le soleil et par la hausse des températures extérieures va modifier les déperditions thermiques.
a) L'apport de chaleur par le soleil sur les baies vitrées : le rôle de l'inertie thermique des murs et planchers intérieurs
C'est un phénomène bien connu, un matériau de chaleur massique élevé est capable de stocker de la chaleur et de la restituer lentement. C'est le rôle de l'eau dans un chauffage central. On peut de la même façon stocker de la chaleur apportée par rayonnement solaire au travers des baies vitrées qui agissent comme capteur solaire. L'apport de chaleur dépendra du matériau rencontré par les rayons solaires. Plus sa chaleur massique sera élevée, plus il sera à même d'accumuler de la chaleur pour la restituer lentement.
Pour bénéficier de l'apport solaire par les baies vitrées, il faudra donc leur associer des planchers et murs intérieurs de chaleur massique élevée; c'est ce qui amène souvent les architectes à prévoir des murs capteurs en matériaux lourds non isolés (en béton par exemple), à l'intérieur d'une maison moderne de structure légère. On parlera de matériaux à forte inertie thermique.

b) L'apport de chaleur sur les murs extérieurs : le rôle du "temps caractéristique" d'un matériau en régime dynamique

Pour les murs extérieurs, il en va autrement. Les normes françaises de calculs d'isolation thermique ne tiennent donc pas compte de cet apport de chaleur diurne (par le soleil et par une hausse de température). Il y a bien lieu, cependant, de se poser une question : dans quel système thermique les coefficients (l, K, R) servant de base aux calculs thermiques définis par les règles ThK - 77 sont-ils établis ?
Si l'on revient aux principes de calcul, on constate que la résistance thermique définie pour un matériau, qui caractérise son aptitude à résister au passage de la chaleur, est établie dans un régime dit "statique", c'est-à-dire que l'on considère que la température de chaque côté de la paroi ne varie pas.

Pourtant les climats sont ainsi faits que les variations de température extérieure dans un laps de temps très court peuvent être considérables. L'écart jour-nuit atteint et dépasse couramment 20 C. En montagne, les amateurs de sport d'hiver prendront un bain de soleil à midi et seront emmitouflés dans une fourrure à minuit...Sans parler des déserts sub-tropicaux où la canicule du jour sera suivie d'un gel nocturne.
Les matériaux d'isolation qui nous protègent du froid en hiver évoluent, en fait, dans un régime dynamique et peuvent "réagir" à chaque variation de température extérieure en s'opposant plus ou moins longtemps à la variation du flux de chaleur, qui tend à traverser la paroi du chaud vers le froid. C'est lors de ces variations de température que la masse et également la chaleur massique vont intervenir. La physique des transferts thermiques, d'une haute complexité, fait appel aux notions de diffusivité et de temps caractéristique pour expliquer ces phénomènes.

(Extrait du Cahier N 3-Conception et Plans- L'Art de la Fuste- de T&MF Houdart-Editions Bois Sacré TCB) © BSTCB 2001
Lire aussi dans le cahier 3 de l'Art de la Fuste p. 66 à 74 "Isolation Thermique et chauffage" - La valeur thermique d'un mur en bois brut, et dans le cahier 1(édition 2004) de l'Art de la Fuste p.69 à 76 pour mieux comprendre les notions de masse thermique (diffusivité), l'effusivité et l'inertie thermique du bois massif.
 

A propos de l'effet de masse thermique du bois massif

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