Inertie thermique
From Wikipedia, the free encyclopedia
L'inertie thermique d'un matériau est sa résistance au changement de température lorsque intervient une perturbation de son équilibre thermique.
Lorsqu'un matériau se trouve à l'équilibre thermique, sa température est fixe et les échanges de chaleur (par conduction, convection, rayonnement) qu'il entretient avec son environnement sont équilibrés (il reçoit autant de chaleur reçue qu'il en cède). Lorsqu'une perturbation thermique l'amène vers une nouvelle température d'équilibre, l'inertie thermique est mise en évidence par le temps nécessaire pour atteindre ce nouveau point d'équilibre : si le matériau a une faible diffusivité thermique, il atteindra le nouvel équilibre au bout d'un temps long, si à l'inverse elle est élevée, il l'atteindra au bout d'un temps bref.
Le temps mis pour atteindre le nouvel équilibre est le temps caractéristique. Il dépend de la diffusivité thermique du matériau et de l'écart entre les deux températures d'équilibre.
La notion d'inertie thermique est utilisée en particulier dans le secteur du bâtiment, dans le cadre de la conception des parois opaques extérieures. Les températures intérieure et surtout extérieure de ces parois varient fréquemment. En particulier, ces parois subissent l'influence thermique du rayonnement solaire. Les matériaux qui les composent doivent idéalement participer à la stabilité de la température intérieure, pour assurer un rôle de protection face aux aléas thermiques.
Dans le secteur industriel, maîtriser l'inertie thermique des éléments ou matériaux permet souvent d'optimiser les processus de fabrication.
On quantifie l'inertie thermique essentiellement par :
- la diffusivité thermique (ou ) du matériau, qui représente sa tendance à favoriser la diffusion de la chaleur (de ce fait, dans le milieu du bâtiment, une faible diffusivité est souvent considérée comme étant une « bonne » valeur) ;
- l'épaisseur du matériau considéré ; le temps caractéristique (auquel est lié le déphasage thermique) dépend alors de ces deux premiers paramètres, puisqu'il est de l'ordre de ;
- l'effusivité thermique du matériau considéré, c'est-à-dire sa capacité à échanger de l'énergie thermique avec son environnement.
L'inertie thermique ne dépend donc pas uniquement de la densité des matériaux traversés. Par exemple, le béton a une diffusivité élevée (que l'on peut qualifier de « mauvaise »). Ainsi malgré sa masse volumique élevée, la chaleur issue de l'absorption du rayonnement solaire traverse rapidement ce matériau et crée des surchauffes dans les constructions.
À la différence de la diffusivité thermique, qui décrit la rapidité d’un déplacement des calories à travers la masse d’un matériau, l’effusivité décrit la rapidité avec laquelle un matériau absorbe la chaleur. Plus l’effusivité est élevée, plus le matériau absorbe d’énergie sans se réchauffer notablement. Au contraire, plus elle est faible, plus vite le matériau se réchauffe. Par exemple, le béton a une effusivité élevée et donne une sensation de froid au toucher alors que le bois a une effusivité faible et ne donne pas une sensation de froid au toucher.
