La maison durable

stockage calories

L'eau possède une chaleur massique, Cp, quatre fois supérieure à celle de bien des matériaux de construction (terre crue...). Cela lui confère une forte inertie thermique à condition de faciliter les échanges avec le milieu ambiant. Le banc thermique construit par Patrick Baronnet (serre surchauffée et surface d'échange apportée par des culots de bouteilles) semble fonctionner parfaitement. 

Banc thermique fifi dvd
envoyé par xiadally

Inertie thermique

La sensation  de chaleur dépend autant de la température de l'air ambiant que de celle des parois! L'inertie thermique de celles-ci peut donc générer de l'inconfort.

D'où l'intérêt de concevoir une cloison en terre crue chauffante pour l'hiver. Son inertie génèrera du confort d'été (ventilation nocturne) sans l'inconfort de la paroi froide en hiver!

L'excellent livre sur la conception bioclimatique écrit par Samuel Courgey et JP. Oliva cite l'intérêt pour une salle de bain des revêtements dit "chauds" : lambris, rideau...(faible effusivité).

Photo : séchage des carreaux de Gironde au pays de mon enfance.

Différentes inerties recherchées

Les cloisons intérieures peu épaisses (déphasage modéré) stockeront la chaleur accumulée autour de midi-solaire (13h en France) en hiver et la restitueront en début de soirée.
Un déphasage encore plus court aura pour effet d'écrêter les pics de chaleur (en absorbant celle-ci). Les calories seront restituées dès que la température de la pièce baissera, prolongeant ainsi le temps de chauffage. Le déphasage court est très adapté à des locaux destinés aux activités tertiaires (bureaux).

Troisième condition d'une grande inertie: le déphasage

Le déphasage (colonne G) est le décalage entre le moment où le matériau est soumis à une source de chaleur et le moment où il restitue la chaleur de l'autre coté du matériau.
En faisant varier l'épaisseur du matériaux (colonne E) on fait varier le déphasage. Plus un matériau est isolant plus il déphase. C'est logique la chaleur se déplace lentement dans celui-ci.

Deuxième condition d'une grande inertie: la diffusivité

Plus un matériau est diffusif (colonne O), plus il est soumis à un fort flux de chaleur lors d'un écart de température avec le milieu ambiant. Ainsi un matériau peu diffusif, accumulera peu de chaleur en un temps bref.
Ce flux de chaleur dépend de la géométrie de la structure, ce qui est pris en compte dans le nombre de Fourier.
Voir le lien : http://fr.wikipedia.org/wiki/Nombre_de_Fourier

Première condition d'une grande inertie: une grande effusivité

L’effusivité (colonne N du tableau http://pagesperso-orange.fr/mayar/bilan_hygrothermique/bilan_hygrothermique-1.6.1.ods) détermine la capacité d'un matériau à se réchauffer très rapidement en pompant des calories dans le milieu ambiant.
ex: le marbre est un matériau très effusif. Il procure une sensation de froid au toucher car il "pompe" la chaleur de la peau.

L'effusivité est fonction de :
- la conductivité (colonne I)
Elle doit être élevée pour que la chaleur puisse facilement pénétrer. Un isolant est par définition faiblement conductif, et donc, à priori, faiblement effusif.
- la chaleur spécifique ou chaleur massique (Cp, colonne K )
- la masse volumique (colonne H)
Chaleur spécifique et masse volumique doivent être le plus possible élevées pour pouvoir stocker le maximum d'énergie. 
 

Le confort estival des maisons en pierre

Les fermes méridionales restent fraiche en été grâce à leurs murs à forte inertie thermique. Ces murs épais en pierre possèdent un fort déphasage permettant de faire entrer la fraicheur la nuit dans le mur puis de la restituer la journée. Pour cela, la pierre est le matériau idéal : dense (masse volumique), apte à stocker (Cp) et conductif pour favoriser le stockage.
Le coût de tels murs est actuellement exorbitant.
De plus, le manque de caractère isolant se paie en hiver.

Inertie thermique hivernale

Point de maison bioclimatique efficace en hiver sans inertie thermique!
En effet les apports de calories solaires, sont très changeants (nébulosité, cycle jour-nuit).
Cela induit des fluctuations de température importantes dans les pièces exposées.

• Une journée d'hiver ensoleillée apporte grosso-modo 8 KWh par m2 de vitrage. Soit environ  6 KWh effectif (rendement des vitrages). Sur une façade sud largement vitrée cela représente un apport colossal autour de midi solaire
• La moyenne hivernale est grosso-modo de 1.5 KWh/m2/jour à Bordeaux ( Ligne IGH sur l 'URL : http://ines.solaire.free.fr/dataclim.php, rentrez une ville de référence).

Les matériaux à forte inertie thermique présents à l'intérieur de l'habitat écrétent ces fluctuations en absorbant des calories, puis  en les relâchant lors du refroidissement. Ils jouent un rôle de tampon permettant de répartir les calories solaires sur 24 h, voir plusieurs jours dans les maisons à fortes inerties.

L'inertie thermique, par son rôle de régulateur, apporte donc un grand confort thermique.

Les articles ci-dessous vous aideront à comprendre les caractéristiques d'un matériau à forte inertie.

Caractéristiques des matériaux (isolation, inertie, perméabilité...)

Le fichier http://pagesperso-orange.fr/mayar/bilan_hygrothermique/bilan_hygrothermique-1.6.1.ods donne les caractéristiques physiques et thermiques des matériaux de construction. De ces valeurs découlent les trois grandeurs de l'inertie.
Ce tableur vous aidera dans vos calculs de pertes thermiques et vous permettra de comparer entre autre l'inertie des matériaux.