Dans les perspectives d’améliorer le confort des occupants d’un bâtiment ou d’un logement tout en limitant les consommations en énergie et les rejets environnementaux, l’isolation doit lutter aussi bien contre la pénétration du froid d’hiver que celle de la chaleur d’été. Si on a recours aux isolants pour limiter les déperditions de la chaleur produite par le chauffage, on doit également s’intéresser à leurs capacités d’inertie thermique et de déphasage thermique afin de limiter les élévations de température en été qui incitent trop souvent à rafraîchir et à climatiser.
Qu’est-ce que le déphasage thermique d’un isolant ou d’une construction ? Que faut-il prendre en compte pour ajuster le déphasage thermique afin d’obtenir le meilleur confort d’été ?
Déphasage thermique et inertie thermique
Les deux termes d’inertie et de déphasage sont liés.
L’inertie thermique d’un matériau est sa capacité à emmagasiner et à restituer la chaleur. C’est le cas illustré par les radiateurs à accumulation dans lesquels un matériau à forte inertie thermique (fluide caloporteur, céramique…) emmagasine la chaleur produite durant le temps de chauffe pour la restituer ensuite, même le radiateur éteint. Mais ce qui se fait dans un radiateur se produit aussi pour les murs et la toiture d’une construction.
Car les parois exposées au soleil durant les heures les plus chaudes vont emmagasiner de la chaleur qu’elles restitueront à l’intérieur de la construction, ce qui aura pour conséquence une élévation de la température à l’intérieur des locaux qu’il faudra alors rafraîchir ou climatiser afin de préserver le confort des occupants.
Le déphasage thermique est lié à l’inertie puisqu’il s’agit du délai en heures et minutes que mettra la chaleur à traverser un matériau. Ce déphasage est surtout lié à la nature des matériaux usuels de la construction (bois, béton, parpaing, brique…) et il n’est donc pas très modulable ; c’est par le biais des isolations que l’on va pouvoir ajuster le déphasage thermique à la construction et au mode de vie de ses occupants.
Exemple : les murs et la toiture d’une maison exposée au soleil vont principalement monter en température entre 12 h et 16 h (les heures les plus chaudes). Un matériau à forte inertie thermique va dégager la chaleur emmagasinée après plusieurs heures, le temps qu’elle le traverse, alors qu’un matériau à faible inertie thermique va la restituer presque immédiatement. Il suffit de toucher l’intérieur de son mur aux heures chaudes pour avoir une idée de son inertie thermique.
Le déphasage thermique est donc le laps de temps où le matériau exposé à la chaleur sur sa face extérieure la laissera se dissiper sur sa face interne.
Le déphasage thermique que l’on souhaite est souvent celui de plusieurs heures où les parois ne dégageront la chaleur qu’une fois la température extérieure suffisamment fraîche pour permettre le rafraîchissement naturel produit en soirée, quand les occupants pourront aérer leur logement ou que les employés auront quitté leur poste. Le déphasage thermique souhaité est donc celui qui retient la transmission de chaleur le plus longtemps possible, au moins jusqu’à la fraîcheur nocturne. Selon les régions, on recherche un déphasage thermique de quelques heures (< 5) jusqu’à plus de 10 heures afin d’améliorer le confort d’été.
Comment gérer le déphasage thermique ?
Avant même de s’intéresser à l’inertie thermique et au déphasage thermique des matériaux et isolants montant en température sous l’effet du soleil, il est primordial de limiter cet important apport de calories.
Le choix d’implantation de la construction est important, et notamment par rapport à l’orientation de ses façades, mais aussi à l’ombrage des murs et de la toiture. Limiter l’exposition au soleil des parois est le premier facteur de lutte contre le réchauffement intérieur, quels que soient le déphasage thermique et l’inertie thermique des matériaux (construction bioclimatique).
Toujours dans la même volonté de limiter la montée en température des murs de la construction, à moins d’avoir choisi une construction en prémur isolé, une isolation thermique par l’extérieur du bâti existant est le second levier. L’isolation par l’extérieur évite que les murs soient exposés au rayonnement et à la canicule de l’air extérieur, et limite donc leur montée en température.
En l’absence de ces deux principales options, il reste le choix des isolants et constituants intérieurs qui permet d’augmenter le déphasage thermique d’une paroi. En règle générale, les matériaux alvéolaires ou poreux (béton, parpaing…) ont une plus grande inertie thermique que les matériaux pleins (brique, acier…) et leur densité entre en compte dans leur conductivité thermique.
Il en est de même avec les isolants où la laine de bois, la ouate de cellulose permettent un déphasage thermique bien plus important (10 à 12 heures voire plus) qu’une laine minérale (3 à 4 heures) de par leur structure et leur densité.