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Souvent négligée dans la conception de l’habitat conventionnel, l’inertie thermique est pourtant un élément essentiel au confort thermique de la maison, en toutes saisons. À l’instar d’une bonne isolation, elle permet également de réaliser de substantielles économies d’énergie. De quoi s’agit-il précisément ? Quels sont les avantages à bénéficier d’une bonne inertie thermique dans son habitation et comment procéder ? Choisir.com vous livre les clés nécessaires pour bien comprendre le phénomène de l’inertie thermique.
01 Qu’est-ce que l’inertie thermique ?
02 Les avantages de l’inertie thermique dans l’habitat
03 Comment optimiser l’inertie thermique d’une maison ?
Appliquée au domaine thermique, la notion d’inertie désigne à la capacité d’un matériau soumis à des changements extérieurs (apports de chaleur ou, au contraire, refroidissement) à :
conserver sa température, dans un premier temps ;
puis à restituer un flux thermique, dans un second temps.
En d’autres termes, l’inertie thermique d’un matériau est sa capacité à emmagasiner de la chaleur ou de la fraîcheur et à la restituer ultérieurement, de façon progressive et diffuse.
L’inertie thermique n’existe qu’à travers les évolutions de l’environnement extérieur : ce phénomène intervient en réaction à des changements externes et permet à un bâtiment de stabiliser dans un premier temps sa température interne à son niveau initial, avant de l’amener lentement vers un nouvel équilibre, mieux adapté au nouvel environnement.
Quelles applications dans l’habitat ?
Plus un bâtiment bénéficie d’une grande inertie thermique, plus il faut de l’énergie pour modifier sa température et, par conséquent, plus il se réchauffe et se refroidit lentement sous l’effet des températures extérieures.
en été, une bonne inertie permet de conserver les températures fraîches de la nuit tout au long de la journée et, ainsi, d’éviter la surchauffe de l’habitation ;
à l’inverse, en hiver, l’aération des pièces en ouvrant les fenêtres aura peu d’impact sur la température intérieure.
En limitant la surchauffe du bâtiment par temps estival et son refroidissement l’hiver, l’inertie thermique a un impact direct à la fois sur le confort thermique ressenti et sur la consommation d’énergie nécessaire pour climatiser ou chauffer la maison.
Isolation thermique et inertie thermique
Il ne faut pas confondre isolation et inertie, qui sont deux notions bien distinctes : tandis que la première permet de limiter les déperditions thermiques, la seconde permet d’emmagasiner la chaleur.
Le déphasage : une notion étroitement liée à celle d’inertie thermique
Inhérent au phénomène d’inertie, le déphasage thermique désigne la capacité d’un matériau à différer les variations de température. Il s’agit donc du décalage dans le temps de la restitution du flux thermique, par rapport à la période de stockage.
En fonction des matériaux, le déphasage est très variable : de quelques minutes à plusieurs heures. Par exemple, dans les maisons anciennes en pierre (qui bénéficient naturellement d’une importante inertie thermique), le déphasage permet de maintenir une température intérieure acceptable en journée lors des fortes chaleurs estivales, car les murs auront stocké de la fraîcheur pendant la nuit pour la libérer progressivement, 10 à 12 heures plus tard.
Voici une schématisation de l’impact de l’inertie thermique et du déphasage sur la température intérieure d’une habitation, en été :
Exemple de déphasage avec une faible inertie en été
Ce que l’on observe sur ces différentes courbes :
lorsqu’une habitation bénéficie d’une faible inertie thermique, le déphasage (autrement dit, le décalage des pics de température dans le temps) est modéré et l’amplitude des températures intérieures tout au long de la journée est importante ;
à l’inverse, lorsqu’une habitation bénéficie d’une grande inertie thermique, le déphasage est important et l’amplitude des températures intérieures tout au long de la journée est beaucoup plus réduite : il n’y a plus de pics de chaleur, le confort thermique est donc bien meilleur.
Les différents types d’inertie thermique
Si le phénomène est le plus souvent abordé de façon globale, il existe en réalité trois types d’inertie thermique, avec des caractéristiques et des applications différentes au sein de la maison : l’inertie de transmission, l’inertie d’absorption et l’inertie superficielle.
L’inertie thermique de transmission
Ce type d’inertie est mis en œuvre au niveau des murs capteurs de chaleur (parois solaires), tels que les murs Trombe ou murs de fond de serre, qui captent le rayonnement solaire d’un côté pour rediffuser l’énergie captée de l’autre.
Il ne s’agit pas ici de stocker la chaleur dans la durée, mais plutôt de la restituer assez rapidement. Le déphasage est donc relativement modéré (4 à 6 heures).
Dans l’habitat, l’inertie de transmission est intéressante pour maintenir une température intérieure agréable en fin de journée, lorsque les températures extérieures commencent à baisser.
L’inertie d’absorption (ou inertie par absorption) désigne la capacité d’un mur à capter la chaleur à l’intérieur d’une habitation (qu’elle soit émise par le soleil ou par un dispositif de chauffage) pour maintenir la pièce à température constante.
Elle est donc mise en œuvre au niveau des parois intérieures, cloisons et murs de refend (murs porteurs à l’intérieur de l’habitation), qui ont pour rôle d’absorber et également de stocker la chaleur.
Avec l’inertie d’absorption, le déphasage est plus important (jusqu’à 12 heures). Ce phénomène permet donc d’homogénéiser les températures de l’habitat au cours de la journée et de la nuit, et ainsi d’amortir leur amplitude.
Lors des chaleurs estivales, l’inertie thermique d’absorption joue un rôle essentiel dans le rafraîchissement des pièces en journée, sous réserve qu’une ventilation efficace ait été effectuée la nuit (en ouvrant suffisamment les fenêtres).
L’hiver, l’inertie d’absorption permettra à la chaleur intérieure générée par le chauffage (et, éventuellement, par le soleil) en journée et restituée la nuit, de limiter la baisse des températures dans l’habitation.
Inertie par transmission et inertie d’absorption sont-elles compatibles ?
D’un point de vue physique :
l’inertie par transmission est caractérisée par la diffusivité du matériau, c’est-à-dire la vitesse à laquelle celui-ci transmet l’énergie thermique d’une face à l’autre d’une même paroi. Moins la diffusivité du matériau est importante, plus l’inertie par transmission est grande ;
l’inertie d’absorption, quant à elle, est caractérisée par l’effusivité du matériau, c’est-à-dire sa capacité à échanger de l’énergie thermique avec son environnement. Plus l’effusivité du matériau est importante, plus l’inertie d’absorption est grande.
On pourrait donc supposer que le matériau idéal pour bénéficier d’une bonne inertie thermique doit présenter une faible diffusivité et une forte effusivité : or, cela est physiquement impossible, puisque ces deux caractéristiques physiques sont interdépendantes. En effet, lorsque la diffusivité d’un matériau est importante, son effusivité l’est également, et inversement.
Par conséquent, dans la construction ou la rénovation d’un bâtiment, le choix des matériaux devra être intelligemment pensé en fonction de leur utilisation et leur localisation, afin de privilégier, selon les cas, l’un ou l’autre type d’inertie thermique.
Bien plus faible que les inerties de transmission et d’absorption, l’inertie thermique superficielle désigne la capacité de la surface de la paroi ainsi que des peintures, parements et enduits qui la recouvrent, à « accrocher » la chaleur et, ainsi, à maintenir une température de la paroi proche de celle de l’air ambiant.
L’inertie superficielle est donc essentielle pour réduire les risques de parois froides, qui constituent un élément important d’inconfort (lire notre article dédié aux températures idéales à la maison).
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Les avantages de l’inertie thermique dans l’habitat
Nous l’avons déjà évoqué succinctement : une bonne inertie thermique permet d’améliorer le confort thermique de la maison et de limiter la consommation en énergie. Voyons désormais plus en détails en quoi améliorer l’inertie thermique de son habitation présente de réels avantages.
Optimiser les apports de chaleur
L’inertie thermique agit comme un véritable réservoir de chaleur. Les apports de chaleur, qu’ils soient externes (rayonnement solaire) ou interne (chauffage), sont optimisés : au lieu de faire rapidement augmenter la température du bâtiment et de générer une surchauffe, l’énergie est stockée dans sa masse pour être ensuite restituée lentement.
Réguler les températures intérieures
Le flux thermique est restitué de manière différée, au moment où on en a le plus besoin :
en hiver, la chaleur de la journée est restituée en soirée et la nuit, lorsque les températures baissent ;
en été, la fraîcheur captée pendant la nuit est rediffusée en journée et permet ainsi d’éviter une forte augmentation des températures intérieures.
En d’autres termes, l’inertie joue un rôle de régulateur thermique, en diminuant considérablement l’amplitude des températures intérieures tout au long de la journée.
Profiter de grandes baies vitrées
Dans nos maisons modernes, les larges ouvertures vitrées sont généralement très appréciées. Cependant, si l’on ne bénéficie pas d’une bonne inertie thermique, le risque de surchauffe en période estivale peut fortement impacter le confort thermique du bâtiment, notamment si les baies vitrées sont placées côté sud.
Un troisième avantage de l’inertie thermique est donc de pouvoir profiter de belles surfaces vitrées sans subir une surchauffe lors des fortes chaleurs.
Dans une maison à forte inertie thermique, la gestion des ouvrants est facilitée : aérer les pièces a peu d’impact sur la température du bâtiment. Ainsi, il est possible d’ouvrir les fenêtres plusieurs minutes par temps froid ou, au contraire, d’aérer et de profiter de l’air extérieur par temps chaud, sans nuire au confort thermique de la maison.
Améliorer l’isolation phonique de la maison
Les matériaux offrant la meilleure inertie thermique sont ceux à forte densité (lire la section suivante pour en savoir plus sur le choix des matériaux). Or, cette caractéristique leur permet également d’être de bons isolants phoniques : un avantage considérable pour réduire les nuisances sonores provenant de l’extérieur et également pour limiter la transmission des bruits à l’intérieur de la maison, d’une pièce à l’autre ou d’un étage à l’autre.
Inertie thermique et maison bioclimatique
Une maison bioclimatique est une maison écologique et économe en énergie, qui profite du climat et de son environnement extérieur pour puiser son énergie.
Grâce à des choix d’implantation et de conception pertinents, tels que l’utilisation du rayonnement solaire, de la géothermie et le recours à des techniques de circulation d’air, les besoins en énergie extérieure pour chauffer ou climatiser l’habitation sont considérablement réduits, voire nuls (principe de la maison passive).
Une excellente inertie thermique est donc l’une des caractéristiques essentielles d’une maison bioclimatique.
Comment optimiser l’inertie thermique d’une maison ?
Pour améliorer l’inertie thermique de son habitation, il est indispensable de bien choisir ses matériaux et d’opter pour des techniques de construction efficaces.
Bien choisir ses matériaux
Les matériaux les plus performants en matière d’inertie sont les matériaux lourds et denses : ce sont eux les plus enclins à stocker la chaleur.
La densité d’un matériau, ou masse volumique, désigne son poids pour un volume donné, généralement exprimé en kilogrammes par mètre cube (kg/m³).
Parmi les matériaux de construction à densité élevée, citons le béton, le granit, le calcaire, la brique de terre crue, la brique de terre cuite, les galets, le sable, les métaux, etc.
Ces matériaux présentent tous une capacité thermique élevée (la capacité thermique définit la chaleur volumique, c’est-à-dire la quantité d’énergie nécessaire pour augmenter la température du matériau d’un degré Celsius).
La diffusivité ou l’effusivité
En fonction de l’emplacement des matériaux et de leur finalité (matériaux destinés à l’isolation extérieure ou intérieure, notamment), on privilégiera selon les cas :
ceux à faible diffusivité (inertie par transmission) ;
ou ceux à forte effusivité (inertie d’absorption).
Dans le tableau ci-dessous, retrouvez les caractéristiques thermiques des principaux matériaux de construction offrant une bonne inertie :
Béton lourd de granulats plein
Enduit à la chaux
Source : EnviroBAT Méditerranée, Les matériaux et l’inertie thermique
La terre sèche, les briques de terre, le mortier ou encore le béton lourd de granulats plein constituent d’excellents matériaux pour optimiser l’inertie de transmission : ils sont parfaits pour la construction des murs extérieurs.
Pour améliorer l’inertie superficielle à l’intérieur du bâtiment, on peut enduire les murs intérieurs de matériaux présentant une grande capacité thermique : par exemple, de la chaux, du ciment ou encore des carreaux de terre cuite.
Les textures sont également à prendre en compte : en effet, plus un matériau est rugueux et foncé, mieux il absorbe les rayons du soleil. Ainsi, dans une pièce baignée de lumière naturelle, un carrelage noir et texturé est un choix idéal pour optimiser l’inertie thermique.
Maison à ossature bois et bonne inertie thermique sont-elles compatibles ?
Le bois a une densité relativement faible : entre 400 et 800 kg/m³, selon s’il s’agit de bois léger (type résineux) ou de bois lourd. Par conséquent, une maison à ossature bois présente naturellement une inertie thermique faible. Pour compenser cela, il est important d’intégrer des matériaux lourds et denses à sa conception :
en intégrant dans les murs structurels des isolants denses et à forte capacité thermique, telles que la laine de bois ou la ouate de cellulose ;
en créant des cloisons internes en brique crue ;
en mettant en place une dalle béton ;
Les techniques de construction choisies influent fortement sur l’inertie globale d’un bâtiment.
L’isolation des murs par l’extérieur
En matière d’isolation des murs, une isolation par l’extérieur est le choix idéal pour tirer au maximum profit de l’inertie des murs et d’un déphasage important.
Ceci est particulièrement le cas pour les maisons en pierre, qui bénéficient d’une inertie naturelle importante. Observons les schémas ci-dessous, présentant les conséquences d’une isolation par l’intérieur et par l’extérieur, par temps froid :
Impact d’une isolation des murs par l’intérieur sur l’inertie thermique d’un bâtiment en pierre
Impact d’une isolation des murs par l’extérieur sur l’inertie thermique d’un bâtiment en pierre
Dans le premier cas (isolation par l’intérieur), le froid provenant de l’extérieur est stocké par le mur en pierre. Ce froid est, fort heureusement, en partie stoppé par l’isolant placé à l’intérieur de l’habitation. Néanmoins, cette configuration n’est pas optimale, car la bonne inertie thermique du mur n’est pas mise à profit.
Dans le second cas (isolation par l’extérieur), le froid est stoppé par l’isolant extérieur et pénètre peu dans le mur en pierre. En outre, la chaleur intérieure émise par le système de chauffage est absorbée par le mur en pierre et restituée ultérieurement, offrant ainsi un confort thermique stable et durable.
Le principe du mur Trombe est basé sur le rayonnement solaire. Sur la surface extérieure d’un mur en pierre, en béton ou en brique idéalement exposé au sud, est positionné un vitrage. Une couche d’air sépare les deux éléments. L’ensemble comporte des ouvertures en haut et en bas, afin de faire circuler l’air.
En journée, les rayons du soleil traversent la paroi vitrée et sont absorbés par le mur à forte inertie (lequel est généralement peint d’une couleur sombre, pour maximiser sa capacité d’absorption). Le mur se réchauffe et la chaleur est alors piégée dans la couche d’air, qui est libérée peu à peu par les ouvertures, afin de chauffer l’intérieur du bâtiment.
Les murs de refend et cloisons internes
Pour favoriser l’inertie d’absorption à l’intérieur de la maison, les murs de refend (murs porteurs intérieurs) et les cloisons internes doivent être en matériaux à forte densité, en terre crue par exemple (technique du pisé ou briques).
En rénovation, poser un enduit sur ses parois intérieures est un système simple et efficace pour favoriser l’inertie superficielle des murs : enduit en terre crue ou à la chaux, par exemple.
Les fondations sur terre-plein et les maisons semi-enterrées
En neuf, choisir de construire une maison avec fondations sur terre-plein ou, mieux encore, une maison semi-enterrée, permet de profiter pleinement de l’inertie du sol, été comme hiver.
Le système PAHS de John Hait
Dans les années 1980, le physicien américain John Hait a mis au point un procédé appelé Passive Annual Heat Storage (PAHS), c’est-à-dire le « stockage passif de chaleur annuel ».
Avec le PAHS, la maison est, cette fois, entièrement enterrée (excepté une façade qui donne sur l’extérieur) et la terre de remblai qui l’entoure constitue une énorme masse thermique. Il en résulte que le bâtiment bénéficie d’une très grande inertie et d’un déphasage extrêmement important, allant jusqu’à un semestre entier. Ainsi :
la fraîcheur emmagasinée l’hiver est restituée l’été ;
la chaleur stockée pendant l’été est rediffusée l’hiver.
Enfin, poser une toiture végétalisée avec une épaisseur de terre d’au moins 10 centimètres apportera également assez de masse pour ajouter de l’inertie à l’habitation.
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Souvent parent pauvre de la conception de l’habitat moderne, l’inertie thermique est pourtant une caractéristique essentielle à prendre en compte lors de la construction ou de la rénovation d’une maison. Avec une bonne inertie thermique, on bénéficie de températures intérieures stables et agréables, tout en limitant la consommation en énergie.
Des aides pour améliorer l’inertie thermique de son habitation
En rénovation, certains travaux, notamment l’isolation par l’extérieur, peuvent en outre bénéficier d’aides financières substantielles :
le dispositif MaPrimeRénov’ ;
le programme « Habiter Mieux » de l’Anah ;
la prime « Coup de pouce Isolation » ;
l’éco-prêt à taux zéro ;
des aides des collectivités locales ;
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