Inertie thermique
Quand un matériau se trouve à l'équilibre thermique, sa température est fixe et les échanges de chaleur qu'il a avec son environnement sont équilibrés.
Quand un matériau se trouve à l'équilibre thermique, sa température est fixe et les échanges de chaleur (échange par conduction, convection, rayonnement) qu'il a avec son environnement sont équilibrés (autant de chaleur reçue de son environnement que de chaleur cédée à cet environnement).
L'inertie thermique est la propension de ce matériau à garder longtemps sa température d'origine quand intervient une perturbation de cet équilibre thermique. Si la perturbation l'amène vers une nouvelle température d'équilibre, cette inertie thermique représente la "lenteur" avec laquelle ce nouveau point d'équilibre est atteint.
- Si le matériau est très inerte, il atteindra cet équilibre au bout d'un temps long.
- Si le matériau est peu inerte, il attendra cet équilibre au bout d'un temps bref.
Le temps caractéristique en question dépend de l'inertie du matériau mais également de l'écart entre les deux températures d'équilibre. Globalement, plus les matériaux sont denses et plus ils sont inertes, c'est pourquoi on parle aussi de masse thermique.
La notion d'inertie thermique est fréquemment utilisée dans le cas du bâtiment où les températures intérieures et en particulier extérieures fluctuent souvent et où les matériaux constitutifs de la structure participent à la stabilité de la température intérieure.
Grandeurs pour la quantifier
On quantifie l'inertie thermique principalement par
- la diffusivité thermique D (ou a) du matériau, qui représente sa tendance à faciliter la diffusion de la chaleur (donc plutôt opposée à l'inertie thermique).
- l'épaisseur e du matériau reconnu
En réalité, le temps caractéristique associé à l'inertie thermique dépend de ces deux paramètres, dans la mesure où il est de l'ordre de e2 / D
- l'effusivité thermique, caractérise la transmission de la chaleur au moment de la mise en contact thermique de deux matériaux.
Effets dans le cas d'un bâtiment
Schématiquement, sur des temps d'observation donnés (journaliers, saisonniers... ), les variations de température extérieure sont périodiques. Grâce à l'inertie thermique du bâti, la température à l'intérieur du bâtiment suit obligatoirement ces variations, mais avec :
- un amortissement, qui permet d'atténuer les effets des canicules ou des grands froids
- un déphasage, qui sert à retarder les effets (en été : le front de chaleur pénètre dans la maison en fin de journée plutôt qu'en matinée, etc... )
L'amortissement et le déphasage sont d'autant plus marqués que l'inertie thermique est grande.
Liens externes
Pour aller plus loin
Une analyse intéressante de la notion "intuitive" d'inertie thermique, appliquée au cas du bâtiment, se trouve p. 117-119 de la thèse de doctorat de Jean Sicard, "Analyse modale appliquée à la thermique", Université Pierre et Marie Curie, Paris, 1984.
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