Le principe physique des isolants employés dans le domaine du bâtiment

 

• La résistance thermique

Il s'agit de la capacité d'un  matériau à résister à la transmission de chaleur par agitation de la matière.

De ce fait, le meilleur isolant est donc le vide, il n'y alors pas de matière et donc pas de transmission par agitation

De nouveau types d'isolants sont désormais conçus sur ce principe : les panneaux isolants sous vide, aussi appelés PIV.

Les principaux matériaux isolants employés dans le bâtiment emprisonnent de l’air inerte, c'est d'ailleurs pour cette raison qu'un isolant présentant une résistance thermique est relativement épais, la résistance de cet air sans mouvement lui confère ses qualités thermiques.

Il est par ailleurs important d'éviter que l’isolation thermique d’un bâtiment soit humide ou trempée.

Cela n'est pas seulement pour éviter le risque fongicide mais l’eau présente une résistance thermique défavorable et diminue ainsi fortement la performance du matériau isolant.

 

• La réflexion de la chaleur

Ici, le (rayonnement infrarouge (le renvoi de la chaleur) à l’aide d’une couche réfléchissante, de même qu’on renvoie de la lumière à l’aide d’un miroir.

C’est ce qui se passe dans un double ou triple-vitrage moderne muni d’une ou deux couches sélectives qui renvoient une partie de la chaleur dans le logement.

Les isolants minces réfléchissants sont également conçus sur ce principe.

 

• Le blocage de la convection

L’intérêt est de limiter le plus possible les mouvements d’air afin le rendre le plus inerte possible car ces phénomènes conduisent à refroidir un bâtiment en période hivernale.

Pour imager et concrétiser cette situation, on peut imaginer de ce qu'il se produit lorsqu’on cherche à refroidir une cuillère de soupe très chaude en soufflant dessus : cette action accélère le refroidissement du liquide et de la cuillère.

La conductivité thermique est la mesure de la capacité d'un matériau à conduire la chaleur.

Le coefficient de conductivité thermique représente le flux de chaleur par mètre carré traversant 1 m de matériau homogène, pour une différence de température de 1 degré entre les deux faces.

La conductivité thermique est la mesure de la capacité d'un matériau à conduire la chaleur.

Le coefficient de conductivité thermique représente le flux de chaleur par mètre carré traversant 1 m de matériau homogène, pour une différence de température de 1 degré entre les deux faces.

Le tableau ci-dessous est une classification par ordre de conductivité thermique croissante les matériaux les plus courants employés dans les bâtiments.

 Notez que l'air est un très bon isolant, en revanche le cuivre est un parfait conducteur de chaleur.

Matériaux de construction	Conductivité thermique (W · m–1 · K–1)
Air (78% Azote N2 - 21% Oxygène O2 - 0,93% Argon Ar - 0,04% CO2)	0,025
Polyuréthane rigide (Mousse)	0,029
Laine de verre ou laine de roche	0,035
Laines ou plumes animales	0,035
Verre recyclé (Mousse)	0,035
Polystyrène expansé classe 5 selon la norme NF T 56-203	0,037
Cellulose soufflée	0,037 - 0,042
Perlite expansée	0,039
Polystyrène expansé classe 3 selon la norme NF T 56-202	0,039
Bois (Fibre de)	0,04
Chanvre (Fibre de)	0,042
Liège expansé pur	0,043
Polystyrène expansé classe 1 selon la norme NF T 56-201	0,044
Paille	0,045
Liège expansé aggloméré au brai	0,048
Vermiculite	0,048
Balsa	0,05
Verre cellulaire (d = 0,12 - 0,14)	0,05
Verre cellulaire (d = 0,13 - 0,14)	0,055
Bois - Sciure sèche	0,06 - 0,07
Verre cellulaire	0,063
Bois de cèdre	0,077
Perlite - Brique alvéolaire (Poroton)	0,08
Chanvre (Brique de)	0,085
Bois - Panneaux de particules de bois pressés - plat	0,1
Liège comprimé	0,1
Bois - Feuillus très légers - Peuplier, okoumé	0,12
Bois - Panneaux contreplaqués et lattés - Okoumé ou peuplier	0,12
Paille comprimée	0,12
Bois de noyer (0,65 g/cm³)	0,14
Bois - Feuillus légers - Tilleul, bouleau, érable, et résineux mi-lourds : pins sylvestre et maritime	0,15
Bois - Panneaux contreplaqués et lattés - Pins maritimes ou d'Orégon	0,15
Bois de pin (perpendiculairement aux fibres)	0,15
Béton traité à l'autoclave	0,16
Bois de chêne	0,16
Bois - Panneaux de particules de bois	0,17
Béton cellulaire	0,22
Bitume	0,23
Bois - Feuillus mi-lourds - Hêtre, frêne, etc. et résineux très lourds : pitchpin	0,23
Béton de perlite ou de vermiculite	0,24
Béton cellulaire	0,33
Plâtre standard	0,35
Bois de pin (parallèlement aux fibres)	0,36
Caoutchouc vulcanisé	0,36 à 0,40
Béton de pouzzolane	0,44
Amiante-ciment cellulose	0,46
Béton de ponce naturelle	0,46
Plâtre haute dureté	0,5
Eau	0,6
Asphalte pur	0,7
Béton caverneux < 10 % de sable de rivière	0,7
Brique (terre cuite)	0,84
Amiante-ciment	0,95
Terre cuite	1 - 1,35
Pierre tendre	1,05
Asphalte sablé	1,15
Béton caverneux - Granulats lourds siliceux, silico-calcaires et calcaires	1,4
Béton plein - Bétons de granulats lourds de laitier de hauts fourneaux de Lorraine	1,4
Béton armé et mortier	1,5
Verre	1,5
Pierre ferme calcaire	1,7
Béton plein - Bétons de granulats lourds siliceux, silico-calcaires et calcaires	1,75
Ardoise	2,1
Pierre dure calcaire	2,2
Lave	2,9
Marbre	2,9
Basalte	3,5
Gneiss	3,5
Granite	3,5
Acier inoxydable	16,3
Acier au carbone (0,5 - 1,5% C)	50,2
Fer	80
Aluminium	210
Cuivre	370

Comme évoqué précédemment, la résistance thermique d'un matériau isolant est une mesure de sa capacité à résister au passage de la chaleur.

Elle est exprimée en m²K/W et mesure la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter la température d'un matériau d'un degré Kelvin par unité de surface et par unité de flux de chaleur.

Plus la résistance thermique d'un matériau est élevée, plus il est efficace pour l'isolation thermique.

 

Le lambda (λ), conductivité thermique et la résistance thermique R sont des indicateurs importants de l'efficacité d'un matériau isolant thermique.

 

Voici quelques valeurs de résistance thermique de différents matériaux isolants couramment utilisés dans le domaine du bâtiment.

 Ces informations sont indicatives et peuvent varier en fonction de la qualité, de la densité du matériau et de leur fabricant.Il existe de nombreux fabricants de matériaux isolants sur le marché.

Matériau isolant	Résistance thermique (m²K/W)
Polystyrène expansé (XPS)	0,035 à 0,040
Polyuréthane expansé (PUR)	0,020 à 0,025
Laine de verre	0,040 à 0,045
Laine de roche	0,035 à 0,040
Fibre de bois	0,040 à 0,045
Liège expansé	0,040 à 0,045
Mousse de polyéthylène	0,030 à 0,035

 

Cet article complémentaire présente des calculs liés à la performance thermique d'un isolant

 

 

Voici quelques liens de fabricants de matériaux isolants

• Isover (laine de verre) : https://www.isover.fr/
• Knauf Insulation (laine de verre, laine de roche) : https://www.knaufinsulation.fr/
• Rockwool (laine de roche) : https://www.rockwool.fr/
• Dow (polystyrène expansé) : https://www.dow.com/fr-fr/building-construction/insulation
• Recticel (polyuréthane expansé) : https://www.recticel.com/fr/
• Pavatex (fibre de bois) : https://www.pavatex.fr/
• PenArdeche (liège expansé) : https://www.penardeche.com/