L’inertie thermique d’un bâtiment est l’une des composantes essentielles de son efficacité énergétique. Tour d’horizon de ses caractéristiques, méthodes de calcul et d’intégration dans le calcul réglementaire.
L’inertie thermique est le potentiel de « stockage » thermique. Celle-ci participe bien évidemment pleinement à l’efficacité énergétique d’un bâtiment. Les deux atouts d’un bâtiment présentant une bonne inertie sont :
- sa capacité à stocker l’énergie pour la restituer lors des
besoins - sa capacité à limiter les hausses de température en été
Qu’il s’agisse d’étudier une conformité réglementaire, de simuler dynamiquement le comportement thermique ou énergétique, ou encore de dimensionner une installation de climatisation, l’inertie du bâtiment est un élément important du processus. Elle est pour l’essentiel portée par les parois dites lourdes, soit les planchers et refends lourds, les murs isolés par l’extérieur.
L’inertie de chacun de ces éléments est physiquement caractérisée par l’effusivité et la diffusivité des matériaux qui la composent, ainsi que par l’ordre dans lequel les différents matériaux seront soumis à l’onde de température.
L’effusivité et la diffusivité d’un matériau sont elles-mêmes déterminées par sa conductivité thermique, sa capacité calorifique et sa masse volumique.
Calculer l’inertie
L’effet de l’inertie dans un bâtiment se traduit par un amortissement (a) et un déphasage (b) des variations de températures intérieures par rapport aux variations de températures extérieures (cf. Figure 1).
Figure 1 : Amortissement (a) et déphasage (b) dus à l’inertie thermique
Afin de prendre en compte ces deux phénomènes, on utilise la notion de capacité thermique (Cm), exprimée en kJ/K, qui est calculée pour une période donnée, par exemple 24 h, 14 jours ou 1 an. Elle va traduire la capacité à stocker et restituer de l’énergie durant cette période.
Dans le cadre des méthodes de calcul réglementaire (RT 2005, RT Ex, RT 2012), l’inertie est définie par groupe. Pour un groupe comportant plusieurs niveaux, on détermine l’inertie de chacun d’entre eux et on retient la plus faible de toutes.
L’inertie d’un niveau est déterminée à l’aide des règles Th-Bât (dans sa partie « Inertie » dans la dernière version, dans le fascicule Th-I pour les précédentes). Ces règles proposent pour cela trois méthodes :
- une première très forfaitaire qui utilise trois critères : présence de planchers bas lourds, de planchers hauts lourds et de murs lourds.
- une deuxième un peu plus détaillée qui utilise un système de points. Les points sont attribués en fonction du côté plus ou moins lourd de chacune des parois.
Ces deux méthodes, pour lesquelles une définition des éléments lourds ou non est donnée, établissent une classe d’inertie : très lourde, lourde, moyenne, légère, très légère. À chacune de ces classes le calcul réglementaire fait correspondre une valeur de capacité thermique.
- enfin, une troisième méthode est proposée, qui elle donne directement une valeur de capacité thermique (Cm). Celle-ci est la somme des capacités thermiques de chaque paroi, augmentée d’une valeur forfaitaire de capacité thermique due au mobilier (20 kJ/K/m²).
: surface de la paroi
: capacité calorifique surfacique de paroi i pour une certaine période
: surface utile ou habitable du niveau
La valeur de doit être établie selon la norme NF EN ISO 13786 (Performance thermique des composants de bâtiment — Caractéristiques thermiques dynamiques — Méthodes de calcul).
Capacité calorifique surfacique
La norme NF EN ISO 13786 permet d’obtenir la capacité calorifique surfacique d’une paroi en fonction des valeurs de la conductivité thermique, la capacité thermique massique, la masse volumique et l’épaisseur de chacune des couches de celle-ci, et de l’ordre dans lequel elles sont soumises aux variations de température.
De ces données on déduit la profondeur de pénétration et une matrice de transfert thermique de chaque couche. En prenant en compte en plus les matrices de transfert superficielles (effet des résistances superficielles), on multiplie les matrices de transfert pour obtenir le résultat sur la totalité de la paroi multicouches.
L’inertie (et donc la capacité thermique) est toujours donnée pour une certaine période. Le but est d’obtenir l’effet de l’inertie pour une durée spécifique. Le calcul réglementaire utilise deux périodes :
-
- 24 h, qui est utilisée pour caractériser l’amortissement de l’onde quotidienne de température et d’ensoleillement en saison chaude ainsi que pour caractériser le taux de récupération des apports de chaleur en hiver (inertie quotidienne)
- 14 jours, qui est utilisée pour caractériser l’amortissement de l’onde séquentielle de température en saison chaude (inertie séquentielle)
