Qu’est-ce que la conductivité thermique ?

Le principe de conductivité thermique est décrit dès 1822 dans la « loi de Fourier », par le mathématicien et physicien français qui porte son nom.

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Définition

La conductivité thermique, plus rarement appelée conductibilité thermique, est la grandeur physique caractérisant la capacité d’un matériau à conduire la chaleur. Son unité de mesure est le « lambda » (symbole λ). Ce coefficient indique la quantité de chaleur qui se diffuse par conduction :

  • sur un matériau d’une surface de 1 m² et d’une épaisseur de 1 mètre ;
  • en 1 seconde ;
  • avec une différence de 1 degré entre les deux faces du matériau.

Le lambda est exprimé en W/m.K, c’est-à-dire en Watt par mètre-Kelvin (un Kelvin étant égal à une variation de température de 1 degré Celsius).

Bon à savoir

Le coefficient de conductivité thermique n’est valable que pour les surfaces homogènes. Il est intrinsèque à chaque matériau, et variable en fonction de :• sa densité (ou masse volumique) : en effet, moins un matériau est dense (donc plus il est léger), moins son coefficient de conductivité thermique est élevé ;• la température : moins un matériau est chaud, moins il facilite la conduction de chaleur et donc, moins son coefficient de conductivité thermique est élevé ;• l’humidité générée : moins celle-ci est importante, moins le coefficient de conductivité thermique est élevé.

C’est pourquoi les documentations des matériaux commercialisés, fournies par les fabricants, doivent préciser non seulement leur valeur λ, mais également les conditions dans lesquelles cette valeur est obtenue.

La conductivité thermique est étroitement liée à la notion de conduction thermique : celle-ci désigne le mode de transfert thermique provoqué par une différence de température entre deux régions d’un même milieu (ou entre deux milieux entrant en contact). Il s’agit donc d’un processus de transport d’énergie, qui s’effectue sans déplacement de matière.

D’autres modes de transfert thermique existent : la convection, qui induit un déplacement de l’énergie thermique par les fluides (liquides ou gaz) et le rayonnement (le transfert thermique est effectué à partir d’un corps rayonnant vers un autre, par rayonnement électromagnétique).

Mesurer la conductivité thermique d’un matériau

Un particulier n’est pas en mesure d’évaluer précisément la conductivité thermique d’un matériau : il doit donc se fier aux indications délivrées par les fabricants, qui ont, préalablement à la commercialisation de leur produit, effectué des tests au sein d’un laboratoire, tel que le LNE (Laboratoire national de métrologie et d’essais), par exemple.

Pour définir la conductivité thermique d’un matériau, plusieurs méthodes d’analyse existent, parmi lesquelles :

  • la méthode de la plaque chaude gardée (ou GHP, pour Guarded Hot Plate Method), dans laquelle deux échantillons identiques sont soumis à un flux unidimensionnel dans une zone de mesure entourée d’une zone de garde ;
  • sa variante, la méthode fluxmétrique, n’utilise, quant à elle, qu’un seul échantillon. Celui-ci est inséré entre deux plaques de températures différentes. On mesure le flux de chaleur généré par le gradient de température entre les plaques ;
  • la méthode du fil chaud est l’une des plus simples et rapides à mettre en œuvre. Un fil est placé entre les surfaces de deux échantillons du matériau à analyser. Il délivre un flux de chaleur et produit un échauffement de quelques degrés du matériau, mesuré par thermocouple.

Les fournisseurs sont tenus de mentionner les résultats des tests dans le descriptif de leurs produits.

Notre conseil

Pour s’assurer de la fiabilité des performances thermiques affichées sur les matériaux, le plus simple est de sélectionner uniquement les produits certifiés par l’ACERMI (Association pour la certification des matériaux isolants). La certification ACERMI garantit, notamment, que la conductivité thermique et la résistance thermique déclarées sont bien conformes aux caractéristiques réelles du matériau. Les fabricants sont libres d’y soumettre ou non leurs produits.

Conductivité thermique et résistance thermique : deux notions complémentaires

Le coefficient lambda d’un matériau est générique et constant : il reste toujours le même, quelle que soit l’épaisseur de ce matériau.

Pour évaluer concrètement le pouvoir isolant d’un produit en vente sur le marché, il est nécessaire de comprendre également le principe de résistance thermique. Cet indicateur, noté R, nous renseigne sur la capacité d’un matériau à résister au froid et au chaud. Il est exprimé en m².K/W et s’obtient en prenant en compte deux éléments :

  • la conductivité thermique du matériau ;
  • son épaisseur.

Concrètement, le calcul de la résistance thermique est le suivant :

R (Résistance thermique) = e (Épaisseur, exprimée en mètre) / λ (Conductivité thermique)

Exemple : calculons la résistance d’un matériau affichant un lambda λ de 0,040 W/m.K (laine de verre, par exemple), d’une épaisseur de 20 cm, soit 0,2 mètre.

R = 0,2/0,040 = 5

La résistance thermique du matériau en question est donc de 5 m².K/W.

En isolation, pour une valeur R donnée, on adaptera donc l’épaisseur du matériau en fonction de sa valeur λ (sa conductivité thermique). Le calcul de l’épaisseur est simple :

e (Épaisseur, exprimée en mètre) = R (Résistance thermique) x λ (Conductivité thermique)

À noter : le résultat étant obtenu en unité mètre, il suffit ensuite de le multiplier par 100 pour obtenir l’épaisseur nécessaire exprimée en centimètres.

Exemple : sur le modèle précédent, calculons l’épaisseur nécessaire pour obtenir une résistance thermique de 5 m².K/W, en utilisant un matériau (de la laine de roche) affichant un lambda λ de 0,040 W/m.K.

e = 5 x 0,040 = 0,2

L’épaisseur nécessaire est donc de 0,2 mètre, soit 20 cm.

Ainsi, pour effectuer des travaux d’isolation, si l’on souhaite (par exemple) une résistance thermique de 5, on pourra opter pour :

  • de la mousse de polyuréthane (λ = 0,025 W/m.K) d’une épaisseur de 12,5 cm ;
  • de la laine de roche (λ = 0,035 W/m.K) d’une épaisseur de 17,5 cm ;
  • de la ouate de cellulose (λ = 0,04 W/m.K) d’une épaisseur de 20 cm ;
  • de la laine de chanvre (λ = 0,05 W/m.K) d’une épaisseur de 25 cm ;
  • etc.

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Qu’est-ce qu’une bonne résistance thermique ?

La réponse varie en fonction de l’emplacement de l’isolant. En effet, pour les murs ou les planchers bas par exemple, les exigences seront moins élevées que pour les rampants de toitures ou les planchers des combles perdus.

Les performances exigées en rénovation par la réglementation thermique actuellement en vigueur constituent un bon point de repère :

Type de paroi opaque Résistance thermique minimale R de l’ensemble paroi + isolant en m².K/W (*)
Mur extérieur, toiture de pente > 60 °2,2
Mur en contact avec un volume non chauffé2
Plancher bas donnant sur l’extérieur ou sur un local non chauffé2,1
Plancher de combles perdus4,8
Toiture de pente < 60 °4
Toiture-terrasse3,3

(*) Valeur minimale valable du 1er janvier 2018 au 31 décembre 2022, et variable selon la zone géographique.Source : Ademe.

En construction neuve, la réglementation est plus exigeante, et le sera davantage encore à compter du 1er janvier 2021, avec l’entrée en vigueur de la RE 2020 (Réglementation environnementale 2020), qui fixe les seuils minimaux de résistance thermique à 10 pour l’isolation des combles et 5 pour l’isolation du sol et des murs.

Isolation et conductivité thermique

La notion de conductivité thermique désormais définie, il est aisé de comprendre combien elle est importante dans le choix des matériaux, si l’on souhaite obtenir une isolation de qualité.

La conductivité thermique, un critère essentiel en isolation

Lorsque l’on compare plusieurs isolants, l’indice de conductivité thermique nous permet d’évaluer la capacité de chacun à conduire la chaleur, à épaisseur identique.

Un matériau performant en matière d’isolation thermique doit présenter une faible conductivité thermique. Si le lambda est peu élevé et l’épaisseur suffisante, le produit présentera donc une excellente résistance aux transferts de chaleur.

À retenir

• Plus le coefficient de conductivité thermique (λ) est petit, plus le pouvoir isolant du matériau est élevé, à épaisseur égale.• Plus le coefficient de résistance thermique (R) est élevé, plus le matériau est isolant.

Selon l’Ademe, un produit est considéré comme isolant s’il présente un lambda entre 0,025 et 0,05 W/m.K. De même, on considère une résistance thermique comme performante à partir de 0,5 m².K/W.

Quels sont les matériaux à faible conductivité thermique ?

Parmi les matériaux faiblement conducteurs de chaleur, on distingue les isolants minéraux (laines minérales), les isolants synthétiques issus de l’industrie pétrochimique et les isolants biosourcés, qui peuvent être d’origine végétale, d’origine animale ou issus du recyclage.

Ci-dessous un tableau récapitulatif des valeurs λ généralement observées pour les principaux matériaux isolants :

Isolant Conductivité thermique (λ)---
lll Fourchette basse Fourchette haute
Isolants minéraux------
Laine de verre0,0320,046
Laine de roche0,0330,044
Perlite exfoliée0,0500,060
Vermiculite0,0600,080
Isolants synthétiques------
Polyuréthane0,0220,028
Polystyrène extrudé0,0270,040
Isolants biosourcés------
Laine de bois0,0360,046
Laine de coco0,0370,047
Laine de chanvre0,0390,060
Laine de lin0,0370,041
Laine de mouton0,0350,045
Liège expansé0,0370,041
Ouate de cellulose0,0380,042

Avant achat, assurez-vous que le produit choisi possède bien le marquage CE, attestant de son autorisation de mise sur le marché et de sa conformité avec les normes européennes en matière de produits de construction.

Pour rappel

Une certification ACERMI vous garantit la fiabilité des caractéristiques techniques du produit affichées par le fabricant, en matière, notamment, de performance thermique. C’est donc une indication essentielle pour un achat éclairé.

Adapter son choix à son projet

Selon que votre besoin d’isolation concerne des murs intérieurs ou extérieurs, des combles, le garage ou encore la toiture, les isolants les plus adaptés diffèrent.

Si vous souhaitez aménager les combles de votre maison, l’indice de conductivité thermique est plus que jamais important, car vous ne pourrez pas vous permettre d’opter pour un isolant trop épais, qui rongerait tout votre espace. En revanche, si vos travaux d’isolation concernent un vide sanitaire en sous-face (sous plancher), la question de l’épaisseur de la couche isolante sera moins problématique.

Outre les performances thermiques, d’autres critères sont également à prendre en compte :

  • le déphasage thermique du matériau (capacité à réguler les températures entre le jour et la nuit) ;
  • la régulation hygrothermique (capacité à absorber la vapeur d’eau et à la restituer quand l’air ambiant est sec) ;
  • la résistance à l’humidité (critère essentiel lorsqu’on isole une salle de bains, par exemple) ;
  • la durabilité du produit (résistance au tassement, aux rongeurs, etc.) ;
  • la toxicité du matériau et ses risques potentiels sur la santé ;
  • l’impact environnemental en matière de fabrication ;
  • la performance phonique ;
  • l’inflammabilité de l’isolant ;
  • la simplicité d’installation ;
  • enfin, bien évidemment, le coût.

Bien isoler son habitation : des économies à la clé

Une bonne isolation thermique est essentielle pour limiter la facture énergétique. La réglementation thermique actuellement en vigueur (RT 2012) et plus encore celle à venir à compter de janvier 2021 (RE 2020, pour Réglementation environnementale), fixent les exigences en matière de performance énergétique pour les constructions neuves. En rénovation, des dispositifs d’aides existent.

Performances thermiques et aides à la rénovation

Pour inciter à la rénovation des logements énergivores (familièrement appelés « passoires thermiques »), l’État a mis en place plusieurs dispositifs et aides financières. Objectif : lutter contre les phénomènes de déperdition thermique, encore très fréquents, notamment dans les logements construits avant 1974 (qui concernent, tout de même, 2/3 du parc immobilier français actuel).

Bon à savoir

Selon l’Ademe, des parois faiblement isolantes et la présence de nombreux ponts thermiques sont les principales causes de pertes thermiques. Le toit (25 % à 30 %) et les murs (20 % à 25 %) sont les grands maillons faibles d’un bâtiment.

Le Crédit d’impôt pour la transition énergétique (CITE) est l’une des principales aides écologiques. Pour en bénéficier, il est obligatoire de respecter certains critères en matière, notamment, de résistance thermique :

  • l’isolation des combles perdus (combles non-aménageables) doit garantir un R minimal de 7 m².K/W ;
  • si vous isolez les murs donnant sur l’extérieur, ce R minimal est de 3,7 m².K/W ;
  • pour un plancher bas, il est de 3 m².K/W ;
  • pour les toitures-terrasses, il est de 4,5 m².K/W ;
  • enfin, pour les rampants de toiture et les plafonds de combles, le R minimal requis est de 6 m².K/W.

L’obtention du crédit d’impôt dépend donc fortement de la qualité des matériaux utilisés, d’où l’importance à accorder à la conductivité thermique au moment de faire son choix.

À noter

Le CITE sera définitivement supprimé en janvier 2021 au profit, notamment, du dispositif MaPrimeRénov’.

Outre le crédit d’impôt, d’autres aides à l’isolation existent :

  • l’éco-prêt à taux zéro : disponible jusqu’à décembre 2021, ce prêt sans conditions de ressources s’adresse à tout propriétaire (occupant ou bailleur) souhaitant engager des travaux d’isolation (notamment), pour un logement construit depuis plus de 2 ans ;
  • le programme MaPrimeRénov', lancé le 1er janvier 2020 dans l’objectif de fusionner progressivement le CITE et les aides de l’Anah (Agence nationale de l’habitat). Pour en bénéficier, il est nécessaire de justifier de ses ressources. En effet, les aides allouées sont plus ou moins conséquentes, en fonction des revenus du foyer. Ainsi, pour des travaux d’isolation des murs par l’intérieur, par exemple, l’aide varie de 7 € à 25 € par mètre carré ;
  • des aides locales (région, département ou mairie) ;
  • des initiatives privées (prime énergie CEE, des primes « Coup de pouce économies énergie » proposées directement par les fournisseurs d’énergie).

Notre conseil

Pour bénéficier des différentes aides disponibles, assurez-vous que vos travaux d’isolation répondent bien aux exigences requises en faisant appel à un professionnel RGE (Reconnu garant de l’environnement).

Réduire sa facture énergétique en changeant de fournisseur d’énergie

Isoler son habitation grâce à des matériaux faiblement conducteurs de chaleur permet à la fois de réduire sa consommation d’énergie et de gagner en confort thermique.

Mais savez-vous que vous pourriez réaliser de plus amples économies sur votre facture de chauffage, en changeant simplement de fournisseur de gaz ou d’électricité ? En effet, depuis 2007 et l’ouverture à la concurrence du marché de l’énergie, chacun est libre d’opter pour le prestataire de son choix. Dans un secteur fortement concurrencé, nombreux sont les fournisseurs qui proposent des tarifs inférieurs aux tarifs réglementés.

Pour vous aider à vous y retrouver, Choisir.com a mis en place un comparateur des offres d’électricité et de gaz. En quelques clics seulement, dénichez le fournisseur le plus avantageux pour vous et économisez jusqu’à 200 € sur votre facture !

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