Les Solutions

L’Inertie Thermique = Confort et Économies d’énergie

Inertie Thermique dans la Bâtiment

Dans cet article, on va comprendre comment gagner en confort et comment faire des économies d’énergie grâce à l’inertie thermique.

Mais d’abord, qu’est-ce que l’Inertie Thermique ?

L’inertie thermique est la capacité d’un matériau à conserver sa température malgré les changements extérieurs.

  • Plus on mettra d’inertie dans un bâtiment, plus il faudra d’énergie pour changer sa température
  • Plus une construction sera faite de matériaux lourds, plus elle aura d’inertie thermique

Comment ça se traduit dans la construction :

Maison à Faible Inertie Thermique
  • Dans un bâtiment à faible inertie type ossature bois et cloisons légères
  1. Un apport de chaleur va rapidement faire monter la température interne
  2. A l’inverse, par temps froid, ouvrir les fenêtres fera baisser rapidement la température
  • Dans un bâtiment à grande inertie type bâtiment en pierre
  1. Pour un même apport de chaleur que le cas précédent, la température interne augmentera moins
  2. Par temps froid, ouvrir les fenêtres fera peu baisser la température

A première vue, il peut y avoir des avantages et des inconvénients à ces deux types de maisons : ce qu’on gagne d’un côté, on le perd de l’autre. Mais alors pourquoi mettre de l’inertie dans une maison ?

Un excellent outil pour gérer les apports de chaleur

Ces apports peuvent êtres externes, comme le rayonnement solaire arrivant sur la maison. Ils peuvent aussi être internes comme un chauffage d’appoint.

Le premier avantage de l’inertie est donc le stockage de chaleur. En effet, l’inertie agit comme un réservoir d’énergie. Quand un bâtiment à forte inertie reçois un apport, au lieu de monter rapidement en température, il va stocker l’énergie dans sa masse. Cette énergie sera ensuite restituée lentement et en différé dans le temps.

Grâce à l’inertie thermique on peut emmagasiner l’énergie solaire dans une masse thermique derrière des baies vitrées par exemple. La nuit venue cette énergie sera restituée dans l’habitat, ce qui aura pour effet d’éviter le refroidissement du bâtiment la nuit.

L’inertie thermique pour éviter la surchauffe estivale

Le surplus de chaleur de la journée est absorbé dans la masse thermique de la maison, ce qui évite à celle-ci de monter en température. La nuit venue, dès que les températures s’inversent, on peut ventiler la masse thermique pour dissiper vers l’extérieur la chaleur accumulée dans la journée.

  • Cette ventilation peut être passive avec des ouvrants biens placés, idéalement traversant avec entrée d’air en bas et extraction en haut. La ventilation mécanique contrôlée peut également être utilisée en sur ventilation nocturne.
  • Certaines VMC (Ventilation Mécanique Contrôlée) gèrent automatiquement cette sur ventilation grâce à des capteurs qui comparent la température intérieure et extérieure.

En parallèle, les protections solaires seront calculées pour éviter au rayonnement de pénétrer dans l’habitat.

La solution pour augmenter les surfaces vitrées sans risques de surchauffe

Dans nos maisons modernes, on apprécie de plus en plus les grandes surfaces vitrées qui nous donnent l’impression d’être dehors. Le revers de la médaille est que ce type de bâtiment est très sensible aux surchauffes d’été. Une solution pour augmenter la surface vitrée sans risque de surchauffe est d’ajouter de l’inertie dans l’habitat pour éviter à celui-ci de monter trop vite en température pendant la journée. La chaleur stockée dans la structure du bâtiment sera restituée à l’extérieur la nuit par exemple dès que la température baissera.

En parallèle, il faudra là aussi respecter un bon design bioclimatique en veillant à :

  • Calculer les protections solaires pour éviter à la chaleur de pénétrer dans l’habitat
  • Ventiler la masse thermique pour lui permettre de dissiper la chaleur emmagasinée.

Diminuer l’amplitude des températures internes et les différer dans le temps

En absorbant la chaleur puis en la diffusant sur une période prolongée, l’inertie joue le rôle de régulateur thermique. Cette caractéristique est importante car les apports externes ne correspondent pas toujours à nos besoins :

  • Le jour, le soleil réchauffe la maison alors que c’est la période où il fait généralement le plus chaud
  • C’est la nuit où il fait le plus froid que les apports solaires sont nuls

Dans une maison à faible inertie thermique, la température sera peu amortie et peu déphasée.

Déphasage et Amortissement dans un bâtiment à Faible Inertie
Déphasage et Amortissement dans un bâtiment à Faible Inertie

Dans une maison à forte inertie thermique, les amplitudes de températures seront beaucoup plus faibles et beaucoup plus déphasées dans le temps

 Déphasage et Amortissement dans un bâtiment à Forte Inertie
Déphasage et Amortissement dans un bâtiment à Forte Inertie

Deux notions à retenir ici :

  • L’amortissement qui est la diminution des amplitudes de températures
  • Le déphasage qui est le retardement des pics de températures dans le temps

Plus il y aura d’inertie dans la maison et plus les températures seront amorties et déphasées.

Une inertie correspondant à un déphasage de 10 à 12h sera donc une bonne base dans une maison bioclimatique. Elle permettra à l’énergie accumulée la journée d’être restituée la nuit. Ainsi, en diminuant les écarts de température et en restituant les apports au bon moment, on gagne en confort tout en faisant des économies. En effet, plus besoin de réguler activement la maison en température en chauffant la nuit et en climatisant le jour par exemple.

Vous avez remarqué que sur mes courbes théoriques, la moyenne de la température à l’intérieur du bâtiment était égale à la température extérieure. Dans la vraie vie, en plus des apports internes, notre bâtiment échange constamment de l’énergie avec son environnement.

En appliquant les bonnes stratégies bioclimatiques, nous pouvons régler le décalage de la courbe de température (aussi appelé l’offset) en contrôlant les apports solaires et les déperditions.

Avec l’inertie combinée à une bonne gestion des apports externes et internes et à un bon contrôle des déperditions, on permet à la température moyenne de se décaler pour la faire correspondre à notre zone de confort.

L’Inertie Thermique et la souplesse dans la gestion des ouvrants

Dans une maison à faible inertie thermique, une fenêtre ou une porte restée ouverte quelques minutes par temps froid va rapidement faire chuter la température à l’intérieur de l’habitat.

A l’inverse, dans une maison à grande inertie, cette action ne changera quasiment pas la température de la structure du bâtiment.

De même, en été il sera possible de garder la maison fraiche sans pour autant se cloisonner de l’extérieur.

Une maison avec une grande inertie thermique est très tolérante dans la gestion des ouvrants contrairement aux maisons à faibles inertie qui nécessitent souvent un sas d’entrée pour limiter les arrivées d’air non tempérés provenant de l’extérieur.

Analysons maintenant la réaction du bâtiment :

  • Dans le cas où on aère une maison à forte inertie en plein hiver par exemple, la température de l’air va chuter mais les murs à forte inertie mettront longtemps à descendre en température
  • En effet, l’air très léger en regard de la masse de la structure du bâtiment aura peu de capacité à refroidir les parois. La température ressentie étant la moyenne de la température air et de la température des parois internes, le refroidissement se fera moins sentir.
  • Dès que les ouvrants seront fermés, l’air sera rapidement chauffé par l’inertie de la maison en puisant peu de chaleur à la structure.

L’Inertie Thermique et l’Isolation Phonique

Les matériaux rigides et à forte densité qui font l’inertie de la maison sont également d’excellent isolants phoniques. Une maison à forte inertie sera donc aussi plus confortable sur ce plan, en diminuant la transmission des sons venant de l’extérieur mais aussi diminuant la transmission des sons entre les pièces si les cloisons et planchers sont faits de matériaux denses. A l’inverse, une structure légère laissera passer plus facilement les sons. Les bruits d’impact d’une personne marchant sur un plancher en structure légère, seront facilement audibles pour une personne à l’étage du dessous.

Le stockage Inter-saisonnier

Certains bâtiments ont tellement d’inertie qu’ils sont capables d’amortir et de déphaser les températures à l’échelle d’une saison.

Temple d'Horus d'Edfou
Temple d’Horus d’Edfou

Ce type de construction peut paraitre révolutionnaire et pourtant cette technique ne date pas d’hier. En effet, il y a quelques milliers d’années les égyptiens utilisaient déjà la masse thermique pour tempérer leurs temples et ils savaient y mettre les moyens.

De nos jours, la main d’œuvre n’est plus aussi abondante. Plusieurs personnes ont planché pour atteindre ces résultats avec peu de moyens techniques et donc à moindre cout. Dans les années 80, John Hait a mis au point le système PAHS pour Passive Annual Heat Storage ou en français Stockage Passif de chaleur annuel.

Il emploi donc les mots :

  • Stockage car la masse thermique du bâtiment est composée de matériaux denses. Elle se comporte donc comme une réserve d’énergie
  • Passif car ce principe fait appel à très peu de technologie, ce qui le rend fiable et économe
  • Chaleur car la chaleur est un transfert d’énergie. Et c’est bien ce flux d’énergie qui est géré passivement dans ce système afin d’obtenir une température confortable
  • Annuel car le déphasage est tellement important qu’il peut restituer en hiver la chaleur emmagasinée l’été et restituer en été la fraicheur emmagasinée l’hiver

Pour réaliser une telle maison de façon accessible au grand public, l’idée de John Hait est d’enterrer partiellement la maison et de se servir de la terre de remblai comme masse thermique. La maison est alors directement en contact avec la terre et c’est l’ensemble terre + maison qui est recouvert par un isolant thermique puis par une membrane d’étanchéité avant d’être recouvert d’une dernière couche de terre qui sera ensuite végétalisée. L’ensemble bénéficie alors d’une inertie conséquente, permettant de garder une température stable toute l’année.

En bref

A la différence d’une maison sans inertie dans laquelle on ne peut pas capitaliser passivement les apports solaires, une maison avec de l’inertie couplée à une bonne conception bioclimatique nous permettra de gérer les apports tout au long de l’année pour les restituer ou les évacuer au moment voulu.

La suite

Dans un prochain article on verra concrètement comment mettre de l’inertie dans sa maison, que ce soit en conception neuve ou en rénovation. On verra également quels matériaux utiliser, les erreurs à éviter et les quelques cas où l’inertie peut être un handicap.

Si vous avez envie que je développe un point particulier, n’hésitez pas à me le faire savoir dans les commentaires.

A bientôt !


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