Le transfert thermique pour la maison : tout comprendre en 5 points

Vous voulez faire des économies de chauffage ? Comprendre la thermodynamique et le transfert thermique vous aidera. Ce phénomène est omniprésent dans votre maison. Il régit le chauffage et même l’isolation. Concrètement, il se manifeste par la conduction, la convection et le rayonnement. Mal maîtrisé, il génère des dépenses de chauffage élevées. Pire encore, il crée de graves problèmes d’humidité. Pour éviter ses effets délétères et optimiser votre système de chauffage, découvrez sans attendre tout ses secrets.

Le transfert thermique a des rapports étroits avec la température, l’énergie cinétique et les particules microscopiques. Il caractérise le transfert d’énergie entre deux ensembles ou deux corps. Il obéit à une loi universelle basée sur la différence de température. Expliquons rapidement le principe général.

Imaginons que vous appliquiez une source de chaleur à un gaz, un liquide ou un solide. Ses cellules s’agitent et bougent plus vite que d’habitude. Elles entrent alors en collision plus souvent. Ces microcollisions génèrent une énergie thermique appelée chaleur. Cette chaleur, provenant de l’énergie cinétique, joue un rôle dans le transfert thermique.

La thermodynamique explique le transfert thermique. Celui-ci se produit lorsque l’énergie thermique passe d’un corps chaud à un corps moins chaud. Selon la thermodynamique, ce transfert est automatique. Le principe étant qu’un système tend toujours vers l’équilibre thermique (équilibre de température entre les parties froides et les parties chaudes d’une maison par exemple).

A ce stade de l’explication, faisons une comparaison pour bien comprendre la difficile gestion du transfert thermique. Tout d’abord, le transfert thermique n’est pas le seul mode de transfert d’énergie d’un système à un autre. Il cohabite avec le travail. Ce transfert est qualifié d’ordonné et utilisable, quand le transfert thermique — la chaleur — est désordonné est difficilement utilisable. Résumons leurs principales différences dans un tableau.

Le sentiment de confort s’établit, dans un espace de vie, à une température de 19 à 24° en moyenne. Suivant la zone climatique et géographique, atteindre et maintenir cette température intérieure suppose des actions techniques ciblées. Il peut d’agir de l’installation d’un système de chauffage ou de climatisation. Quoi qu’il en soit, cette nécessité de température constante touche à la notion de transfert thermique. Explorons trois relations étroites entre ce transfert thermique et l’habitat.

Plusieurs facteurs influencent la notion et confort thermique :

C’est la façon dont le transfert thermique est géré à l’intérieur du logement qui définit le confort. Cette gestion s’appuie sur les facteurs que nous venons de citer, mais d’autres existent.

Il découle de ce qui vient d’être dit qu’un logement où le transfert thermique est mal géré génère de l’inconfort thermique. En conséquence, les occupants vont chercher à corriger immédiatement ce problème. Deux réflexes existent. Le premier, quand la température ressentie est froide, est de monter la température de consigne. Le second, si les occupants ont trop chaud, est de baisser la température de consigne de la climatisation. Dans les deux cas, les dépenses énergétiques augmentent.

Vous avez compris qu’augmenter la température de consigne d’un logement victime d’un transfert thermique mal géré ne résout rien à long terme. C’est le même problème quand la chaleur intérieure est trop élevée (cas des zones climatiques méditerranéennes). Mais ce problème de transfert thermique incontrôlé génère aussi des dégradations sur les matériaux. Le principal ennemi est la création d’humidité et de condensation.

Résumons un peu. Vous savez désormais que le transfert thermique est a pour origine l’énergie cinétique. Créé par l’agitation des cellules microscopiques, il peut se voir comme un mode de transfert énergétique désordonné. C’est ce qui le rend si problématique à gérer dans une maison. Toutefois, il répond à trois principaux mécanismes de transferts qu’il est possible de canaliser.

Dans une maison, c’est le mode de transfert thermique qui pose le plus de problèmes. Qu’est-ce que la convection ? C’est un transfert d’énergie thermique sans contact direct entre deux systèmes. Elle se produit via le mouvement de l’air intérieur. Les radiateurs électriques “grille pain” utilisent ce principe de convection. Concrètement, l’air chaud monte naturellement vers le plafond, une zone plus froide. Elle joue un rôle clé dans la distribution de la chaleur domestique.

La chaleur peut également se transmettre entre deux corps. C’est ce que vous testez quand vous touchez une surface chaude. Ainsi, la conduction est un transfert énergétique, qui se produit entre un corps à température différente. Le corps en question peut être un solide (métal, bois, plastique, polystyrène, vitre) ou un liquide. La conduction la plus visible se produit dans une casserole d’eau bouillante. L’eau chaude monte à la surface par le centre, puis redescend, refroidie, par les côtés.

Dans l’univers domestique, les transferts d’énergie thermique se produisent souvent de plusieurs manières. Lorsque la chaleur se propage de façon ondulatoire, il s’agit de rayonnement. Ici, le contact entre les corps à température différente n’est pas nécessaire. Sachez que le rayonnement thermique peut être visible ou invisible (infrarouge ou ultraviolet). Vous éprouvez le transfert par rayonnement via les rayons du soleil ou les flammes d’un feu.

La science a permis d’identifier les trois modes de transfert thermique. Grâce à cet apport de connaissance, des possibilités d’optimisation à l’échelle d’une maison sont disponibles. Les professionnels de la rénovation les intègrent dans leurs audits énergétiques. Elles visent principalement l’isolation, la ventilation, l’utilisation de matériaux performants et la domotique.

Pour réguler le transfert thermique, l’isolation est la première arme pour diminuer la sensation de froid. Elle contrôle le transfert thermique par conduction. Comme la chaleur monte, le premier réflexe est d’isoler le toit (30 % des déperditions thermiques par conductivité). Ensuite, l’isolation des murs est à prévoir (20 à 25 % des déperditions thermiques). La mise en place de matériaux à lambda élevé est nécessaire.

Les portes et les fenêtres posent un problème de transfert thermique par conduction. Les déperditions thermiques sont de l’ordre de 10 à 15 %. Des fenêtres à double ou triple vitrage limitent le transfert thermique par conduction. On parle de menuiseries à faible coefficient de transmission thermique (Uw, en W/m²K).

Une bonne gestion de la convection passe par l’élimination des convecteurs électriques. Des systèmes modernes plus performants comme les planchers chauffants, les pompes à chaleur, les chaudières biomasse sont préférables. Pour lutter contre les phénomènes de stratification de l’air, une ventilation mécanique contrôlée performante (à double flux) est indispensable.

Les matériaux réfléchissants jouent un rôle important dans la gestion du transfert thermique. Ils contribuent à le rendre moins “désordonné”. Il s’agit par exemple de peintures de toit blanches dans les zones climatiques chaudes, pour limiter le transfert thermique par conduction. Des films à faible émissivité (Low-E) ou à contrôle solaire sont également disponibles pour les vitres.

Tout le domaine de la domotique chauffage favorise la gestion du transfert thermique dans l’habitat. L’objectif est d’aboutir à une gestion systémique. L’approche intelligente se doit de coordonner tous les aspects, équipements et matériaux liés au chauffage et au refroidissement. Il s’agit par exemple des thermostats connectés, des sondes extérieures, des capteurs d’humidité intérieurs.

Le transfert thermique est un phénomène inobservable à l’œil nu. Il est malgré tout essentiel pour améliorer l’efficacité énergétique et le confort. Pour y parvenir, tournez-vous vers des professionnels, qui savent gérer la conductivité, la convection et le rayonnement de chaleur. Retenez que des aides à la rénovation globale existent.

Vous savez maintenant que le transfert thermique est présent dans votre quotidien. Pour en savoir plus sur ses rapports avec l’habitat, n’hésitez pas à consulter les articles suivants :