Inertie thermique

Lorsqu'un matériau se trouve à l'équilibre thermique, sa température est fixe et les échanges de chaleur (échange par conduction, convection, rayonnement) qu'il a avec son environnement sont équilibrés (autant de chaleur reçue de son environnement que de chaleur cédée à cet environnement).

L'inertie thermique est la prédisposition de ce matériau à garder longtemps sa température initiale lorsque intervient une perturbation de cet équilibre thermique. Si la perturbation l'amène vers une nouvelle température d'équilibre, cette inertie thermique représente la "lenteur" avec laquelle ce nouveau point d'équilibre est atteint.

• Si le matériau est très inerte, il atteindra cet équilibre au bout d'un temps long.
• Si le matériau est peu inerte, il attendra cet équilibre au bout d'un temps bref.

Le temps caractéristique en question dépend de l'inertie du matériau mais aussi de l'écart entre les deux températures d'équilibre. Globalement, plus les matériaux sont denses et plus ils sont inertes, c'est la raison pour laquelle on parle aussi de masse thermique.

La notion d'inertie thermique est souvent utilisée dans le cas du bâtiment où les températures intérieures et surtout extérieures varient fréquemment et où les matériaux constitutifs de la structure participent à la stabilité de la température intérieure.

Grandeurs pour la quantifier

On quantifie l'inertie thermique essentiellement par

• la diffusivité thermique D (ou a)du matériau, qui représente sa tendance à favoriser la diffusion de la chaleur (donc plutôt opposée à l'inertie thermique).
• l'épaisseur e du matériau considéré

En réalité, le temps caractéristique associé à l'inertie thermique dépend de ces deux paramètres, puisqu'il est de l'ordre de e² / D

• l'effusivité thermique, caractérise la transmission de la chaleur au moment de la mise en contact thermique de deux matériaux.

Effets dans le cas d'un bâtiment

Schématiquement, sur des temps d'observation donnés (journaliers, saisonniers...), les variations de température extérieure sont périodiques. Grâce à l'inertie thermique du bâti, la température à l'intérieur du bâtiment suit nécessairement ces variations, mais avec :

• un amortissement, qui permet d'atténuer les effets des canicules ou des grands froids
• un déphasage, qui permet de retarder les effets (en été: le front de chaleur pénètre dans la maison en fin de journée plutôt qu'en matinée, etc...)

L'amortissement et le déphasage sont d'autant plus marqués que l'inertie thermique est grande.

Liens externes

• Inertie thermique sur Idées maison
• Explications

Pour aller plus loin

Une analyse intéressante de la notion "intuitive" d'inertie thermique, appliquée au cas du bâtiment, se trouve p. 117-119 de la thèse de doctorat de Jean Sicard, "Analyse modale appliquée à la thermique", Université Pierre et Marie Curie, Paris, 1984.