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Inertie : définitions

Publié le par le-fil-a-la-paille.over-blog.com

L’inertie :

 

La notion d’inertie thermique est complexe. En fait, il y a plusieurs types d’inertie. L’inertie est différente selon la nature de l’action thermique. Il n’existe pas une inertie, mais plusieurs modes de réaction selon le type d’action.

L'inertie terrestre

L'énergie apportée par le soleil sous forme de chaleur est d'autant plus forte que le soleil est haut dans le ciel.

C'est donc le 21 juin (solstice d'été) qu'il devrait faire le plus chaud, car c'est à cette date que le soleil est le plus haut dans le ciel et que son énergie apportée est maximale. Théoriquement, le 21 juin devrait donc être situé au milieu de l'été (et le 21 décembre le milieu de l'hiver). C'est sans compter l'inertie de la terre : à l'arrivée du printemps puis de l'été, la terre va progressivement accumuler la chaleur apportée par le soleil en la captant, ce qui ralentit la montée des températures. Le phénomène inverse se produit en automne puis en hiver : la terre va accumuler le froid en restituant la chaleur qu'elle aura stockée durant l'été, ce qui ralentit la baisse des températures extérieures. Le schéma ci-contre montre bien le retard pris par l'évolution des températures (en rouge) par rapport à la hauteur du soleil (en jaune)

L'évolution de la hauteur du soleil et des températures moyennes étant périodique, le terme technique pour évoquer ce retard s'appelle un déphasage. Ce phénomène constaté sur le cycle des saisons est encore plus marqué sur le cycle jour-nuit. Une heure après le lever du soleil, ses rayons frappent la terre avec la même énergie qu'une heure avant son coucher. Pourtant (et notamment en été) il fait beaucoup plus chaud le soir que le matin, signe que la terre a accumulé beaucoup de chaleur durant la journée.

Inertie latente :

C’est un phénomène dont on parle moins et qui est pourtant loin d’être négligeable. Il s’agit des propriétés de chaleur latente des matériaux lors d’un changement d’état. Le passage d’un état liquide à un état  gazeux absorbe une grande quantité d’énergie. L’énergie absorbée sera restituée lorsque le matériau revient à son état initial. Ce phénomène existe à l’état naturel dans les murs poreux traditionnels: en été les murs sèchent, ce qui provoque un rafraîchissement, et au début de l’hiver ils reprennent leur teneur en eau sous forme de vapeur qui se condense dans le mur. Des calculs ont démontré que pour un mur traditionnel en pierre et terre de 50cm d’épaisseur, la condensation dans le mur de 5% de sa tenue en eau (variation observée in situ) libère 30 thermies au m2. On estime que les variations sont encore plus importantes avec la terre. En outre, ces variations sont la résultante des variations permanentes en tous sens, de jour en jour, et même d’heure en heure. Un rayon de soleil ne se transforme pas totalement en chaleur sensible, il sèche aussi le mur, lui redonnant une capacité d’absorption qui tempère le refroidissement suivant

Inertie thermique :

L’inertie thermique présente un intérêt dans l’hypothèse où les phénomènes thermiques qui concernent le bâtiment sont périodiques et fluctuants. S’il n’y avait jamais aucun apport d’énergie dans le bâtiment, la Température Intérieure moyenne, serait égale à la Température Extérieure moyenne.

Mais des apports d’énergie dans le bâtiment se produisent régulièrement venant perturber cet équilibre :

·         Apports internes dus à l’occupation,

·         Apports solaires par les ouvertures,

·         Apports solaires par les murs.

L'inertie dans la maison :

Nous venons de le voir comment un matériau lourd (comme la terre) peut échanger de la chaleur avec son environnement pour s'opposer aux variations de températures. Dans une maison, avoir une température stable (entre le jour et la nuit, entre l'été et l'hiver) est un élément important dans le confort. Cette stabilité, nous l'avons vu, peut être obtenue naturellement par l'utilisation d'éléments lourds à l'intérieur de la maison. C'est pourquoi les maisons anciennes avec leurs murs épais restent plus fraîches en été.

De plus, une maison avec forte inertie permettra, notamment en demi-saison, d'accumuler la chaleur reçue des rayons solaires pendant la journée pour la restituer le soir, évitant de rallumer le chauffage. Elle permet ainsi de raccourcir la saison de chauffe. Cependant, dans les constructions conventionnelles actuelles, les murs (généralement en briques ou en parpaings) sont placés à l'extérieur et l'isolation est placée du côté intérieur.

Les isolants courants comme les polystyrènes et les laines minérales sont très légers, donc offrent très peu d'inertie et c'est pourquoi il est difficile de garder ces maisons fraîches l'été.

La question est donc : comment combiner les avantages d'une bonne isolation compatible avec les exigences actuelles (type maison "moderne") avec une bonne inertie (type maison "ancienne") ?

 L’enjeu principal consiste à limiter l’inconfort dû aux fortes variations de températures dans les bâtiments l’été, avec pour corollaire la possibilité de se passer de la climatisation.

Enjeux complémentaires :

. Réduire la puissance de climatisation là où elle reste nécessaire

. Réduire les consommations de chauffage grâce au stockage des apports solaires gratuits transmis par les vitrages en hiver.

 

En été, diverses influences peuvent altérer le confort intérieur :

• La variation de température jour/nuit : la chaleur du jour et la fraîcheur de la nuit pénètrent dans le bâtiment à travers ses parois extérieures et par l’air introduit. En région Provence-Alpes-Côte d'Azur, on observe des amplitudes moyennes sur le littoral (7 à 10°C) et fortes sur le reste de la région (12 à 15°C).

• Le rayonnement solaire : son action se fait principalement par les vitrages.

• La chaleur dégagée par les occupants, les appareils ménagers, l’éclairage électrique.

• Le vent qui agit sur la température extérieure et force la ventilation.

• Le mode d’occupation

Température et rayonnement présentent des maximums situés près de la mi-journée. Ils constituent des causes potentielles de fortes surchauffes dans le bâtiment au cours de l’après-midi.

Soumis aux fortes variations de températures entre le jour et la nuit dans le climat méditerranéen, un bâtiment amplifie ou amortit cette variation extérieure en fonction de ses caractéristiques, générant ainsi des températures intérieures plus ou moins stabilisées.

L’inertie thermique qui est la capacité des matériaux de construction et du mobilier à s'opposer aux fluctuations de température intérieures, permet de réduire les pointes de chaleur.

Les matériaux constituant le bâtiment stockent puis restituent

. La chaleur excédentaire du jour

. La fraîcheur de la nuit

On peut faire la comparaison avec un bassin d’orage qui régule le ruissellement : les excédents d’eau des pluies d’orage sont stockés, pour être restitués à la rivière en période plus sèche.

 

On distingue plusieurs formes d'inertie thermique :

• l'inertie quotidienne est utilisée pour caractériser l'amortissement de l'onde quotidienne de température, d'ensoleillement et autres apports gratuits, sur une période de 24h

• l'inertie séquentielle est utilisée pour caractériser l'amortissement de l'onde thermique due à une vague de chaleur en période de 12 jours.

 

L'inertie en hiver ?

Les parois intérieures lourdes des pièces ensoleillées s'échauffent puis restituent lentement, dans la maison, la chaleur solaire qu'elles ont stockée. Outre une économie de chauffage, l'inertie des parois apporte une agréable sensation de confort puisqu'elles ne sont pas froides. A l'inverse, dans une maison légère, le rayonnement solaire ne peut être absorbé et provoque très rapidement des "surchauffes" de l'air intérieur (il n'y a donc ni économie, ni confort) tout en laissant la maison froide dès que le soleil a disparu.

 

L’INERTIE DANS LA REGLEMENTATION THERMIQUE

Les règlementations thermiques jusqu'en 1999 se caractérisent par l’absence de contraintes concernant le confort d’été en général et l’inertie en particulier.

Mais depuis la RT2005 le confort d’été est pris en compte avec des températures maximales et des solutions techniques à mettre en œuvre en cas de prévision de surchauffe. Ces contraintes s’accentuent avec la règlementation BBC et la prochaine RT2012 puisque l’ensemble des consommations liées aux systèmes sont prises en compte. Les systèmes de rafraîchissements risquent alors de peser lourd sur la facture énergétique. La prise en compte de l’inertie dans le système constructif devient donc primordiale pour limiter le nombre de jours de surchauffe et donc la consommation d’énergie pour le rafraîchissement.

Les points importants concernent principalement l’inertie, les protections solaires des baies vitrées et la ventilation. Ces solutions se déclineront selon la zone climatique définie pour l'été, pondérée par l’altitude du site.

 

Dans un système constructif traditionnel, les fortes isolations qui répondent aux exigences de la réglementation d'hiver associées à d'importantes surfaces vitrées provoquent souvent des sinistres thermiques d'été. C’est un problème qui commence à se poser dans les maisons BBC notamment avec des systèmes constructifs dépourvus d’inertie (MOB « maisons ossature bois »). Il va donc falloir réfléchir autrement.

Commenter cet article

electricien 26/03/2015 14:26

J'apprécie votre blog, n'hésitez pas a visiter le mien.
Cordialement

karl 25/05/2012 20:26

bonsoir,
existe t'il un moyen de quantifier l'inertie nécessaire pour une bonne gestion du "climat" intérieure?

jpierre 26/03/2015 14:36

Bonjour,

en tout cas, je n'ai pas ce type d'outil. Mais je sais que c'est très compliqué à estimer. Car il y a plusieurs type d'inertie, à 24h à 6 mois .... Peut-être que c'est modélisable sur une simulation thermique dynamique.

Le fil a la paille.

le-fil-a-la-paille.over-blog.com 25/05/2012 22:22



Probablement mais c'est extrêmement compliqué. On part du principe qu'à partir du moment où on a une bonne isolation, il n'y a jamais trop d'inertie. Un équilibre est à trouver mais c'est plutôt
au feeling.  Dans le cas d'une inertie maximum, si la maison venait à se refroidir pour une raison x (inhabitée tout un hiver avec des températures très basses sur le long terme, une mini
période glaciaire en quelque sorte), la maison serait ensuite très longue à réchauffer. Idem pour une surchauffe prolongée.


En conclusion, pas d'excés, tout est dans la mesure.


Le fil a la pailla