les toles

Réponse du département Sciences et techniques :

Bonjour,

La réponse la plus immédiate que nous pouvons vous faire concerne l’inertie thermique. Qu’est-ce que l’inertie thermique ? InfoCiment, la base documentaire de référence sur les ciments et les bétons, la définit comme suit : L'inertie thermique d'un bâtiment est sa capacité à stocker de la chaleur ou de la fraîcheur dans ses murs et ses planchers.
Une des préoccupations majeure d'un concepteur est d'offrir un bâtiment bien isolé assurant au moindre coût le confort de son utilisateur aussi bien en hiver qu'en été. L'isolation thermique n'apporte cependant pas seule tout le confort espéré, un autre facteur entre en ligne de compte : l'inertie thermique de la construction, qui joue à la fois un rôle de stockage et de régulation. En effet, plus l'inertie d'un bâtiment est forte, plus il se réchauffe et se refroidit lentement.
Autrement dit, c’est la résistance d’un matériau au changement de sa température, perturbant son équilibre thermique vers une nouvelle température d’équilibre.

Or le béton a une grande inertie thermique. Plus les murs sont épais et les matériaux lourds, plus l’inertie est grande. D’épais murs de béton offre donc une plus grande inertie thermique que des toits de tôle fine. Le béton accumule la fraîcheur de la nuit et la restitue le jour ; inversement, en hiver, le béton accumule la chaleur de la journée et la restitue la nuit. Les changements de chaleur sont donc déphasés.
L’entreprise Lafarge (forcément partiale) précise même que le béton apparent est le matériau qui offre l’inertie la plus lourde, notamment pour les sols et planchers.



En réalité, les mots tôle et béton recouvrent chacun une réalité multiple. La tôle est une feuille de métal obtenue par laminage, mais on ne précise pas quel métal. De même, le mot béton recouvre un ensemble de matériaux composites fabriqués à partir de granulats agglomérés par un liant ; mais les granulats peuvent être de natures diverses (sable, gravier, granulats artificiels), et le liant être composé de plus ou moins d’eau. Différentes tôles et différents bétons n’auront donc pas tous une inertie thermique identique.

Le site Idées Maison propose un article clair sur l’inertie thermique dans le bâtiment, mais aussi plus généralement l’inertie terrestre face au Soleil. Mais la notion d’inertie thermique est un peu plus complexe, comme le précise le site variance.free.fr.



Mais jusque là, on a un peu l’impression de répondre que le pavot fait dormir du fait de sa vertu dormitive. En d’autres termes, que le béton garde plus le frais que la tôle parce que c’est dans la nature du béton de garder le frais, et dans la nature de la tôle de ne pas le garder. C’est une réponse frustrante à « pourquoi ? ». Alors essayons d’aller un peu plus loin même si cela devient un peu plus ardu à comprendre.

Le béton a une plus grande inertie thermique que la tôle. Soit. Pourquoi ? L’inertie thermique se quantifie par trois éléments : la diffusivité thermique, soit sa tendance à diffuser la chaleur (inverse à l’inertie) et l’épaisseur du matériau. Voici déjà un premier point simple : le béton est plus épais que la tôle. Mais qu’en est-il de la diffusivité ?

Le site Diffusivité thermique porte bien son nom, puisqu’il traite le sujet qui nous intéresse. On y apprend que la diffusivité thermique, soit la grandeur physique qui caractérise la capacité d'un matériau à transmettre un signal de température d'un point à un autre de ce matériau dépend de sa conductivité thermique ( la capacité du matériau à conduire la chaleur) et de sa capacité thermique (capacité à stocker la chaleur). (...) Physiquement, la diffusivité thermique exprime l'aptitude d'un corps à transmettre la chaleur plutôt qu'à l'absorber. Par conséquent, plus la diffusivité thermique d’un matériau est faible et plus la chaleur met de temps à le traverser.
Le site Ecobati vous propose un tableau comparatif de différents matériaux de même épaisseur. On y voit que le béton est classé dans les « très bons résultats » aux côtés du bois et de la brique, alors que l’aluminium, majoritairement utilisé dans la tôle, est classée dans « résultat effrayant » avec le fer.

Puisque l’on parle de conductivité thermique, c’est que l’on parle de transfert thermique par conduction, et non par exemple par convection. Concentrons-nous sur la conductivité et la conduction. En général, les matériaux qui sont de bons conducteurs d’électricité sont également de bons conducteurs de chaleur. Et cela se vérifie dans le cas qui nous intéresse : la tôle est en métal, souvent en aluminium, très bon conducteur d’électricité ; le béton, lui, n’est quand même pas terrible sur ce plan-là, il est résistant au passage de l’électricité, on ne peut pas lui en vouloir, personne ne peut être bon partout (sauf le cochon, mais on s’égare). Si l’on doit s’intéresser à la caractéristique commune de conductivité électrique, alors on doit descendre au niveau atomique. Un matériau à bonne conductivité thermique, comme la tôle, fait bien passer les porteurs de charge, comme les électrons. Les non-métaux, en revanche, plutôt que de faire passer les électrons, ont une vibration des atomes plus importante, et cela est dû à la structure même des matériaux. ; ainsi, un cristal, très ordonné, n’a pas une bonne conductivité thermique.

Et c’est bien cela, la conduction thermique : la transmission de proche en proche de l’agitation thermique : un atome (ou une molécule) cède une partie de son énergie cinétique à l’atome voisin. (Wikipédia). Le transfert thermique par conduction est décrit par la loi de Fourier qu’on vous épargnera ici.



Si vous souhaitez pousser la question plus loin, nous vous indiquons les ouvrages suivants de la bibliothèque municipale de Lyon (BML) :