Comment Calculer la Perte de Chaleur au Travers une Paroi?

Vous avez compris que la chaleur se propage de trois manières : conduction, convection et rayonnement (voir Les 3 modes de transfert de chaleur).
Nous avons ensuite approfondi la conduction thermique et son rôle dans le comportement des matériaux (Comprendre la conduction thermique). Maintenant, passons à un aspect concret : comment calculer la perte de chaleur à travers une paroi ?

La loi de Fourier permet de calculer ces déperditions thermiques. Cet article vous explique comment appliquer cette loi pour évaluer les performances thermiques de vos parois.

Vous pouvez accéder directement au Calculateur des Pertes Thermiques qui se trouve en bas de page.

La Loi de Fourier : La Base du Calcul des Pertes Thermiques

La loi de Fourier décrit le transfert thermique par conduction dans un matériau homogène. Elle s’écrit :

où :

• q est le flux thermique (W, watts),
• λ est la conductivité thermique du matériau (W/m.K),
• S est la surface de la paroi (m²),
• ∆T est la différence de température entre les deux faces (K ou °C),
• e est l’épaisseur du matériau (m).

En résumé, plus un matériau est conducteur (forte λ) et plus la paroi est mince, plus la chaleur s’échappe facilement.

Exemple de Calcul : Perte de Chaleur à travers un Mur de Blocs de Béton Creux

Imaginons un mur de parpaings (bloc de béton creux) de 20 cm d’épaisseur, séparant une pièce à 20°C de l’extérieur à 0°C. Le bloc de béton creux est un matériau de conduction moyenne, ce n’est pas un bon matériau pour conduire la chaleur, mais ce n’est pas un matériau isolant non plus. Comment calculer la perte de chaleur au travers de cette paroi?

Données :

• Conductivité thermique du bloc de béton creux : λ = 1,0 W/m.K
• Surface du mur : S = 10 m²
• Différence de température : ∆T = 20 K
• Épaisseur du mur : e = 0,2 m

Ce mur laisse donc s’échapper 1000 W de chaleur. C’est énorme ! C’est l’équivalent d’un radiateur électrique !

En 1 heure le mur laisse s’échapper 1000 Wh, en 1 journée de 24h, c’est 24 kWh soit environ une perte électrique équivalente de 6€. Sur un hiver cela peut donc représenter 500€ sur la facture d’électricité et ceci pour un mur de 2,5 m de hauteur et 4 m de largeur. Ce calcul ne prend pas un compte les pertes par les 5 autres parois de la pièce!

Comment Minimiser la Perte de chaleur par Conduction au travers d’une Paroi

En reprenant la loi de Fourier dans un matériau homogène :

où :

• q est le flux thermique (W, watts),
• λ est la conductivité thermique du matériau (W/m.K),
• S est la surface de la paroi (m²),
• ∆T est la différence de température entre les deux faces (K ou °C),
• e est l’épaisseur du matériau (m).

On comprend que pour diminuer ce flux de Perte Thermique, nous pouvons jouer sur les 4 paramètres de cette formule:

• Diminuer le λ , c’est à dire choisir un matériau de paroi plus isolant.
• Diminuer S, c’est à dire diminuer la taille de l’habitat ou du moins améliorer sa compacité (réduire la surface d’échange avec l’extérieur en gardant le même volume).
• Diminuer ∆T, c’est à dire réduire la température de son thermostat de chauffage ou déménager pour un pays chaud !
• Augmenter e, c’est à dire augmenter l’épaisseur du matériau de la paroi.

Le But de la Conception Bioclimatique est de jouer sur ces 4 paramètres en même temps pour minimiser la perte de chaleur et ainsi vivre dans un habitat écologique, confortable et économe.

Impact des Pertes Thermiques : Comprendre la Loi des Flux

La loi de Fourier est une application concrète de la théorie des flux appliquée au transfert de chaleur par conduction.
En effet, la théorie des flux décrit comment une grandeur physique (comme la chaleur) se déplace d’un point à un autre sous l’effet d’un gradient, ici la différence de température entre les deux faces d’une paroi.

La loi de Fourier quantifie précisément ce phénomène en reliant le flux thermique aux propriétés du matériau (conductivité thermique λ), à l’épaisseur de la paroi et à l’écart de température.

Ainsi, elle permet non seulement de comprendre pourquoi et comment la chaleur se perd à travers les matériaux, mais aussi d’identifier les leviers concrets pour optimiser l’isolation thermique et limiter ces pertes.

Nous apprendre comment calculer la perte de chaleur à travers une paroi permet d’économiser l’énergie de chauffage.

Cela implique les raisonnements suivant concernant une habitation:

La Perte de Chaleur est Proportionnelle à la Différence de Température entre Intérieur et Extérieur (∆T)

• Plus il fait froid dehors, plus la perte de chaleur est grande
• Plus on chauffe l’intérieur, plus la perte est grande
• Réduire le thermostat de son chauffage diminue la perte et donc la facture d’énergie

Quand on reprend notre exemple du mur de bloc de béton creux, on remarque que si on diminue ∆T de 4°C, c’est à dire que:

• Soit il fait moins froid dehors, il fait 4°C (au lieu de 0°C)
• Soit on chauffe moins dedans, il fait 16°C ( au lieu de 20°C)

La perte thermique n’est plus que de 800W au lieu de 1000W,

soit 20 % d’économie de chauffage.

La Perte de chaleur est Proportionnelle à l’Inverse de l’Épaisseur des Parois qui séparent l’Intérieur de l’Extérieur (e)

• Un mur plus épais laisse passer moins de chaleur.

Quand on reprend notre exemple du mur de bloc de béton creux quand on augmente (e), si celui -ci fait 24 cm d’épaisseur au lieu de 20 cm, alors la perte thermique passe à 800W au lieu de 1000W,

soit 20% d’économie de chauffage.

La Perte de chaleur est Proportionnelle à la Surface des Parois qui séparent l’Intérieur de l’Extérieur (S)

• Moins de surface de contact avec l’extérieur, c’est moins de perte de chaleur

Quand on reprend notre exemple du mur de bloc de béton creux quand on diminue (S), si celui-ci fait 8m² au lieu de 10m², alors la perte thermique passe à 800W au lieu de 1000W,

soit 20% d’économie de chauffage.

Le Perte de Chaleur est Proportionnelle à la Conductivité du Matériau (λ)

• Un choix de matériau moins conducteur de chaleur, c’est moins de perte de chaleur

Quand on reprend notre exemple du mur de bloc de béton creux quand on diminue (λ), c’est à dire qu’on choisi un autre matériau, notre mur est maintenant fait de 20 cm de briques pleines, λ = 0,8 (W/m.K) au lieu de 1,0 (W/m.K), alors la perte thermique passe à 800W au lieu de 1000W,

soit 20% d’économie de chauffage.

A partir de ces 4 calculs qui amènent tous à une économie de chauffage de 20%, quel est donc le moyen le plus simple de diminuer la perte thermique?

La réponse va devenir évidente si je vais plus loin dans mon raisonnement:

Quand on reprend notre exemple du mur de bloc de béton creux quand on diminue (λ), c’est à dire qu’on choisi un autre matériau, notre mur est maintenant fait de 20 cm de bois massif, λ = 0,12 (W/m.K) au lieu de 1,0 (W/m.K), alors la perte thermique passe à 120W au lieu de 1000W,

soit 88% d’économie de chauffage.

Oui, tu as bien lu, un mur en bois de 20cm d’épaisseur est plus économe en chauffage à hauteur de 88% qu’un mur en parpaing de béton creux de même épaisseur !

Un exemple concret d’optimisation de la réduction des pertes thermiques au travers d’une paroi

Et si je vais encore plus loin et que je te dis que ma maison est faite de bottes de paille de 32 cm d’épaisseur.

Quand on reprend notre exemple du mur de bloc de béton creux quand on diminue (λ), c’est à dire qu’on choisi un autre matériau, notre mur est maintenant fait de 32 cm de botte de paille, λ = 0,052 (W/m.K) au lieu de 1,0 (W/m.K), alors la perte thermique passe à 32,5W au lieu de 1000W,

soit 97% d’économie de chauffage.

Eh oui ma maison bioclimatique en paille est 97% plus performante thermiquement que si elle avait été construite en parpaing de béton creux (sans isolant, on entend bien)

Ces chiffres te paraissent incroyables ?

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Calculateur des Pertes Thermiques au travers d’un Paroi

Ce calculateur fonctionne pour une paroi homogène faite d’un seul matériau de conductivité thermique (λ) en W/m.K.

Le coefficient de conductivité thermique (λ) varie:

• Matériaux conducteurs de chaleur, les métaux, matériaux très conducteurs : Cuivre (385), Aluminium (237), Acier (50), Fer (80), Or (317), Argent (419), Zinc (116)
• Matériaux à forte inertie (matériaux de construction structurels) : Béton armé (2.3), Brique pleine (0.8), Pierre calcaire (1.2 à 2.3), Pierre granit (2.5 à 3.5), Terre crue (0.6 à 1.5), Bloc de béton (1.0 à 1.7)
• Matériaux isolants : Laine de verre (0.032 à 0.040), Laine de roche (0.033 à 0.040), Polystyrène expansé (0.035 à 0.045), Polystyrène extrudé (0.029 à 0.037), Liège expansé (0.038 à 0.045), Fibre de bois (0.036 à 0.050), Chanvre (0.040 à 0.050), Paille (0.050 à 0.070), Aérogel de silice (0.013 à 0.020)
• Autres Matériaux : Verre (0.8), Bois massif (0.12 à 0.18), Plâtre (0.35), Terre cuite (0.60), Béton cellulaire (0.10 à 0.25), Eau (0.58), Neige compactée (0.20)

FAQ : Questions Fréquentes Comment Calculer la Perte de Chaleur au travers une Paroi.

Comment calculer la perte de chaleur à travers une paroi.

→ On utilise la loi de Fourier :

où q est la perte thermique, dépendant du matériau, de l’épaisseur, de la surface et de la différence de température

Quels sont les facteurs qui influencent la perte de chaleur d’un mur ?

→ La conductivité thermique du matériau (λ), l’épaisseur du mur (e), la surface exposée (S) et la différence de température (ΔT) entre l’intérieur et l’extérieur.

Comment peut-on réduire les pertes de chaleur d’une maison ?

→ En utilisant des matériaux plus isolants, en augmentant l’épaisseur des parois, en réduisant la surface d’échange avec l’extérieur et en limitant la différence de température entre intérieur et extérieur.

Pourquoi un mur en paille est-il plus performant qu’un mur en parpaing ?

→ La paille a une conductivité thermique bien plus faible (λ de 0,052 W/m.K contre 1 W/m.K pour le parpaing), ce qui limite fortement la perte de chaleur.

Réduire la température intérieure permet-il vraiment de faire des économies d’énergie ?

→ Oui, car la perte de chaleur est proportionnelle à la différence de température : baisser le chauffage de quelques degrés réduit significativement les déperditions et la consommation énergétique.

Donc maintenant, penses-tu que tu saches comment calculer la perte de chaleur à travers une paroi ? Partage en commentaire. 👇