La chaleur est la mise en mouvement aléatoire des particules qui constituent la matière. Cette agitation moléculaire produit des effets sur la matière. Nous connaissons tous plus ou moins bien ces effets, accumulation de la chaleur, transmission de la chaleur, dilatation, changement d’état et rayonnement. Dans cet article, nous allons les analyser afin de bien les comprendre. Chaque matériau, en fonction de sa composition et de son organisation moléculaire, a ses caractéristiques propres. 

La capacité thermique

La capacité thermique volumique nous intéresse davantage dans l’isolation que la capacité thermique massique. 

Exemple : Nous sommes en présence de deux récipients de cuisine, l’un en aluminium, l’autre en fonte d’acier. La capacité thermique d’un matériau est sa capacité à stocker de l’énergie. A volume égal, la fonte d’acier stocke beaucoup plus d’énergie que l’aluminium. La casserole sera donc chaude beaucoup plus vite et devra être choisie pour les cuissons rapides et la cocotte en fonte pour les plats mijotés. 

La conductivité thermique

La conductivité thermique est la facilité avec laquelle la chaleur va se propager dans un matériau. 

Exemple : Prenons deux casseroles, l’une avec une queue en verre et l’autre avec une queue en bois. Si on fait bouillir de l’eau dans les deux et que nous prenons ensuite ces casseroles par la queue, nous allons nous brûler avec la casserole possédant la queue en verre. 

La dilatation

Il s’agit d’une prise de volume de la matière sous l’effet de la chaleur et de la mise en mouvement des particules. 

Exemples : Elle est assez faible pour les liquides et les solides. Elle doit néanmoins parfois être prise en compte pour anticiper les effets. Ainsi, sur les ponts, il est souvent nécessaire de prévoir un joint de dilatation à chaque extrémité. Sans eux, le tablier du pont ne pourrait pas se dilater sous l’effet de la chaleur, ce qui pourrait provoquer des fissures. De même, pour les rails de voies anciennes, un espace est aménagé au droit de leur jonction. 

Pour les gaz, la dilatation provoque une expansion souvent importante. Si elle est bloquée, alors, le gaz va monter en pression, on parlera de gaz comprimé. Si cette dilatation n’est pas bloquée, on parlera de gaz dilaté. Dans le cas d’un ballon à air chaud, les particules de l’air chauffé vont prendre plus de place. L’air va se dilater. Ce faisant, 1m3 d’air chaud captif contiendra moins de particule et sera plus léger qu’1m3 d’air extérieur qui va monter et entraînera le ballon dans son ascension. 

Le changement d’état

La matière peut se trouver sous plusieurs formes, liquide, solide ou gazeuse. Certains matériaux ne se trouvent que sous une seule forme, d’autres sous deux, et d’autres encore sous les trois, en fonction entre autres de leur température. 

Exemples : L’eau peut, au-dessus de 100°C, se trouver à l’état gazeux. Entre 0°C et 100°C, elle est liquide, et en-dessous de 0°C, on la retrouve à l’état solide. En rechauffant cette eau, on va passer par les trois états. 

Les métaux sont souvent utilisés à l’état solide mais, ils sont chauffés à très haute température pour être brûlés. Ils sont ainsi rendus malléables. La silice est utilisée à l’état solide dans le sable pour réaliser des bétons et à l’état liquide pour couler du verre. 

Le rayonnement

Avec un chalumeau, du métal chauffé à très haute température change de couleur jusqu’à devenir quasiment blanc, on parle de chauffer à blanc. 

Exemple : Il s’agissait du principe des ampoules dites à incandescence. Un filament était chauffé par passage de l’électricité et monter en température par effet joule. Ce filament émettait assez de lumière pour éclairer l’espace proche. Ce principe émettait également beaucoup de chaleur, effet non recherché, donc perte d’énergie, d’où l’abandon de ce principe. Il s’agit d’une manière pour la chaleur d’évacuer la chaleur sous forme de lumière. Dans les températures de la vie courante, cette lumière n’est pas visible à l’œil nu, les émissions sont dans la gamme des infrarouges. En revanche, les caméras thermiques détectent ces rayonnements et les mettent en évidence, ce qui nous permet, sans éclairage, de voir ce qui est chaud.  

L’effet de la chaleur sur nos habitats

Selon la conductivité des parois, la chaleur va la traverser en plus ou moins grande quantité. Toujours en fonction de sa conductivité, en association avec sa capacité thermique volumique, cette chaleur va la traverser plus ou moins vite, c’est ce qu’on appelle le temps de déphasage. En chauffant l’intérieur de notre habitat, on provoque une dilatation, déclenchant une mise en mouvement par convection. Enfin, en montant les éléments constitutifs de l’habitat en température, nous allons provoquer une dissipation de chaleur par rayonnement. Ainsi, cette chaleur que l’on voudrait tant garder dans nos intérieurs l’hiver et hors de nos intérieurs l’été, va migrer, on parle alors de fuites de calories. Ces fuites ont lieu de trois façons : convection, conduction et rayonnement. 

Face à cette fuite inexorable de la chaleur, nous avons deux solutions. Pour compenser ces pertes, il est possible de produire davantage de chaleur, engendrant un confort moindre ainsi qu’une surconsommation et une augmentation des dépenses. L’autre solution consiste à essayer de garder cette chaleur, nous évitant ainsi de trop chauffer. 

Si vous souhaitez en apprendre davantage, je vous invite à visionner ma vidéo  sur ce sujet et à consulter mon ouvrage « Maison écologique, construire ou rénover », édité chez Terre Vivante. Vous pouvez aussi télécharger mon ebook (gratuit) depuis mon blog : “Le confort”.

Crédit photo : Rudy and Peter Skitterians Pixabay

Claude Lefrançois


Après 30 ans dans le bâtiment, ancien charpentier, ancien constructeur, ancien maître d’œuvre, formateur dans le bâtiment, expert en analyse des bâtis anciens avant travaux, auteur de nombreux articles et d’un livre “Maison écologique : construire ou rénover” aux Ed. Terre vivante, auteur de 2 ebooks disponibles sur mon blog, je suis désormais retraité. Je mets mon temps disponible et ma liberté d’expression à votre service : j’observe et j’analyse, au besoin je dénonce ou émet des idées. Bonne lecture.

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