Coefficient de conductivité thermique des matériaux de construction : ce que signifie l'indicateur + tableau des valeurs

Le métier de la construction implique l'utilisation de tous les matériaux appropriés. Les principaux critères sont la sécurité pour la vie et la santé, la conductivité thermique, la fiabilité. Viennent ensuite le prix, les propriétés esthétiques, la polyvalence d'utilisation, etc.

Examinons l'une des caractéristiques les plus importantes des matériaux de construction – le coefficient de conductivité thermique, car c'est de cette propriété que dépend en grande partie, par exemple, le niveau de confort dans la maison.

Qu'est-ce que le CCT (coefficient de conductivité thermique) d'un matériau de construction ?

Théoriquement, et aussi en pratique, les matériaux de construction créent généralement deux surfaces – extérieure et intérieure. D'un point de vue physique, une zone chaude tend toujours vers une zone froide.

En ce qui concerne le matériau de construction, la chaleur aura tendance à passer d'une surface (plus chaude) à une autre surface (moins chaude). C'est précisément cette capacité du matériau à effectuer cette transition qui est appelée – coefficient de conductivité thermique, ou en abrégé – CCT.

Schéma expliquant l'effet de conductivité thermique : 1 – énergie thermique ; 2 – coefficient de conductivité thermique ; 3 – température de la première surface ; 4 – température de la seconde surface ; 5 – épaisseur du matériau de construction

La caractérisation du CCT est généralement basée sur des tests où un échantillon expérimental de dimensions 100x100 cm est prélevé et soumis à un effet thermique en tenant compte d'une différence de température de 1 degré entre les deux surfaces. Le temps d'exposition est de 1 heure.

Par conséquent, la conductivité thermique est mesurée en Watts par mètre par degré (W/m°C). Le coefficient est désigné par le symbole grec λ.

Par défaut, la conductivité thermique de divers matériaux de construction dont la valeur est inférieure à 0,175 W/m°C classe ces matériaux dans la catégorie des isolants.

Les technologies de fabrication de matériaux de construction modernes ont atteint un niveau de CCT inférieur à 0,05 W/m°C. Grâce à ces produits, un effet économique significatif peut être obtenu en termes de consommation de ressources énergétiques.

Influence des facteurs sur le niveau de conductivité thermique

Chaque matériau de construction pris individuellement a une structure définie et possède un état physique particulier.

La base de cela est :

• la dimensionnalité des cristaux de la structure ;
• l'état de phase de la substance ;
• le degré de cristallisation ;
• l'anisotropie de la conductivité thermique des cristaux ;
• le volume de porosité et de structure ;
• la direction du flux thermique.

Tout cela sont des facteurs d'influence. La composition chimique et les impuretés ont également une certaine influence sur le niveau de conductivité thermique. La quantité d'impuretés, comme la pratique l'a montré, a une influence particulièrement marquée sur le niveau de conductivité thermique des composants cristallins.

Les matériaux de construction isolants sont une classe de produits destinés à la construction, créés en tenant compte des propriétés de conductivité thermique proches des propriétés optimales. Cependant, il est extrêmement difficile d'atteindre une conductivité thermique idéale tout en conservant d'autres qualités.

À leur tour, les conditions d'exploitation du matériau de construction – température, pression, niveau d'humidité, etc. – influencent la conductivité thermique.

Matériaux de construction avec un CCT minimal

Selon les études, c'est l'air sec qui possède la valeur de conductivité thermique la plus faible (environ 0,023 W/m°C).

Du point de vue de l'utilisation de l'air sec dans la structure d'un matériau de construction, une conception est nécessaire où l'air sec se trouve à l'intérieur de nombreux espaces fermés de faible volume. Structurellement, une telle configuration se présente sous la forme de nombreux pores à l'intérieur de la structure.

D'où une conclusion logique : un matériau de construction dont la structure interne est une formation poreuse doit avoir un faible niveau de conductivité thermique.

De plus, en fonction de la porosité maximale admissible du matériau, la valeur de conductivité thermique se rapproche de celle de l'air sec.

Une structure poreuse contribue à la création d'un matériau de construction à conductivité thermique minimale. Plus il y a de pores de différents volumes dans la structure du matériau, meilleure est la conductivité thermique que l'on peut obtenir.

Dans la production moderne, plusieurs technologies sont utilisées pour obtenir la porosité d'un matériau de construction.

En particulier, les technologies suivantes sont utilisées :

• le moussage ;
• la formation de gaz ;
• l'hydratation ;
• le gonflement ;
• l'incorporation d'additifs ;
• la création de structures fibreuses.

Il convient de noter : le coefficient de conductivité thermique est directement lié à des propriétés telles que la densité, la capacité thermique, la diffusivité thermique.

La valeur de conductivité thermique peut être calculée par la formule :

λ = Q / S *(T₁-T₂)*t,

Où :

• Q – quantité de chaleur ;
• S – épaisseur du matériau ;
• T₁, T₂ – température des deux côtés du matériau ;
• t – temps.

La valeur moyenne de la densité et de la conductivité thermique est inversement proportionnelle à la valeur de la porosité. Par conséquent, en se basant sur la densité de la structure du matériau de construction, la dépendance de la conductivité thermique par rapport à celle-ci peut être calculée comme suit :

λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d² – 0,16,

Où : d – la valeur de la densité. C'est la formule de V. P. Nekrassov, qui démontre l'influence de la densité d'un matériau spécifique sur la valeur de son CCT.

Influence de l'humidité sur la conductivité thermique du matériau de construction

Encore une fois, à en juger par les exemples d'utilisation de matériaux de construction dans la pratique, on constate l'influence négative de l'humidité sur le CCT d'un matériau de construction. On observe que plus un matériau de construction est exposé à l'humidité, plus la valeur du CCT devient élevée.

On cherche par divers moyens à protéger le matériau utilisé dans la construction de l'action de l'humidité. Cette mesure est tout à fait justifiée, compte tenu de l'augmentation du coefficient pour un matériau de construction humide.

Il n'est pas difficile de justifier ce point. L'action de l'humidité sur la structure du matériau de construction s'accompagne d'une humidification de l'air dans les pores et d'un remplacement partiel du milieu aérien.

Étant donné que le paramètre du coefficient de conductivité thermique pour l'eau est de 0,58 W/m°C, il devient compréhensible que le CCT du matériau augmente de manière significative.

Il convient également de noter un effet plus négatif lorsque l'eau pénétrant dans la structure poreuse gèle en outre – elle se transforme en glace.

En conséquence, il n'est pas difficile de calculer une augmentation encore plus grande de la conductivité thermique, en tenant compte des paramètres du CCT de la glace, qui est de 2,3 W/m°C. L'augmentation est d'environ quatre fois par rapport au paramètre de conductivité thermique de l'eau.

L'une des raisons de renoncer à la construction en hiver au profit de la construction en été est précisément le facteur du gel possible de certains types de matériaux de construction et, par conséquent, de l'augmentation de la conductivité thermique.

D'où l'évidence des exigences de construction concernant la protection des matériaux de construction isolants contre la pénétration de l'humidité. Car le niveau de conductivité thermique augmente en proportion directe de l'humidité quantitative.

Un autre point semble tout aussi important – l'inverse, lorsque la structure du matériau de construction est soumise à un chauffage important. Une température excessivement élevée provoque également une augmentation de la conductivité thermique.

Cela se produit en raison de l'augmentation de l'énergie cinématique des molécules qui constituent la base structurelle du matériau de construction.

Cependant, il existe une classe de matériaux dont la structure, au contraire, acquiert de meilleures propriétés de conductivité thermique en mode de chauffage intense. L'un de ces matériaux est le métal.

Si, sous un fort chauffage, la plupart des matériaux de construction courants modifient leur conductivité thermique à la hausse, le fort chauffage du métal produit l'effet inverse – le CCT du métal diminue.

Méthodes de détermination du coefficient

Différentes méthodes sont utilisées dans ce domaine, mais en réalité toutes les technologies de mesure sont regroupées en deux catégories de méthodes :

1. Régime de mesures stationnaires.
2. Régime de mesures non stationnaires.

La méthode stationnaire implique de travailler avec des paramètres qui restent invariables dans le temps ou ne changent que faiblement. Selon les applications pratiques, cette technologie permet d'obtenir des résultats plus précis du CCT.

Les mesures de conductivité thermique par la méthode stationnaire peuvent être effectuées dans une large plage de températures – de 20 à 700 °C. Cependant, cette technique est considérée comme laborieuse et complexe, nécessitant beaucoup de temps d'exécution.

Exemple d'un appareil conçu pour mesurer le coefficient de conductivité thermique. Il s'agit d'un modèle numérique moderne qui permet d'obtenir un résultat rapide et précis.

Une autre technique de mesure, la méthode non stationnaire, semble plus simple et nécessite de 10 à 30 minutes d'exécution. Cependant, la plage de températures est considérablement limitée dans ce cas. Néanmoins, cette méthode est largement utilisée dans le secteur de la production.

Tableau de conductivité thermique des matériaux de construction

Il n'est pas utile de soumettre à des mesures tous les matériaux de construction existants et largement utilisés.

Tous ces produits ont généralement été testés à plusieurs reprises, ce qui a permis d'établir un tableau de conductivité thermique des matériaux de construction, qui inclut pratiquement tous les matériaux nécessaires sur un chantier.

Une version de ce tableau est présentée ci-dessous, où CCT signifie coefficient de conductivité thermique :

Nous vous recommandons également de lire nos autres articles, où nous expliquons comment choisir correctement un isolant :

1. Isolants pour toiture mansardée.
2. Matériaux pour l'isolation intérieure de la maison.
3. Isolants pour plafond.
4. Matériaux pour l'isolation thermique extérieure.
5. Isolant pour sol dans une maison en bois.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo thématique qui explique en détail ce qu'est le KTP et comment l'utiliser. En prenant connaissance du matériel présenté dans la vidéo, vous avez de grandes chances de devenir un constructeur professionnel.

Un point évident – un constructeur potentiel doit absolument connaître la conductivité thermique et sa dépendance à divers facteurs. Ces connaissances aideront à construire non seulement avec qualité, mais avec un haut degré de fiabilité et de durabilité de l'objet. L'utilisation du coefficient est en fait une véritable économie d'argent, par exemple sur le paiement des services publics.

Si vous avez des questions ou des informations précieuses sur le sujet de l'article, veuillez laisser vos commentaires dans le bloc situé ci-dessous.