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La conductivité thermique (également nombre de conductivité thermique ou coefficient de conductivité thermique) est un paramètre de la physique. Il décrit dans quelle mesure l’énergie thermique peut circuler à travers une substance et peut être spécifié pour les gaz, les liquides et les solides. Dans la technologie du bâtiment, la valeur caractéristique est importante, entre autres, pour comparer la qualité énergétique des matériaux de construction et d’isolation. Mais comment définit-on la conductivité thermique, comment la déterminer et quelles sont les valeurs caractéristiques des différents matériaux ?

Les sujets en un coup d’œil :

  1. Définition, sens et objet

  2. Conductivité thermique de différents matériaux

La conductivité thermique (symbole k ou λ, prononcé lambda) indique dans quelle mesure l’énergie thermique peut circuler à travers une substance. Il se réfère à l’épaisseur en mètres et est généralement donné comme une valeur spécifique en watts par mètre et Kelvin (W/mK). Il est important de savoir que la valeur caractéristique se réfère uniquement à la partie du transfert de chaleur qui a lieu sans mouvement de matière. En plus de ce que l’on appelle la conduction thermique, il existe également une convection liée au matériau, qui se produit principalement dans les gaz et les liquides.

Ce qui suit s’applique ici : Si la conductivité thermique est élevée, beaucoup de chaleur traverse une substance. Avec une faible conductivité thermique, en revanche, les matériaux ont un effet isolant plus élevé, ce qui signifie qu’ils entravent le transport de la chaleur.

L’importance des valeurs matérielles dans la technologie de chauffage

Si les experts connaissent la conductivité thermique des matériaux de construction et d’isolation, ils peuvent calculer la valeur U d’un mur, par exemple. Ceci est nécessaire pour déterminer les pertes de chaleur, la charge de chauffage et la puissance requise d’un système de chauffage. Lorsqu’il s’agit d’isoler des tuyaux ou des murs, vous pouvez utiliser la conductivité thermique pour comparer différents matériaux. Si vous choisissez des matériaux isolants à faible conductivité thermique, ils obtiennent un effet plus important que les matériaux à coefficient de conductivité thermique plus élevé avec la même épaisseur.

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Mais le paramètre est également utilisé lors de la planification et de la conception du chauffage par le sol. La clé ici est la conductivité thermique des revêtements de sol. Celle-ci doit être aussi élevée que possible afin de pouvoir libérer de l’énergie thermique dans la pièce sans entrave. C’est différent sous la structure du plancher : Si la conductivité thermique des composants vers le sol ou vers les pièces non chauffées est très élevée, cela peut entraîner des pertes de chaleur inutiles. Cela ne peut être évité qu’avec une isolation appropriée.

faible conductivité thermique du polystyrène

La conductivité thermique de la mousse de polystyrène est faible, c’est pourquoi le matériau est un bon isolant. // © mr2853 – stock.adobe.com

Comment calculer la conductivité thermique ?

Outre la densité et la composition d’un matériau, la conductivité thermique dépend également de sa teneur en humidité et de sa température. Raisons pour lesquelles la valeur caractéristique ne peut pas être facilement calculée. Si les experts veulent déterminer le coefficient de conductivité thermique d’une substance, ils doivent le mesurer. Ceci est possible, par exemple, avec des compteurs de chaleur. Les appareils déterminent la valeur caractéristique en fonction de la puissance d’un élément chauffant, de la différence de température et de la résistance du composant considéré. Une fois la valeur connue, les experts peuvent utiliser la conductivité thermique pour calculer la quantité d’énergie thermique qui traverse une substance. C’est possible avec l’équation suivante :

Flux de chaleur = (conductivité thermique x surface x différence de température) / épaisseur du composant

Un exemple: Un mur de 30 centimètres d’épaisseur sépare l’intérieur d’une maison de l’extérieur, bien qu’il fasse dix degrés Celsius (dix Kelvin) plus frais à l’extérieur qu’à l’intérieur. Si le mur est en béton (conductivité thermique 2,1 W/mK), 70 watts par mètre carré circulent dans cette constellation. [Q = 2,1 W/mK x 1 m² x 10 K) / 0,3 m = 70 W]. Si la température extérieure baisse alors que la température ambiante reste la même (différence de température plus élevée), le flux de chaleur augmente. S’il fait plus chaud à l’extérieur, moins d’énergie thermique traverse le mur. Lorsque le différentiel de température s’inverse de sorte qu’il fait plus chaud à l’extérieur qu’à l’intérieur, la chaleur se déplace de l’extérieur vers l’intérieur le long du gradient de température.

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Exemples de valeurs pour divers matériaux de construction et d’isolation

Comme il n’est pas facile de calculer la conductivité thermique, les valeurs du tableau sont utilisées dans la pratique. L’aperçu suivant fournit des informations sur les propriétés de divers matériaux de construction.

conductivité thermique des matériaux de construction valeur caractéristique Aptitude comme conducteur de chaleur
bois massif 0,1 à 0,2 W/mK mal
Briques pour construction monolithique 0.07W/mK très mauvais
Béton cellulaire ou cellulaire 0,2W/mK mal
Maçonnerie en brique 0,5 à 1,4 W/mK mal
brique silico-calcaire 0,5 à 1,3 W/mK mal
béton 2,1W/mK mal
Acier de construction 15 à 60W/mK moyen
aluminium 200W/mK Bien
cuivre 380W/mK Bien

Le tableau suivant montre à quel point les valeurs caractéristiques de différents matériaux isolants sont élevées en comparaison.

isolation de conductivité thermique valeur caractéristique
isolation sous vide 0,004 à 0,006 W/mK
aérogels 0,015 à 0,012 W/mK
Polyuréthane (PUR) 0,024 à 0,035 W/mK
laine de verre 0,032 à 0,050 W/mK
Polystyrène expansé (EPS) 0,035 à 0,050 W/mK
panneau de fibres 0,04 à 0,05 W/mK

Dans les gaz, les formes de transport de chaleur se chevauchent. En plus de la conduction thermique, la convection se produit également ici. L’aperçu suivant montre à quel point la conductivité thermique de l’air et des autres gaz est élevée.

Conductivité thermique de l’air et d’autres gaz dans des conditions standard valeur caractéristique
Krypton (par exemple remplissage de fenêtre) 0.00949W/mK
Xénon (par exemple remplissage de fenêtre) 0.0055W/mK
Argon (par exemple remplissage de fenêtre) 0.0179W/mK
oxygène 0.0263W/mK
hélium 0.1567W/mK
hydrogène 0.186W/mK
Air 0.0262W/mK

Important : Même si la conductivité thermique de l’air et des autres gaz est faible, les matériaux ne conviennent pas pour l’isolation. La raison en est la convection (entraînement de la chaleur) qui se produit dans les gaz en mouvement. L’énergie thermique ne migre pas d’une molécule à l’autre, mais est liée à une molécule à travers l’espace.