Outil de calcul de résistances thermiques

La résistance thermique des matériaux est un enjeu crucial pour concevoir un bâtiment viable. Sans même parler de la RE2020 qui a des demandes strictes sur le sujet, il est essentiel qu'un bâtiment soit isolé pour répondre à notre confort d'hiver comme d'été.

Pour m'aider dans ces calculs, après avoir lu beaucoup d'articles sur le sujet je me suis fait un excel avec les calculs intégrés pour y voir plus clair. Il est en libre accès, téléchargez-le, modifiez-le, améliorez le avec grand plaisir :)

Voici un peu d'explications :

Il est assez facile de calculer la résistance thermique d'un matériau. J'ai nommé cette formule qui fait peur (un peu) :

R = e / λ

Quelle est donc cette sorcellerie ? Pour les novices ne vous inquiétiez pas, je l'étais aussi. Cette formule est au final assez simple à comprendre.

Je vais tenter de l'expliquer en 3 points :

λ : le lambda

Je ne vais pas réinviter la roue, voici la définition de wikipedia :

C'est le rapport de l'énergie thermique (quantité de chaleur) transférée par unité de temps (donc homogène à une puissance, en watts) et de surface au gradient de température

Pour faire simple, le lambda (λ) indique la capacité d'un matériau à transmettre des calories.

Il est exprimé via cette formule W/m.K.
W pour les watts et m.K pour les mètres Kelvins. Le mètre indique l'épaisseur du matériau et le Kelvin la variation d'un degrès Celcius entre deux surfaces du matériau.

Il faut retenir que plus le lambda est faible plus l'isolant est performant.

e : l'épaisseur

Le e représente l'épaisseur du matériau, exprimé en mètre.

R : la résistance thermique

C'est le chiffre qui nous intéresse ! La résistance thermique (R) d'un matériau indique sa capacité à retenir les calories. Plus il est élevé plus le matériau est isolant.

Je ne suis pas thermicien, loin de là. Je ne veux pas rentrer dans des détails complexes car je vais très certainement me tromper et / ou manquer de précisions. Je vous partage mon niveau de compréhension qui m'a permis de travailler sur mon projet. Il y a pléthore d'articles plus précis sur le net, je vous laisse vous y référer pour approfondir le sujet.

Une fois ce que j'ai indiqué ci-dessus acquis, j'ai pu avancer sur mes choix d'isolants et comprendre comment les additionner, jouer avec pour créer des parois intéressantes selon mes besoins. L'isolation est une chose à prendre en compte, mais on ne veut pas forcement tout isoler. 

Exemple :
Des parois intérieures peuvent être intéressantes avec des matériaux au lambda élevé, afin de laisser passer les calories si l'on veut chauffer une pièce par exemple. Imaginons une serre bioclimatique côté Sud-Est qui laisse passer le soleil à l'intérieur de la maison. 

On pourrait imaginer une salle de bain positionnée pour recevoir les rayons du soleil avec un mur en métal afin que la chaleur se transmette au plus vite à l'intérieur. Aux premiers rayons du soleil la salle de bain serait ainsi naturellement chauffée. 

Ce n'est pas dans mon projet mais j'apprécie cet exemple. Il illustre bien tout ce qu'on peut imaginer quand on maitrise la résistance thermique des matériaux. 

A cela s'ajoute une dernière notion :

Le déphasage

C'est le temps que met une calorie à traverser un matériau.

A quoi bon vous me direz ? 

Exemple :
Avec le déphasage on peut gérer le fait que : si le soleil tape votre mur à 12h, les calories mettront x temps à ressortir chez vous. Si votre déphasage est de 10h, la chaleur du soleil de 12h ressortira chez vous à 22h, assurant une nuit pas trop fraîche. Cela peut être très utile en hiver !

Cette notion est essentielle. Combinée au calcul de résistance thermique elle permet de choisir avec précision les isolants que l'on veut mettre dans nos parois.

Ma feuille de calcul

Maintenant que toutes les notions de base sont ok, j'en viens à mon sujet premier. J'ai mis en place un excel où je peux rentrer mes différentes valeurs afin de calculer mon R.

Il faut que j'intègre le déphasage, avec ça cet outil sera assez complet (du moins pour mes besoins). Tout le monde peut y poser des commentaires, hésitez pas à me faire des retours sur cet article ou directement sur le fichier. L'idée est qu'on l'améliore ensemble pour qu'il puisse servir :)

Onglet 1 : Tableau des lambdas

Le premier onglet de ce tableau récapitule l'ensemble des lambdas (λ) dont on a besoin pour faire nos calculs. J'ai trouvé les lambdas sur les sites que j'ai mis dans le tableau de sources. Ce tableau est voué à être complété avec le maximum de matériaux.

Onglet 2 : Calculs

Cet onglet comprend 3 tableaux :

1. "Calcul de la résistance thermique"
2. "Assemblage de parois"
3. "R recommandés..." est là qu'à titre indicatif. A ce jour il est erroné. Il faut que je regarde pour mettre les bonnes valeurs 😁

Tableau "Calcul de la résistance thermique"

Chaque ligne représente un matériau spécifique. 

1. La première colonne est son nom (mettez celui que vous voulez)
2. La seconde représente son épaisseur exprimée en mètre
3. La troisième va chercher dans l'onglet "Tableau de lambdas", le lambda spéficique au matériau voulu
4. La colonne R fait le calcul de la résistance thermique. Soit la valeur du lambda renseignée colonne C divisée par l'épaisseur souhaitée du matériau

Exemple :

J'ai calculé la résistance thermique de la laine de bois sur 20cm et 22cm. Le lambda utilisé est le même, seule la colonne B change pour préciser l'épaisseur.

Tableau "Assemblage des parois"

Dans ce tableau on peut cumuler les matériaux que l'on a créé dans le tableau précédent. Il additionne la résistance thermique de ces derniers. J'ai pu calculer la résistance thermique de mes murs et de ma toiture très simplement !

J'ai mis 5 entrées car je n'avais pas besoin de plus, mais on peut tout à faire copier coller les colonnes pour calculer la résistance thermique d'une paroi plus complexe.

Conclusion

Vous trouverez ce fichier sur mon drive, via ce lien. Je l'aurai bien proposé en téléchargement directement ici mais je ne peux pas mettre de fichier. Vous pouvez créer une copie sur votre drive perso et la modifier. Vous pouvez également poster des commentaires, je tenterais de l'améliorer au mieux :)

J'espère que cela servira !