2) Comment cela marche concrètement ?
3) Les isolants disponibles sur le marché.
4) Test de quelques isolants.
5) Conclusion.
Allez, c’est parti !
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1) Quelques notions de physique pour comprendre l’isolation
La « chaleur » se transmet de différentes façons :
- Par convection:
Transfert de la chaleur par déplacement de la matière. C’est le chauffage dans une maison qui fait élever l’air vers le haut. - Par conduction:
La chaleur se transmet sans déplacement de matière, par contact moléculaire. ll suffit de chauffer l'extrémité d’un morceau de métal pour que la chaleur s'y propage à l’autre bout. - Par rayonnement:
La chaleur se propage sous forme d’onde électromagnétique, notamment les rayons infrarouges. C’est la chaleur reçue sur le visage par exemple lorsqu’on regarde un feu de cheminée.
Dans nos camions, la chaleur se transmet essentiellement par conduction, et, l’été par rayonnement à travers les vitres et lanterneaux (rayons du soleil)
La conductivité thermique λ
Puisque la chaleur se transmet essentiellement par conduction, on va s’intéresser à la conductivité thermique, grandeur qui caractérise notamment les isolants qui sont des matériaux qui conduisent mal la chaleur. Donc plus λ est faible et plus le matériau est isolant.
La conductivité thermique s’exprime en watts par mètre-kelvin, (W•m-1•K-1)
La résistance thermique Rth surfacique
Elle varie selon l’épaisseur de l’isolant. Rth = e/λ en m².K.W-1
Avec e, l’épaisseur de l’isolant
Une résistance thermique de 4 m².K/W est atteinte pour
11.6 cm de polystyrène extrudé (avec λ=0.029 W. m-1•K-1)
14.8 cm de laine de roche (avec λ=0.037 W. m-1•K-1 )
Autrement dit, plus λ est petit et moins il faudra d’épaisseur pour une même résistance aux déperditions de chaleur vers l’extérieur.
Tour cela c’est très bien mais il faut aussi prendre en compte la cinétique, c'est-à-dire la vitesse à laquelle se transmet la chaleur dans l’isolant.
Vu que la température extérieure n’arrête pas de varier, tous les isolants ne vont pas réagir de la même façon.
La capacité thermique
Elle représente la capacité du matériau à stocker la chaleur (plus la chaleur se transmet lentement et plus l’inertie est forte).
Elle est égale au produit de la chaleur massique par la masse volumique de l’isolant. La chaleur massique est la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1 degré la température de 1Kg de matériau.
Autrement dit plus un matériau est lourd et a une chaleur massique élevée, plus il va stocker la chaleur.
Par exemple, la laine de roche à une masse volumique de 25 Kg/m3 et une chaleur massique de 864 J.Kg-1K-1
On obtient une capacité thermique de 25*864 = 21 600 J.K-1.m-3
Le liège expansé, plus dense (120Kg/m3) a une chaleur massique de 1760 J.Kg-1K-1, soir une capacité thermique de 211 200 J.K-1m-3
Le liège va beaucoup plus stocker la chaleur et il faudra plus de temps pour qu’elle se transmette. Il faudra aussi plus de temps pour que la température intérieure s’élève.
2) Comment cela marche concrètement?
Il faut distinguer 2 cas : l’hiver et l’été.
Pour l’hiver, si l’on chauffe à l’intérieur du camion, seul compte la résistance thermique, il faut donc avoir le meilleur λ possible. C’est très simple.
L’été, c’est une autre histoire car il faut éviter les rentrées de chaleur par rayonnement.
Prenons l’exemple des vieilles maisons en pierre qui restent bien fraîches l’été : cela s’explique du fait qu’elles ont des murs de pierres massives très épais et donc très lourds. Leur inertie thermique est donc grande et les murs vont absorber (réguler) la chaleur pendant la saison chaude à travers le cycle jour/nuit.
Un isolant ayant une grande inertie thermique va donc réguler les variations de températures.
C’est très bien l’été, mais ça l’est beaucoup moins l’hiver puisque l’on va gaspiller de l’énergie à essayer de chauffer, les murs absorbant beaucoup de cette chaleur.
Mais alors dans un camion ?
Et bien l’été c’est les entrées de chaleur par rayonnement à travers les vitres qui vont surchauffer l’intérieur, et, l’isolant fera son boulot, c'est-à-dire emprisonner cette chaleur. Le camion devient un four.
Donc pour bien s’isoler l’été, il faut mettre des isolants réflecteurs sur toutes les vitres et opter pour des matériaux ayant une chaleur massique la plus élevé possible et on évitera les matériaux lourds, question de poids évidemment !
Les isolants ayant une bonne inertie seront aussi meilleurs l’hiver si l’on n’a pas de chauffage puisqu’ils vont éviter que la température ne descende trop la nuit.
Pour une utilisation été et hiver, et bien au mieux, pourquoi ne pas mettre une couche d’isolant inertiel puis de l’isolant léger ?
3) Les isolants disponibles sur le marché
Ils sont nombreux et ne s’adaptent pas tous sur les camions. On est donc confronté à une question de choix en fonction de la qualité recherchée, des moyens de fixer l’isolant aux parois et de la toxicité du matériau.
De plus il est démontré qu’une fente de 1mm sur un isolant de 1m² de surface et de 15cm d’épaisseur, divise par 5 la résistance thermique du dit isolant.
Le montage est donc important et peut imposer un choix : rigide ou souple ? En ce sens les isolants en rouleaux ont un gros avantage puisqu’on peut les dérouler sur toute la surface du camion.
Voici ce que l’on trouve : (je reprend ici ce que l’on trouve ça et là sur le web). Informations à recouper et valeurs à vérifier en fonction du fabricant !
4) Test de quelques isolants.
Tests extrêmement difficiles à réaliser compte tenu du peu de matos que j’ai (congélateur merdique, thermomètre, etc…). Bon je les publie quand même car ce sont des mesures à peu près relatives...
J’ai pris une boite dans laquelle est fixé un isolant. Cette boite de dimension 36*22*24 cm est bien plus petite qu’un fourgon, en fait la différence se situe surtout au niveau du rapport surface/volume. On a en effet 7 fois plus d’air dans un fourgon pour une même surface par rapport à la boite. Les variations de températures seront donc plus forte dans cette boite.
Hiver
Deux mesures :
- A l'équilibre (statique)
- En dynamique (variation)
Statique :
La boite métallique contient l’isolant
et une petite boite à chaleur avec ventilateur, développant 30 watts environ, par convection uniquement.
Le tout est placé au congélateur, à -30°C. Après un certain temps la température atteinte à l’intérieur de la boîte se stabilise. Elle est représentative de la résistance thermique de l’isolant.
Les petites fentes, comme je l’ai dis plus haut réduisent cette résistance. J’ai fait de mon mieux pour ajuster les isolants mais de toutes façons c’est la même chose dans nos camions, non ?
Bien noter que mon thermomètre n’allait pas au delà de 70° et que la laine est en 40mm. Les résultats sont cohérents puisque d’après la formule ΔT=P*Rth, si l’épaisseur est multiplié par 2 alors l’écart de température est 2 fois supérieur… Ceci explique les +70°
ça se passe de commentaire lorsque ce n’est pas isolé.
Dynamique :
La boîte contenant l’isolant sans chauffage est placée au congélateur (isolant et boîte à température ambiante). Relevé de la variation de température en fonction du temps.
Je précise que les isolants font 2cm d’épaisseur sauf la laine de roche qui en fait 4cm.
Le liège a le plus d’inertie thermique. On remarque que le multicouche a autant d’inertie que la laine en 40mm. La plume en 20mm a un peu moins d'inertie. Le polystyrène très peu dense n’est pas très inertiel, mais un peu plus tout de même que sans rien !
Eté
Construction d’un caisson en bois. A l’intérieur une résistance qui rayonne des infrarouges en direction de la boite à essai. La boite est toujours positionnée au même endroit. La température à l’intérieur du caisson est maintenue à 30°. Mesure de la température de stabilisation après 2 ou 3h.
Résultats (isolants placé dans l'ordre à partir de la tôle) :
6) Conclusions
Résultats à prendre avec des pincettes car les fentes de jonctions sont difficile à éviter avec les matériaux rigides.
Je dois ici reprendre les résultats des calculs de PHM, qui nous montrent que :
Pour un fourgon de 18m2 isolé parfaitement et sans aération avec 5cm de laine de verre, la puissance dissipée vers l’extérieur est de 144 watts.
Un homme produit une chaleur de 80 W au repos, donc deux personnes suffiraient à maintenir la température, mais le camion n'est jamais étanche et l'isolation ne peut être parfaite.
Avec une seule fenêtre de 0.5m² dans le fourgon, la puissance dissipée passe à 1140W.
Autrement dis, compte tenu que les isolants ont grosso modo la même conduction thermique, ce sont essentiellement les fenêtres, lanterneaux et aérations qui vont apporter du froid en hiver. Donc penser à bien isoler tout ça la nuit (sauf aération bien sur !!)
Pour l’été c’est pareil, dans le test on voit tout de même que, le liège qui est le plus inertiel, abaisse la température de 7° par rapport au polystyrène qui ne protège de rien.
Bonnes réflexions !
Ajout du 20/12/2006: Quelques liens intéressants pour voir à quoi ressemblent certains isolants méconnus....
Celui-ci pour la plume et les panneaux de ouate, le liège.. Isolants qui me tentent bien..
http://www.iso-techna.fr/
Du liège expensé:
http://www.aliecor.com/
Un regroupement de site:
http://www.outilssolaires.com/Archi/prin-materiaux.htm
On trouve facilement aussi bien pour beaucoup moins cher et beaucoup mieux pour le même prix.
(surtout que je ne prétends pas tout savoir..)
