La résistance thermique des matériaux : Comprendre la notion de résistance « R », le lambda et le déphasage.
Nombreuses sont les vidéos YouTube d’explications sur la résistance thermique des matériaux et des isolants, et c’est tant mieux. Tout le contenu sur le sujet est actuellement fiable, des vidéos les plus techniques jusqu’aux vulgarisations : Le contenu est bon.
Le fameux « R » qui est affiché fièrement sur tous les emballages des isolants, de la laine de verre en déroulé jusqu’aux palettes de fibre de bois, c’est une épreuve de passage technique validée par une certification ACERMI : C’est de la science.
Les formules, plus complexes au demeurant que la seule formule simplifiée que nous utilisons en terme d’isolants, de produits bruts ou de dérivés, seront plus utiles dans l’industrie que dans le bâti.
Autrement dit, le sujet fait consensus et les notes de calculs sont opposables. Revenons donc sur l’utilité de la résistance thermique des matériaux en ce qui nous concerne plus particulièrement : Le bâtiment.
Introduction
La résistance thermique des matériaux est un élément devenu incontournable pour les calculs de performances énergétiques d’un bâtiment. Elle dirige directement la notion de « confort thermique », la consommation énergétique et l’efficacité de l’isolation.
Pour bien choisir un matériau isolant, il est essentiel de comprendre plusieurs notions fondamentales : la résistance thermique (R), la conductivité thermique (lambda λ) et le déphasage thermique.
En outre, les isolants ne sont pas les seuls concernés. Le « bâti », autrement dit les matériaux de construction en gros œuvre sont également visés par la résistance thermique.
Ce sujet est vaste, précis, et pour une fois : Il est consensuel.
C’est justement grâce à ce consensus formel et démontrable que nous pouvons définir les matériaux les plus pertinents lorsqu’il s’agit de construire :
- Brique ou parpaing ? (ou autres systèmes constructifs).
- Epaisseur des doublages ?
- Nature de l’isolant ?
- Méthodologie de pose ?
- Etc.
Bref, dès lors qu’il s’agit de se sentir au confort dans un logement, que ce soit en construction neuve ou en rénovation, il est littéralement impossible d’écarter la notion de « R » : La résistance thermique.
Imposée pour obtenir la RE2020 (Règlementation Energétique 2020), plébiscitée pour améliorer les logements anciens (ITE, ITTE, ITI), la résistance thermique est la BASE en matière d’isolation.
Enfin, ce « sésame » qui permet clairement de définir l’efficacité d’un isolant permet également d’écarter les matériaux trompeurs et procédés magiques qui sont parfois proposés sur le marché de la rénovation : Peintures thermiques, isolants minces, etc.
Qu’est-ce que la résistance thermique (R) ? Le calcul
La résistance thermique (R) d’un matériau n’est pas une donnée empirique, c’est le résultat mesurable d’une formule éprouvée. La résistance thermique mesure la capacité d’un matériau à s’opposer au passage de la chaleur, ou de la fraicheur.
Pour une fois, vous pouvez vous livrer vous-même aux calculs : C’est rationnel.
Chaque matériau de construction ou d’isolation doit afficher un coefficient de conductivité : Le Lambda. Sous forme de chiffre, ce dernier est obligatoirement rapporté sur les FDS (Fiches de sécurité) ou fiches techniques des matériaux.
Si vous connaissez le lambda d’un produit, alors vous pouvez vous-même en calculer la résistance thermique en fonction de son épaisseur. La formule est simple, vérifiée, et fiable. Notons tout de même que nous utilisons une formule « simplifiée » pour le bâtiment.
Plus la valeur de R est élevée, plus le matériau est isolant. Elle s’exprime en m².K/W et se calcule avec la formule suivante :
Calcul de la résistance thermique des matériaux
R = e / λ
- R : Résistance thermique (m².K/W)
- e : Épaisseur du matériau (m)
- λ (lambda) : Conductivité thermique du matériau (W/m.K)
NOTA : Vous noterez que l’épaisseur du matériau est fondamentale dans l’efficacité de résistance thermique. Attention cependant, l’épaisseur n’est pas la seule donnée importante dans le calcul. La densité des matériaux est également importante. Nous le verrons plus bas.
A retenir :
La résistance thermique dépend de la conductivité et de l’épaisseur d’un matériau. Le « R » est donc une valeur variable.
Pourquoi la résistance thermique est-elle importante ?
Une bonne résistance thermique permet de :
- ✅ Réduire les pertes de chaleur en hiver et limiter la surchauffe en été.
- ✅ Diminuer la consommation énergétique du chauffage et de la climatisation.
- ✅ Améliorer le confort thermique à l’intérieur du bâtiment.
Chaque matériau dispose d’un « R » (résistance thermique) différent selon sa nature et son épaisseur. Pour nous éviter les passoires thermiques, la RT 2012 et la RE 2020 nous imposent des seuils minimums obligatoires, évalués en « R » = .. ?
Autrement dit, selon que votre logement soit bâti en pierre, en parpaing, en béton armé ou en brique vous devrez adapter les épaisseurs d’isolations (ou leur nature) afin d’atteindre ces seuils minimums fixés par la réglementation. Vous y gagnez, mais la planète aussi !
La conductivité thermique (λ – Lambda)
La conductivité thermique, notée λ (lambda), est une caractéristique intrinsèque des matériaux qui mesure leur capacité à transmettre la chaleur. Elle s’exprime en W/m.K.
Contrairement à la valeur « R » dont nous avons vu qu’elle est variable, le lambda quant à lui est invariable. Autrement dit, l’acier aura toujours le même lambda, tout comme le bois aura un lambda toujours équivalent selon son essence.
🔹 Plus le λ est faible, plus le matériau est isolant.
Ordres de grandeur de la conductivité thermique de quelques matériaux
- Très isolants : Aérogel de silice (λ ≈ 0,014 W/m.K), Polyuréthane (λ ≈ 0,025 W/m.K)
- Isolants classiques : Laine de verre (λ ≈ 0,032 – 0,040 W/m.K), Ouate de cellulose (λ ≈ 0,038 W/m.K)
- Moyennement isolants : Bois (λ ≈ 0,10 – 0,20 W/m.K)
- Peu isolants : Béton (λ ≈ 1,75 W/m.K), Acier (λ ≈ 50 W/m.K)
Quelques exemples
- Fibre de bois : 0,036 W /m.k.
- Laine de verre : 0,039 W /m.k.
- Laine de roche : 0,034 W /m.k
- Polystyrène (PSE) : 0,034 W /m.k.
- Polyuréthane (PU) : 0,025 W /m.k.
Astuce :
Lorsqu’un industriel donne un « titre » à son isolant, c’est généralement par le lambda et non la résistance thermique. Pour exemple, Isover titre son isolant phare le GR32 : Pour 0,032 W /m.k (de lambda).
Facteurs influençant la conductivité thermique
- La densité du matériau : Plus un matériau est dense, plus il a tendance à conduire la chaleur.
- L’humidité : Un matériau humide voit sa conductivité thermique augmenter, réduisant ainsi son pouvoir isolant.
- La porosité : Les matériaux poreux emprisonnent de l’air, un excellent isolant naturel.
➡ Pour une bonne isolation thermique, on privilégie donc les matériaux avec un λ le plus faible possible.
Pour mieux comprendre
La conductivité est la capacité d’un matériau à se mettre à l’équilibre par rapport à la température environnante. Autrement dit, c’est sa capacité à « absorber » le chaud ou le froid.
En hiver, si vous vous asseyez sur un banc en béton, vous aurez plus froid au derrière que si vous vous asseyez sur un banc en bois. Le béton est plus conductif que le bois.
Si vous enflammez le bout d’une tige en bois, vous pourrez tout de même la tenir dans la main (allumette, torche, etc.) alors qui si vous faites la même chose avec une tige en acier, vous vous brulerez.
Exemples de valeurs R pour différents matériaux
Pour 10 cm d’épaisseur :
- Laine de roche (λ = 0,035 W/m.K) → R ≈ 2,85 m².K/W
- Béton (λ = 1,75 W/m.K) → R ≈ 0,057 m².K/W
- Bois massif (λ = 0,12 W/m.K) → R ≈ 0,83 m².K/W
On remarque que les isolants (comme la laine de roche) ont une résistance thermique bien plus élevée que les matériaux de construction classiques comme le béton. C’était évident mais j’ai volontairement fait ce grand écart pour que la notion soit plus claire.
Cela devient plus subtil lorsqu’on compare des matériaux dont la nature demeure assez proche :
- Brique ou parpaing.
- Laine de roche ou laine de verre.
- Polystyrène ou polyuréthane.
Pour exemple, et nous l’avons vu dans un de mes précédents articles, le calcul de résistance thermique nous prouve qu’une construction en brique est plus performante qu’une construction en parpaing, pour une épaisseur de mur équivalente.
La brique dispose d’un « R » près de 4 ou 5 fois supérieur à celui d’un bloc béton (parpaing) pour une épaisseur de 20 centimètres. Dans le cadre de la construction maçonnée, le pire étant évidemment le béton plein.
Le déphasage thermique : Un critère clé en été
Le déphasage thermique correspond au temps que met une onde de chaleur à traverser un matériau. Il est particulièrement important pour limiter la surchauffe estivale.
🔹 Plus le déphasage est long, plus le matériau retarde la pénétration de la chaleur, améliorant ainsi le confort en été.
Facteurs influençant le déphasage thermique :
- La capacité thermique du matériau : Plus elle est élevée, plus le matériau emmagasine la chaleur avant de la restituer.
- La densité : Un matériau dense (ex : béton, terre crue, bois massif) stocke mieux la chaleur qu’un isolant léger.
- L’épaisseur : Un mur épais augmente le temps de traversée de la chaleur.
Exemples de déphasage thermique (pour 20 cm d’épaisseur) :
- Laine de verre : ~ 2 heures
- Ouate de cellulose : ~ 10 heures
- Bois massif : ~ 12 heures
- Béton : ~ 10 à 15 heures
➡ Pour un confort d’été optimal, on privilégie des matériaux ayant un déphasage supérieur à 10 heures.
Comment choisir un bon isolant ?
Pour une isolation efficace, il faut équilibrer :
- ✅ Une faible conductivité thermique (λ) pour limiter les pertes de chaleur.
- ✅ Une résistance thermique élevée (R) pour une meilleure isolation.
- ✅ Un bon déphasage thermique pour éviter la surchauffe estivale.
L’air est un excellent isolant mais attention aux fausses allégations. Pour que l’air puisse offrir une bonne résistance thermique, il doit être inerte. C’est le cas uniquement dans le double ou le triple vitrage.
Autrement dit, lorsqu’on évoque une « lame d’air » pour valoriser un isolant, c’est généralement faux. La faible densité des laines minérales ou végétales est effectivement due à la présence d’air mais ce dernier est « emprisonné » dans l’isolant, donc inerte.
C’est contre intuitif, mais une lame d’air n’est en rien isolante, au contraire, son rôle est de ventiler.
Lire mon article sur la lame d’air en isolation.
Comparaison des principaux isolants :
| Matériau (pour 10 centimètres d’isolant) | λ (W/m.K) | R (m².K/W) | Déphasage (~) |
|---|---|---|---|
| Laine de verre | 0,035 | 2,85 | 2h |
| Ouate de cellulose | 0,038 | 2,63 | 10h |
| Bois massif | 0,12 | 0,83 | 12h |
| Béton | 1,75 | 0,057 | 10-15h |
| Polyuréthane | 0,025 | 4 | 4h |
- ✅ Si l’objectif est une isolation hivernale maximale → Choisir un matériau avec un λ faible et un R élevé (ex : polyuréthane, laine de roche).
- ✅ Si l’objectif est aussi de limiter la chaleur estivale → Choisir un matériau avec un bon déphasage thermique (ex : ouate de cellulose, bois massif).
Lien utiles et sources
- La résistance thermique des matériaux sur Wikipédia. Allez à la rubrique « bâtiment » de l’article.
- Article de Point P sur la résistance thermique.
- Explications sur le site de Engie.
Conclusion
La résistance thermique des matériaux est un élément clé pour garantir une bonne isolation et un confort optimal toute l’année. Le choix d’un isolant doit prendre en compte le coefficient lambda (λ), la résistance thermique (R) et le déphasage thermique pour répondre aux besoins spécifiques d’un bâtiment.
En combinant intelligemment ces paramètres, on peut optimiser la performance énergétique d’un logement et réduire considérablement les besoins en chauffage et climatisation.
🔹 À retenir :
- ✔ Plus R est grand, mieux c’est.
- ✔ Plus λ est faible, mieux c’est.
- ✔ Plus le déphasage est élevé, mieux c’est en été.
➡ Vous souhaitez isoler votre maison ? Pensez à bien choisir vos matériaux en fonction de ces critères pour un confort optimal toute l’année !
Merci pour vos lectures et bon chantier !
Serge USTUN.
