Invisible mais omniprésente, la chaleur circule dans nos habitats avec une facilité variable selon la nature des matériaux. Cette capacité à transmettre ou à freiner le flux thermique conditionne la performance énergétique d’un bâtiment autant que son confort intérieur. Comprendre la conductivité thermique revient à saisir l’un des fondements physiques de l’isolation et de la maîtrise des dépenses énergétiques.
Qu’est-ce que la conductivité thermique des matériaux ?
La conductivité thermique désigne l’aptitude d’un matériau à transmettre la chaleur par conduction. Elle s’exprime par le coefficient λ (lambda), mesuré en watts par mètre-kelvin (W/m·K). Ce coefficient indique la quantité de chaleur qui traverse une paroi d’un mètre carré et d’un mètre d’épaisseur en une seconde, pour une différence de température d’un degré entre ses deux faces.
Chaque matériau possède sa propre valeur de conductivité, liée à sa composition et à sa structure moléculaire. Les métaux, riches en électrons libres, sont de puissants conducteurs thermiques, tandis que les matériaux poreux — fibres végétales, laines minérales ou plastiques expansés — limitent la diffusion de chaleur grâce à l’air emprisonné dans leur réseau interne.
Un λ faible traduit une capacité isolante élevée : le matériau oppose une résistance importante au passage de la chaleur. À l’inverse, un λ élevé indique une forte conductivité, donc un faible pouvoir isolant.
Quelle est la différence entre conduction et conductivité thermique ?
Lorsqu’un écart de température existe entre deux zones d’un même corps, l’énergie se déplace naturellement du point chaud vers le point froid. Ce phénomène s’appelle la conduction thermique. Il traduit le transfert direct de chaleur à travers la matière, sans mouvement global de celle-ci.
La conductivité, quant à elle, mesure la facilité avec laquelle ce transfert s’effectue. C’est une propriété intrinsèque, indépendante des dimensions du matériau. Deux murs d’épaisseur identique transmettront plus ou moins d’énergie selon leur nature : pierre calcaire, béton, verre ou bois ne présentent pas la même inertie thermique.
Les valeurs de conductivité peuvent aussi varier selon la température ambiante ou le taux d’humidité. Certains isolants, lorsqu’ils se saturent d’eau, perdent une partie de leur performance, l’eau conduisant mieux la chaleur que l’air.
Comment mesurer la conductivité thermique ?
Les mesures s’effectuent en laboratoire, selon des protocoles normalisés. Les fabricants de matériaux isolants doivent indiquer le coefficient λ sur leurs fiches techniques, souvent vérifié par l’organisme de certification ACERMI (Association pour la Certification des Matériaux Isolants). Cette certification garantit la fiabilité des performances annoncées et conditionne l’éligibilité de certains produits aux aides publiques liées à la rénovation énergétique.
Les essais consistent à appliquer une différence de température connue entre deux faces d’un échantillon et à mesurer le flux thermique qui le traverse. Des instruments tels que la plaque chaude gardée ou le fluxmètre déterminent la valeur du λ avec une grande précision.
Conductivité, résistance thermique et isolation
La conductivité ne suffit pas à caractériser le pouvoir isolant d’un matériau. Il faut lui associer la résistance thermique (R), qui traduit sa capacité à ralentir le flux de chaleur. Cette résistance dépend à la fois de la conductivité et de l’épaisseur de la paroi selon la formule :
R = e / λ
où e représente l’épaisseur en mètres et λ la conductivité en W/m·K.
Plus R est élevé, plus le matériau est isolant.
Comparaison indicative des performances thermiques
| Matériau | Conductivité λ (W/m·K) | Épaisseur nécessaire pour R = 3 (m²·K/W) | Nature thermique |
|---|---|---|---|
| Polyuréthane | 0,025 | 0,075 m | Très isolant |
| Laine de verre | 0,040 | 0,120 m | Isolant courant |
| Bois massif | 0,160 | 0,480 m | Faible conducteur |
| Brique pleine | 0,840 | 2,520 m | Conducteur moyen |
| Béton | 1,750 | 5,250 m | Très conducteur |
| Cuivre | 385 | > 1000 m | Excellent conducteur |
Ces valeurs illustrent l’écart considérable entre les matériaux de construction et les isolants dédiés. Un simple centimètre de cuivre transmet la chaleur aussi efficacement que plusieurs mètres d’isolant.