Chaque matériau interagit différemment avec la chaleur. Certains la transmettent rapidement, d’autres au contraire la freinent. Cette propriété, appelée conductivité thermique, joue un rôle central dans la construction, l’isolation, l’industrie énergétique ou encore la recherche scientifique. Elle se mesure, se calcule et s’interprète pour orienter des choix techniques, qu’il s’agisse de bâtir un logement ou de concevoir des équipements performants.
Définition de la conductivité thermique des matériaux
La conductivité thermique désigne la capacité d’un corps solide à transférer la chaleur qu’il reçoit. Elle exprime la quantité d’énergie thermique transmise à travers une surface donnée pendant un temps défini, selon une différence de température entre deux faces opposées. Cette notion s’inscrit dans la loi de Fourier, qui formalise les mécanismes de conduction thermique.
Elle s’exprime en watts par mètre-kelvin, notée W/m.K. Dans cette unité, le watt correspond à la puissance, le mètre à la distance parcourue et le kelvin à l’écart de température. Un matériau dont la conductivité atteint 1 W/m.K transmet 1 watt de chaleur par mètre carré pour un gradient thermique d’un kelvin par mètre. Cette valeur permet de classer les matériaux en fonction de leurs performances isolantes ou conductrices.
Comment s’expliquent les différences entre matériaux ?
Les écarts de conductivité résultent de plusieurs paramètres :
- la nature intrinsèque du matériau (métal, minéral, polymère, etc.)
- la température ambiante au moment de la mesure
- le taux d’humidité
- la pression environnante
Chacun de ces facteurs influence la vitesse à laquelle la chaleur circule dans une structure.
Comment calculer la conductivité thermique des matériaux ?
Une approche mathématique globale
La conductivité thermique se décrit comme la somme de deux composantes :
λ = λe + λp
où λe représente la contribution des électrons et λp celle des vibrations atomiques.
Une relation forte entre conductivité électrique et thermique
Dans de nombreux cas, les matériaux bons conducteurs d’électricité le sont aussi pour la chaleur. Le cuivre, utilisé à la fois pour le transport électrique et thermique, illustre cette corrélation. Mais certains contre-exemples existent : le diamant, dépourvu de conductivité électrique, affiche une conductivité thermique exceptionnelle grâce à la rigidité de son réseau cristallin.
L’importance de l’humidité
L’eau modifie sensiblement les capacités thermiques des matériaux. Une paroi humide transmet davantage la chaleur qu’une paroi sèche, ce qui réduit l’efficacité d’un isolant. Des équations spécifiques permettent de modéliser cet effet, particulièrement surveillé dans le secteur du bâtiment.
Quelle est la conductivité thermique des principaux matériaux ?
Les différents matériaux d’isolation thermique
Parmi les isolants, certains présentent une très faible conductivité :
- liège : 0,05 W/m.K
- verre cellulaire : 0,055 W/m.K
- perlite : 0,06 W/m.K
- polyuréthane : environ 0,035 W/m.K
Ces faibles valeurs traduisent une bonne capacité à ralentir le flux thermique.
La comparaison entre pierre naturelle et béton
Les matériaux massifs offrent des comportements contrastés :
- granit, basalte ou porphyre : autour de 3,5 W/m.K
- briques de terre cuite : jusqu’à 0,81 W/m.K
- blocs de béton ordinaires : jusqu’à 2,09 W/m.K
Les pierres naturelles se révèlent donc de puissants conducteurs de chaleur, bien plus que les briques ou certains bétons.
Quelle est la conductivité thermique du plâtre ?
Très répandu dans le bâtiment, le plâtre possède des performances intermédiaires. Selon sa densité, il varie de 0,22 à 0,52 W/m.K. Les mortiers affichent des valeurs plus élevées : environ 0,93 W/m.K pour le ciment, 0,70 W/m.K pour la chaux.
Quels matériaux sont les moins conducteurs ?
Certains revêtements freinent fortement la transmission de chaleur :
- caoutchouc : 0,17 W/m.K
- linoléum : 0,19 W/m.K
- PVC : 0,19 W/m.K
À l’inverse, le verre ou le grès dépassent 1 W/m.K et favorisent la diffusion thermique.