Propriétés thermophysiques d'un matériau isolant à base de chanvre

Introduction

Les matériaux d’isolation traditionnels, tels que le polypropylène expansé et la laine de roche, se présentent généralement sous forme de panneaux. Cependant, les isolants à souffler et en vrac pour les planchers et les toitures sont également largement utilisés.

On peut citer, par exemple, un isolant et un remblai de nivellement à base d’étoupes de chanvre bitumées. Outre les avantages mécaniques et de mise en œuvre, les propriétés thermophysiques d’un matériau jouent également un rôle déterminant dans ses performances. La Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique détermine l’efficacité avec laquelle la chaleur est transportée à travers l’isolant ou retenue par celui-ci, ce qui est important pour l’efficacité énergétique et le confort de vie. De plus, la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique indique la quantité de chaleur que le matériau peut emmagasiner et restituer au fil du temps. Par conséquent, une compréhension précise de ces propriétés est essentielle pour concevoir de manière optimale la structure du plancher et répondre de manière fiable aux exigences de la physique du bâtiment.

Méthode

De nombreux systèmes de mesure ont du mal à caractériser les propriétés thermophysiques des matériaux en vrac, telles que la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique et la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique. L'un des défis réside dans la forme du matériau, et un autre dans son degré d'hétérogénéité relativement élevé.

La Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique des matériaux isolants peut être déterminée rapidement et avec précision à l’aide de la méthode HFM (débitmètre thermique). Dans cette méthode, un échantillon, généralement solide, est placé entre des plaques chaudes et froides, chacune maintenue à une température spécifique. Le flux thermique qui en résulte est mesuré à l’aide de capteurs de flux thermique. À partir de l’épaisseur de l’échantillon et de facteurs d’étalonnage préalablement déterminés, la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique de l’échantillon est calculée en différents points de température. La figure 1 illustre un profil de température typique, incluant la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique.

Tout comme les matériaux isolants en panneaux, les matériaux isolants en vrac sont mesurés dans un cadre doté d'une base mince. La base est si mince que sa résistance thermique peut être considérée comme négligeable. Le cadre se trouve en dehors de la zone de mesure afin de ne pas influencer celle-ci.

La méthode DSC (calorimétrie différentielle à balayage) est la plus couramment utilisée pour déterminer la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique. Cependant, la taille de l’échantillon est relativement small, avec un diamètre d’environ 4 mm et une épaisseur de seulement 1 mm pour les matériaux isolants. De plus, des mesures précises exigent un poids initial élevé et un bon contact entre l’échantillon et le creuset. Ces trois facteurs rendent la mesure de la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique des isolants en vrac à l’aide de la méthode DSC peu pratique et difficile. La méthode HFM offre la solution adaptée à ce type d’échantillon. La méthode HFM permet d’analyser un volume d’ large s (par exemple, plusieurs litres). La mesure est ainsi plus représentative. De plus, la méthode HFM est une méthode en régime permanent. Lors de la détermination de la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique, le contact entre les plaques et l’échantillon est moins critique que pour une mesure par DSC. Pour la détermination_{de la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp}, les deux plaques sont maintenues à la même température (ΔT nul) jusqu’à ce que le flux thermique soit nul. Ensuite, un saut de température de 10 K, par exemple, est provoqué pour les deux plaques, et on laisse le système atteindre la température finale jusqu’à ce que le flux thermique soit à nouveau nul. La quantité de chaleur ajoutée lors du changement de température permet de mesurer la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique de l’échantillon. La figure 2 illustre le profil de température de cette mesure. Ici,_Qupper correspond au flux thermique traversant le capteur situé sur la plaque supérieure,_Qlower au flux thermique traversant le capteur situé sur la plaque inférieure, et_Qtotal à la somme des flux thermiques des deux capteurs. L’aire sous_{la courbe Qtotal} est utilisée pour calculer la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique.

Résultats

Comme l'illustre la figure 4, les résultats montrent la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique et la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique des cosses de chanvre bitumées lorsqu'elles sont utilisées comme matériau en vrac. La Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique du rembourrage isolant à base de cosses de chanvre bitumées augmente légèrement à mesure que la température augmente, ce qui correspond au comportement thermique typique des matériaux isolants. La Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique se situe systématiquement dans une fourchette comprise entre environ 1 500 et 1 630 J/(g·K) pour les deux séries de mesures (essai 1 et essai 2), et présente une légère augmentation à mesure que la température augmente. Les valeurs déterminées pour ces matériaux se situent dans la fourchette typique et attendue pour les matériaux isolants en vrac d’origine biologique et bitumés. Dans l’ensemble, les mesures confirment la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique modérée caractéristique des isolants en vrac à base de fibres naturelles, associée à une bonne capacité de stockage thermique.

Résumé

Les mesures présentées ici démontrent que la HFM 706 LambdaMedium permet de déterminer de manière précise et pratique les propriétés thermophysiques de matériaux isolants difficiles à mesurer, tels que les copeaux de chanvre bitumés. Contrairement à la méthode DSC, dont la taille d’échantillon small n’est pas adaptée aux matériaux en vrac non homogènes, la méthode HFM, avec son volume d’échantillon large, permet également une mesure représentative et reproductible de la chaleur spécifique. Cette méthode de mesure en régime permanent fournit des résultats cohérents pour la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique (0,0547 à 0,0584 W/(m·K)) et de la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique (1 500 à 1 630 J/(g·K)) en fonction de la température, qui concordent bien avec les valeurs attendues pour les matériaux isolants d’origine biologique. Le HFM 706 s’avère ainsi être une alternative fiable aux méthodes d’essai conventionnelles – en particulier pour les matériaux en vrac – afin de déterminer de manière fiable les paramètres pertinents en matière de physique du bâtiment.