Qualités thermiques du bois

Le bois, La structure interne du bois a une influence sur ses propriétés thermiques. Matériau poreux par nature, il enferme en effet une certaine quantité d’air, qui permet de faire diminuer sa conductivité thermique. Cette particularité lui permet donc d’augmenter son caractère isolant par rapport à d’autres matériaux comme le béton ou l’acier. Cependant, le bois en tant que tel n’est pas un isolant thermique, à la différence par exemple de la laine de bois ou de la laine de roche. Il faut donc bien prendre en compte les déperditions thermiques dans les systèmes de construction en bois, car même si elles sont moindres, elles existent[1]. Sa densité est assez faible :

• – Entre 0.05 pour le balsa
• – 1.4 pour le gualacum
• – Entre 0.35 et 0.8 pour la plupart des essences commerciales
• – 1 pour l’eau.

À titre de comparaison, le béton cellulaire est à 0.35 ; 2.5 pour le béton lourd et autour de 8 pour l’acier. Le bois a donc une influence sur son inertie thermique, moindre que celle du béton ou de la pierre par exemple.

[1] Dans les murs à ossature bois, on peut constater la présence de ponts thermiques et des déperditions thermiques conséquentes.

Conductivité thermique du bois

La conductivité thermique du bois est de l’ordre de 0.2 W/m. K, soit assez faible. Cette valeur varie légèrement en fonction du type de bois. Un bois léger type résineux aura une conductivité thermique plus faible qu’un bois lourd type feuillu. Les bois les plus légers, comme le balsa, voient leur conductivité thermique tomber à 0.05 W/m. K. Là où les bois les plus denses, comme les bois exotiques dont la masse volumique varie entre 800 et 1000 kg/m³, ont une conductivité thermique qui peut atteindre 0.3 W/m. K perpendiculairement aux fibres.

La conductivité thermique est également plus faible perpendiculairement aux fibres que dans le sens des fibres, sens dans lequel il y a plus de lacunes qui se remplissent d’air. Selon le sens de découpe du bois, la conductivité peut donc s’ajuster : Il vaut mieux découper les éléments linéaires, lattes de parquet et les lames de bardage, dans la longueur de la grume, ce qui est l’usage courant, sauf cas très spécifique. Cependant, cette adaptation de la conductivité est très marginale, car l’épaisseur des éléments est faible.

En règle générale, le bois a la capacité de contribuer à l’isolation thermique lorsque sa quantité est adéquate. Cependant, dans la plupart des situations, les épaisseurs de bois sont insuffisantes pour garantir une isolation efficace. Les murs à ossature bois par exemple ne peuvent pas être considérés comme des parois isolantes. Il est nécessaire de mettre en œuvre une couche d’isolant de type laine de verre, laine de bois, ouate de cellulose…

Inertie thermique

Diffusivité et effusivité thermique du bois

Le bois est un matériau à la diffusivité thermique faible, de l’ordre de 0,12.10^-6 m²/s. À titre de comparaison, celles du verre et du béton sont de l’ordre de 0,5.10-6 m²/s, soit quatre fois plus fortes. L’effusivité thermique du bois est assez faible, de l’ordre de 120 à 660 J.m^-2. K^-1.s^-0,5. À titre de comparaison, celle du béton est comprise entre 1200 à 2500 J.m^-2. K^-1.s^-0,5 et celle de l’acier entre 7100 à 11000 J.m^-2. K^-1.s^-0,5.

Chaleur spécifique

Pour un bois vert (fraichement coupé et donc encore saturé en eau), la chaleur spécifique est de l’ordre de 2300 J/(kg. K) à 20°C. Lorsque le taux d’humidité diminue, la chaleur spécifique diminue, car la chaleur spécifique de l’eau est plus grande que celle du bois, de l’ordre de 4200 J /(kg. K). Pour un bois anhydre (complètement sec), on peut prendre C_p de l’ordre de 1200 J/(kg. K). Pour un bois humide, la chaleur spécifique est comprise entre ces deux valeurs.

En résumé, bien qu’il soit un bon isolant, le bois n’a pas une bonne inertie thermique. Il chauffe globalement assez vite, mais ne conserve pas la chaleur. Cela peut parfois représenter un avantage : en effet, comme le bois est moins caloporteur que d’autres matériaux (il transporte moins bien la chaleur), il est moins à même de générer des ponts thermiques importants.

Concernant le confort des constructions en bois, il est important d’intégrer le comportement thermique dès la conception. En effet, lorsqu’elle est bien conçue, une maison à ossature bois correctement isolée sera très confortable en hiver, avec une bonne réactivité aux changements de température et une consommation de chauffage amoindrie. En été en revanche, les températures peuvent monter significativement. Il convient donc de limiter les apports extérieurs de chaleur en évitant les grandes ouvertures vitrées, surtout orientées au sud, et en intégrant un dispositif de ventilation (mécanique ou naturelle) pour rafraichir l’air intérieur aux périodes chaudes.