Généralement, plus on a froid plus on se couvre. Pourquoi ? Parce que se couvrir revient à rajouter une barrière entre notre corps qui est chaud, et l’air ambiant, lui, beaucoup plus froid.
En jargon thermicien, cela revient à isoler le corps de son environnement en ajoutant une résistance afin de diminuer le flux thermique et donc les pertes vers l’extérieur.
Le paradoxe
Le paradoxe de l’isolation concerne une canalisation. Imaginez un tuyau d’eau chaude, celui qui vous permet de prendre une douche par exemple ! Afin de limiter les pertes thermiques et réduire votre facture énergétique, vous décidez de l’envelopper d’un isolant thermique. A première vue, comme lorsque vous mettez un manteau, vous allez limiter les pertes vers l’environnement…et bien pas forcément !
Lorsque l'isolation favorise les pertes thermiques
Dans le cas précis d’une géométrie cylindrique (un tuyau tubulaire), sa forme arrondie est un handicap. Rajouter de l’isolant va réduire les pertes par conduction, mais augmenter les pertes par convection. En effet, l’ajout d’isolant va augmenter le diamètre du tuyau et donc augmenter sa surface d’échange avec l’air extérieur.
Quelques calculs de thermique permettent de mettre en évidence qu’isoler “un peu” un tuyau avec un mauvais isolant va en fait favoriser son refroidissement. En revanche, l’isoler “franchement” permet effectivement d’en réduire les pertes thermiques.
Calculs d'isolation
Prenons l’exemple d’un tuyau en cuivre de 10 mm de diamètre, contenant de l’eau à 60 °C.
Supposons un isolant de bonne qualité comme de la laine de verre par exemple.
Plus l’épaisseur de l’isolant est importante, plus les pertes thermiques diminuent. Rien de surprenant.
Dans un cas contraire, supposons que le matériau entourant le tube de cuivre ne soit pas du tout isolant. Par exemple, le tuyau est recouvert de calcaire. Le flux thermique augmente logarithmiquement avec l’épaisseur d’isolant qui n’isole pas du tout !
Jusque là rien, rien de rare, les courbes mettent en évidence le fait qu’un bon isolant thermique limite les déperditions thermiques et qu’au contraire, un mauvais matériau ne permet pas d’isoler.
Imaginons maintenant le même système avec un isolant médiocre comme du caoutchouc.
Cette fois-ci, le résultat est surprenant et intéressant. Dans cet exemple, ajouter entre 0 et 10 mm de caoutchouc va faire augmenter les pertes thermiques. Pour que le caoutchouc isole un minimum le tuyau il faudra en mettre au moins 55 mm.
Ce résultat est passionnant et intriguant. En faisant juste varier son épaisseur, un même matériau peut se comporter comme un conducteur ou comme un isolant ! Selon le matériau utilisé et le système considéré, isoler « un peu » revient à moins isoler !
Conclusion
Ce résultat peut paraitre contre intuitif et paradoxal mais parfois, isoler un système peut causer l’effet inverse.
L’ensemble des calculs réalisés pour illustrer cet article proviennent du fichier Excel téléchargeable ici, dont voici une capture écran.
Pour comprendre le modèle physique utilisé, le système d’équation considéré est détaillé dans ce document.
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