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Conductivité thermique du bois

Vous vous demandez peut-être d’où proviennent les termes de bois dur et bois tendre ? On entend souvent que cela serait dû à leur différence de densité ; les bois durs auraient une densité plus élevée et seraient donc plus résistants, et inversement. En réalité, le nom provient de l’origine de la plante. Les arbres à bois dur poussent à partir de graines fermées, appelées angiospermes, tandis que les arbres à bois tendre cultivés à partir de graines nues, les gymnospermes, germent lorsqu’ils sont répandus dans un habitat propice. Outre la différence d’origine, il existe également une variation de la structure des deux types de bois. Les bois tendres ont généralement de longs tubes linéaires pour le transport de l’eau et la résistance de la tige, tandis que les bois durs sont constitués de pores. Les bois durs, comme le chêne et l’érable, ont tendance à être utilisés pour des applications telles que les planches de terrasse et les planchers en bois. Les bois tendres, comme le sapin, le pin et l’épicéa, sont généralement utilisés comme bois de charpente ou pour les pièces décoratives.

Dans cette expérience, des chercheurs de Thermtest ont entrepris de mesurer la conductivité thermique d’un disque de pin à 20°C à l’aide de l’appareil de mesure HFM-100 (Heat Flow Meter – Méthode fluxmétrique). Le HFM-100 a la capacité de mesurer la conductivité thermique et la résistance thermique de matériaux isolants tels que les mousses, les solides et les textiles, en régime stationnaire. Cet appareil mesure les propriétés thermiques de matériaux dont la conductivité thermique se situe entre 0,005 et 0,5W/m.K. Le HFM-100 peut également simuler des températures allant de -20°C à 70°C, conformément à la norme ASTM C518 – « Standard Test Method for Steady-State Thermal Transfer Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus ».

Le HFM-100 est un appareil de mesure de la conductivité thermique des matériaux d’isolation et de construction, développé par la société canadienne Thermtest. Il vous permet de réaliser des mesures précises et fiables de vos échantillons.

Mesure de la conductivité thermique du bois : un disque de pin

Conductivité thermique du boisPour commencer, une mesure standard a été effectuée sur un échantillon référence NIST SRM 1450d de taille similaire au disque de pin. Ensuite, l’échantillon de pin (Ø 18,9 mm) a été placé dans le HFM-100 et une mesure standard a été effectuée via le logiciel. Les plaques du HFM-100 ont ensuite été réglées pour s’abaisser automatiquement à la hauteur de l’échantillon. La fermeture automatique des plaques se fait grâce à quatre encodeurs numériques, placés dans chaque coin de la plaque supérieure, qui effectuent des mesures d’épaisseur de l’échantillon à chaque position. Une moyenne de ces quatre épaisseurs est ensuite calculée et la plaque supérieure est configurée pour s’abaisser automatiquement à l’épaisseur moyenne mesurée.

Les deux plaques, supérieure et inférieure, établissent de part et d’autre de l’échantillon un flux de chaleur unidimensionnel qui traverse le disque de pin. Le gradient de température imposer entre les plaques (par exemple : 10°C pour la plaque froide et 30°C pour la plaque chaude) permet de simuler une perte de chaleur de l’intérieur vers l’extérieur d’une maison. Bien que le HFM-100 puisse accueillir un échantillon de 30 X 30 X 10 cm maximum, les fluxmètres (capteurs de flux) sont positionnés au centre des plaques supérieure et inférieure, ce qui permet de mesurer au minimum des échantillons de 15 X 15 X 2,5 cm. La conductivité thermique (λ) est calculée d’après la loi de conduction thermique de Fourier comme suit :

λ = ϕ.e / ΔT

ϕ = densité de flux thermique (W/m²)

e = épaisseur de l’échantillon (m)

ΔT = gradient de température à travers l’échantillon

 

Résultats des essais de conductivité thermique sur du bois

Conductivité thermique du boisLa conductivité thermique du disque de pin mesurée au HFM-100 est de 0,1213 W/m.K. Ces dernières années le bois est devenu une alternative à la brique dans la construction de maisons. En effet, la conductivité thermique des bois tendres représentant environ 1/7 de celles des briques, il est de plus en plus utilisé comme matériau de construction. Grâce à cette meilleure isolation, les déperditions thermiques sont minimisées et les coûts de chauffage sont ainsi réduits.

Lors de l’utilisation du HFM-100, les opérateurs peuvent s’attendre à une précision supérieure à 3% et à une répétabilité de moins de 0,5%. Les résultats obtenus sont cohérents avec la valeur de conductivité thermique attendue pour des bois tendres de 0,12 W/m.K, confirmant la grande précision de cet instrument. Le HFM-100 est une méthode simple, rapide et précise permettant de mesurer la conductivité thermique des matériaux à partir d’une mesure unique en régime permanent.

 

En savoir plus sur le HFM-100

Pour en savoir plus sur cet analyseur thermique, retrouvez toutes les informations et spécifications de ce produit sur notre page internet dédiée au HFM-100. Vous pourrez également y télécharger une plaquette ou demander un devis.

Découvrir le HFM-100