L’isolation multicouche mince est un système de protection thermique passive largement apprécié, utilisé comme isolant thermique dans les programmes de cryogénie, de construction et d’exploration spatiale. Les isolants thermiques ont tous un rôle commun caractérisé par leur capacité à empêcher le flux ou le transfert de chaleur. Les matériaux dont est fait un isolant thermique sont connus pour avoir une faible valeur de diffusivité thermique et une faible conductivité thermique. En d’autres termes, cela signifie qu’ils sont incapables de faire circuler la chaleur à travers eux.
Sommaire
Principes de transfert de chaleur et isolants minces multicouche
La chaleur peut être transférée de trois façons :
La conduction
La chaleur est transmise par voie directe à travers un support. Une poêle à frire est un exemple de ce type de transfert.
La convection
C’est quand un support mobile (comme l’eau ou l’air) amène en permanence un support plus frais au contact avec un support un peu plus chaud. Ce phénomène explique la sensation de froid que donne le refroidissement éolien.
Le rayonnement
La chaleur se dégage d’un support par rayonnement électromagnétique (infrarouge). Par exemple, le rayonnement du soleil vous réchauffe le corps.
Les différentes utilisations de l’isolation dépendent davantage d’une forme de transfert de chaleur plutôt que des autres. La convection, par exemple, est inexistante dans le vide et il ne subsiste donc que la conduction avec le rayonnement.
L’isolation multicouche mince permet d’espacer le matériau réfléchissant la chaleur dans l’espace d’air. Cela réduit la conductivité dans le vide entre les différentes épaisseurs, et chaque couche réduit le taux de rayonnement en reflétant 95 à 98 % du faisceau de rayons infrarouges. En combinant plusieurs dizaines de couches alternées, on crée un isolant extrêmement performant qui peut être utilisé partout, des combinaisons de la NASA aux produits de cryogénie en passant par les tissus et les isolants pour la construction.
Chaque couche thermoréfléchissante d’un produit isolant multicouche typique est un film de polyester d’un demi-millimètre (0,0005 pouce) d’épaisseur, métallisé avec :
- de l’aluminium ;
- du cuivre ;
- de l’or.
Les espaces entre les films sont le plus souvent constitués d’un tissage de fils de fibre de verre ou de céramique. Cela permet de produire des matériaux hautement isolants qui se drapent, se transportent et se façonnent comme des tissus. Dans d’autres cas, on utilise des feuilles minces d’aluminium, de cuivre ou d’or, le froissement des couches de feuilles étant suffisamment fort pour maintenir un espace d’air dans le vide.
Combinaisons spatiales de la NASA
Les combinaisons spatiales, par exemple, comportent 12 fines couches alternées de films réfléchissant la chaleur et d’espaces d’air isolant la conduction. Elles permettent aux astronautes de supporter confortablement des températures allant de -250F à +450F, ce qui augmente l’éventail des tâches que les astronautes peuvent accomplir et des endroits qu’ils peuvent explorer.
Applications cryogéniques des isolants multicouche minces
Qui n’a pas besoin de donner à la partie isolée autant de mobilité qu’une combinaison spatiale, et peut avoir un pouce d’un isolant contenant 60 couches minces ? Avec un contrôle de la température et du vide, celles-ci peuvent atteindre l’équivalent du R-1440 (valeur k inférieure à 0,1 mW/m-K dans le vide). L’énergie pour la réfrigération est historiquement le coût le plus élevé pour le fonctionnement d’une opération cryogénique. Donc, une isolation aussi efficace peut permettre d’atteindre des coûts d’exploitation durables.
Utilisation des isolants minces multicouche en construction résidentielle
Les bâtiments et les habitations qui ne sont pas sous vide utilisent également une isolation mince multicouche. Dans cette application, les petites poches d’air situées dans les couches entre les films réfléchissants résistent aux courants d’air responsables de la convection. La combinaison avec un film ou une feuille réfléchissant la chaleur augmente la valeur R de l’air dans ces poches.
Dans la construction, les systèmes d’isolation réfléchissante multicouches permettent d’obtenir une valeur R plus élevée pour une maison plus économe en énergie ou permettent d’obtenir une valeur R conforme aux codes locaux dans un espace plus restreint.
Par exemple, une section de mur de 2 par 4 avec un matelas de fibre de verre peut avoir une valeur R de 11 à 15, tandis que 7 couches de papier d’aluminium subdivisant l’espace atteignent un total de R-18. En revanche, un mur en blocs n’offre qu’un espace de 1,5 pouce pour l’isolation, contre 3,5 pouces pour la plupart des murs à montants. Le panneau R-7 est disponible dans cette épaisseur au prix d’environ 1 € le pied carré. Les produits isolants multicouches minces permettent d’obtenir une isolation de R-4,5 à R-7,1 pour 0,1 à 0,4 € par pied carré.
