⟩ Stratification thermique : Qu'est-ce que c'est ?
Dans les bâtiments industriels, logistiques et tertiaires, une partie importante de l’énergie consommée pour le chauffage est souvent perdue… sans que l’on s’en rende compte. La cause ? Un mécanisme physique naturel appelé stratification thermique. Comprendre ses causes et conséquences est essentiel pour améliorer la performance énergétique des bâtiments.
Table des matières
Définition de la stratification thermique
La stratification thermique désigne la séparation naturelle des températures dans un volume d’air fermé.
Autrement dit, c’est lorsqu’un fluide se répartit en couches horizontales sous l’effet des variations de densité liées à la température. Concrètement, l’air ne se mélange pas de manière uniforme, l’air chaud, plus léger, s’élève vers le plafond d’un bâtiment tandis que l’air froid, plus dense, reste au niveau du sol.
Ce phénomène crée donc des couches d’air superposées, parfois comparées à une thermocline, avec une zone chaude en hauteur et une zone plus froide dans les espaces occupés. Dans ces conditions, l’air peut rester relativement stable entre les différentes couches, ce qui empêche un mélange naturel et homogène des températures.
La stratification peut être comparable à un autre mécanisme naturel, connu de tous, que l’on observe dans l’environnement. Par exemple, l’eau peut également se répartir en différentes couches de température, avec l’eau plus chaude en surface et l’eau plus froide en profondeur.
La stratification thermique dans un bâtiment
Plusieurs types d’infrastructures sont concernés par ce mécanisme naturel, les structures les plus concernées sont notamment :
- les entrepôts logistiques ou de stockage,
- les sites industriels, les hangars,
- les gymnases,
- les grandes surfaces,
- les salles de spectacle,
- les piscines intérieures (ou centre aquatique)…
La variation de température peut atteindre 1°C par mètre de hauteur, donc plus le site est haut, plus la différence de température entre le sol et le plafond est grande (par exemple, pour une hauteur de 10 mètres entre le sol et le plafond, la différence de température peut s’élever à 10°C).
Les impacts de la stratification thermique
La stratification thermique peut avoir des conséquences importantes sur la consommation énergétique, la performance du chauffage et le confort ressenti par les usagers.
1. Une perte d'énergie
Comme la stratification thermique provoque une accumulation d’air chaud au plafond et non au sol pour les zones occupées alors, une partie de la chaleur produite par le système de chauffage n’est pas utilisée efficacement et est donc perdue.
2. Une augmentation de la consommation de chauffage
Le climat ambiant plus froid au niveau inférieur provoque une augmentation du système de chauffage pour pouvoir atteindre la température souhaitée. Ce qui entraîne une surconsommation d’énergie et une augmentation des coûts de chauffage.
3. Une perte de chaleur par la toiture
Lorsque la production de chaleur s’accumule sous le plafond, la température près de la toiture augmente fortement. Cette situation favorise les déperditions thermiques par le toit et les structures du bâtiment, ce qui accentue les pertes de chaleur vers l’extérieur, notamment en hiver, où la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur est particulièrement marquée.
4. Un inconfort thermique pour les usagers du bâtiment
La stratification thermique crée une mauvaise répartition de la chaleur. Il fait chaud en zone haute et plus froid en zone basse. Les occupants ressentent donc un inconfort thermique.
5. Un risque accru de condensation dans certains environnements
La stratification de l’air peut également favoriser l’apparition de phénomènes de condensation, notamment dans les environnements où le taux d’humidité est élevé. Lorsque l’air chaud et humide accumulé en zone haute rencontre une surface plus froide, comme la toiture, la vapeur d’eau contenue dans l’air peut se transformer en gouttelettes.
Ce phénomène est particulièrement fréquent dans certains locaux comme, par exemple, un centre aquatique, où l’évaporation de l’eau augmente fortement l’humidité de l’air, mais aussi dans certaines industries.
La condensation peut entraîner plusieurs conséquences : corrosion des structures, dégradation des matériaux… Dans certains cas, elle peut également affecter les conditions de stockage des marchandises ou des matières premières.
6. Une usure plus rapide des systèmes de chauffage
Pour compenser la perte de chaleur et maintenir la température intérieure stable, les systèmes de chauffage fonctionnent plus intensément. Cette utilisation prolongée peut provoquer une usure plus rapide des équipements de chauffage et de ventilation.
7. Un impact environnemental plus important
La surconsommation d’énergie liée à la stratification thermique entraîne une augmentation des émissions de CO₂ et de l’empreinte carbone de l’infrastructure, ce qui va à l’encontre des objectifs de performance énergétique et de transition écologique.
Une solution : la destratification
Pour limiter les effets de la stratification thermique dans les bâtiments à grand volume, il existe une solution efficace : la destratification de l’air. Ce principe de brassage d’air consiste à réhomogénéiser la température dans le site en remettant en circulation l’air chaud accumulé sous le plafond grâce à un appareil, appelé destratificateur.
