Les trois grandeurs d’un rapport thermique
Les règles Th-bat, publiées par le ministère chargé de la construction, fixent les définitions et les méthodes de calcul que reprennent les bureaux d’études. Trois grandeurs suffisent à lire un rapport de toiture.
- La conductivité thermique λ, en W/(m·K), est propre à un matériau : c’est le flux de chaleur qui traverse un mètre carré d’un mètre d’épaisseur pour un kelvin d’écart entre ses faces. Plus λ est petit, plus le matériau isole. Rapportée à une épaisseur e, elle donne la conductance C = λ/e, en W/(m²·K), qui décrit une couche donnée.
- La résistance thermique R, en m²·K/W, est l’inverse de la conductance : pour une couche homogène, R = e/λ, avec e l’épaisseur en mètres ; la résistance d’une paroi multicouche est la somme des résistances de ses couches. Plus R est grand, plus la paroi freine la chaleur.
- Le coefficient de transmission surfacique U, en W/(m²·K), est le flux qui traverse un mètre carré de paroi, en régime stationnaire, pour un kelvin d’écart entre les deux ambiances. Il vaut l’inverse de la résistance totale : U = 1/(Rsi + ΣR + Rse), où Rsi et Rse sont les résistances superficielles intérieure et extérieure, qui représentent les échanges par convection et rayonnement entre l’air et les faces de la paroi.
Pour une toiture, le flux est ascendant en hiver : les règles Th-bat retiennent Rsi = 0,10 et Rse = 0,04 m²·K/W (0,13 et 0,04 pour une paroi verticale, 0,17 et 0,04 pour un flux descendant).
| Grandeur | Symbole | Unité | Ce qu’elle décrit |
|---|---|---|---|
| Conductivité thermique | λ | W/(m·K) | Le matériau, indépendamment de son épaisseur |
| Conductance | C = λ/e | W/(m²·K) | Une couche d’épaisseur donnée |
| Résistance thermique | R = e/λ | m²·K/W | Une couche, ou la somme des couches d’une paroi |
| Résistances superficielles | Rsi, Rse | m²·K/W | Les échanges air-paroi de chaque côté |
| Coefficient de transmission | U = 1/(Rsi + ΣR + Rse) | W/(m²·K) | La paroi complète, entre les deux ambiances |
Un exemple, calculé avec ces formules : un bac acier double peau avec 100 mm de laine minérale de conductivité 0,040 W/(m·K) a une résistance R = 0,10/0,040 = 2,5 m²·K/W ; avec Rsi = 0,10 et Rse = 0,04, la résistance totale vaut 2,64 m²·K/W et U ≈ 0,38 W/(m²·K). Les tôles, très conductrices, n’apportent rien.
Ce que la réglementation exige en rénovation
L’arrêté du 3 mai 2007 relatif aux caractéristiques thermiques des bâtiments existants, modifié par l’arrêté du 22 mars 2017, impose une résistance thermique totale minimale dès que l’on installe ou remplace l’isolation d’une paroi. Dans sa version en vigueur depuis le 1er janvier 2023 : 4,5 m²·K/W pour une toiture-terrasse en zone H1 (4,3 en H2, 4,0 en H3 au-dessous de 800 m d’altitude), 5,2 pour un plancher de combles perdus, 5,2 pour des rampants de toiture en H1 (4,5 en H2, 4,0 en H3), 3,2 pour un mur extérieur (2,2 en H3). Les fiches CEE d’isolation des toitures tertiaires fixent leurs propres résistances minimales. Ces seuils s’appliquent à l’isolation ; un revêtement réfléchissant n’ajoute pas de résistance et n’est pas concerné.
Lire un rapport ligne par ligne
Un rapport thermique présente chaque paroi sous forme d’un tableau : couches de l’extérieur vers l’intérieur, épaisseur, λ, R de chaque couche, résistances superficielles, R total et U. Cinq points à vérifier :
- L’épaisseur retenue est-elle celle qui est en place ? Un isolant tassé, humide ou discontinu n’a pas la résistance de sa fiche ; les règles Th-bat imposent des valeurs de calcul « utiles », pas des valeurs de catalogue.
- Le λ est-il un λ utile ? Le fascicule « Matériaux » des règles Th-bat et les certifications de produits distinguent la valeur déclarée par le fabricant de la valeur de calcul.
- Les résistances superficielles sont-elles cohérentes avec le sens du flux ? Pour une toiture : 0,10 à l’intérieur et 0,04 à l’extérieur.
- Les points singuliers sont-ils traités ? Fixations traversantes, acrotères, lanterneaux, costières : ils sont décrits par des coefficients linéiques ou ponctuels, hors du U de la partie courante, et pèsent lourd sur un bac acier.
- Le rapport dit-il quelque chose de la surface ? En général non : U décrit le trajet de la chaleur à travers la paroi, pas la quantité de chaleur qui arrive à sa surface. Ni la couleur, ni la réflectance solaire, ni l’émissivité n’y figurent.
Ce que l’isolation fait, et ne fait pas, contre la chaleur d’été
Le flux qui traverse une toiture est le produit de U par l’écart de température entre sa surface et l’intérieur. L’isolation agit sur U ; la réflectance agit sur la température de surface. Reprenez la toiture de l’exemple, U ≈ 0,38 W/(m²·K), avec 26 °C à l’intérieur. Sombre, sa surface atteint 60 °C sous le soleil d’été : l’écart est de 34 K et le flux entrant d’environ 12,9 W par mètre carré. Réfléchissante, sa surface reste vers 35 °C : l’écart tombe à 9 K et le flux à 3,4 W/m². Le même isolant laisse passer près de quatre fois moins de chaleur, parce qu’il y en a près de quatre fois moins à freiner. Pour un bac acier simple peau, dont U dépasse largement 1 W/(m²·K), la surface chaude rayonne presque directement sur les occupants et l’écart est encore plus marqué.
La mesure confirme le calcul. Le Heat Island Group du Lawrence Berkeley National Laboratory indique qu’un après-midi d’été, une toiture blanche propre qui réfléchit 80 % du rayonnement reste environ 31 °C plus fraîche qu’une toiture grise qui n’en réfléchit que 20 %. Une étude de simulation publiée dans Energy and Buildings (Synnefa, Santamouris et Akbari, 2007, DOI 10.1016/j.enbuild.2007.01.004) a croisé réflectance et coefficient U : pour une augmentation de réflectance de 0,65, la réduction annuelle de la charge de climatisation va de 213 kWh/m² de toiture pour U = 3,24 W/(m²·K) à 22 kWh/m² pour U = 0,39 à Abou Dhabi, et de 95 à 7 kWh/m² à Tokyo. Les auteurs concluent que les gains sont « plus importants pour les bâtiments peu ou pas isolés », tout en restant significatifs à des niveaux d’isolation élevés ; dans les climats étudiés, la pénalité de chauffage hivernale (0,2 à 17 kWh/m² par an) reste inférieure à la réduction de climatisation (9 à 48 kWh/m² par an). Notre article sur le cool roof en hiver traite cette objection pour la France.
Donc : l’isolation divise le flux, elle ne le supprime pas ; elle ne fait rien pour l’étanchéité qui cuit à 65 °C, ni pour les équipements en toiture, ni pour le rayonnement du plafond dans un bâtiment mal isolé. Et une isolation ne se pose qu’à l’occasion d’une réfection, comme l’explique notre comparatif isolation par l’extérieur et cool roof.
La réflectance, l’autre colonne du rapport
C’est là que le revêtement réfléchissant intervient, sans toucher au U. Le système PrimaTherm® appliqué par Hélios est un revêtement en 4 couches (primaire PH169, base réflective PH107 en deux passes, finition PH107TCL) dont les valeurs sont mesurées selon les normes d’essai : réflectance solaire de 95 % (ASTM E903-12), émissivité de 0,89 (ASTM C1371-15), SRI de 120 (ASTM E1980), conservé après vieillissement accéléré 4 000 h QUV — durée de vie conventionnelle 20 ans (fiche CEE) —, classement au feu Broof(t3) (rapport CSTB RA23-0010). Le SRI combine réflectance et émissivité en un seul indice de température de surface.
En pratique, une toiture sombre passe de 50–70 °C à 25–35 °C, soit jusqu’à −30 °C ; à Airbus Marignane, sur 5 900 m² de membrane bitumineuse, la mesure infrarouge de réception du 19 juin 2026 donnait 28,6 °C sur la zone traitée contre 57,8 °C sur la zone témoin, soit −29 °C. À l’intérieur, le gain va jusqu’à −6 °C ressentis selon l’isolation, et la consommation de climatisation baisse de 15 à 25 % en zone H1, 20 à 30 % en H2 et 25 à 40 % en H3, soit jusqu’à −40 % de ce poste.
La règle de décision se lit dans le rapport thermique :
- R faible ou nul (bac acier simple peau, fibrociment hors amiante, dalle mince) : le cool roof produit son effet maximal, en quelques jours, sans levage. Voir notre guide du cool roof sur bac acier.
- R conforme (toiture-terrasse isolée, double peau) : gain intérieur plus modeste, mais l’étanchéité cesse de subir un cycle thermique quotidien de plusieurs dizaines de degrés et la climatisation garde une part de l’économie ; voir cool roof sur toiture bitume.
- Réfection décidée : on isole dans le complexe neuf et l’on finit réfléchissant ; la réflectance de la paroi peut alors être valorisée dans le calcul réglementaire.
L’étude gratuite part de votre rapport thermique s’il existe, et de la mesure du support sinon : métré satellite, nature et état de l’isolant, lanterneaux, réponse sous 48 h.
Ce qu’il faut retenir
- λ décrit le matériau, R = e/λ une couche ou une paroi, U = 1/(Rsi + ΣR + Rse) la paroi complète entre deux ambiances ; pour une toiture, Rsi = 0,10 et Rse = 0,04 m²·K/W (règles Th-bat).
- Rénovation : résistance minimale de 4,5 / 4,3 / 4,0 m²·K/W pour une toiture-terrasse selon la zone, 5,2 en combles perdus (arrêté du 3 mai 2007 modifié, version en vigueur depuis 2023).
- Été : le flux entrant vaut U multiplié par l’écart entre surface et intérieur ; l’isolation divise ce flux, la réflectance réduit la température de surface.
- Preuve : toiture blanche environ 31 °C plus fraîche qu’une toiture grise (LBNL) ; gain de climatisation environ dix fois plus fort sur une toiture non isolée que sur une toiture très isolée, mais réel dans les deux cas (Synnefa et al., 2007).
- PrimaTherm® : réflectance 95 %, émissivité 0,89, SRI 120, Broof(t3) ; jusqu’à −30 °C en surface, −29 °C mesurés, jusqu’à −40 % de climatisation selon la zone.
Sources
- Règles Th-bat, fascicule Parois opaques, ministère de la Transition écologique.
- Arrêté du 3 mai 2007, caractéristiques thermiques des bâtiments existants, Légifrance.
- Synnefa, Santamouris et Akbari, Estimating the effect of using cool coatings on energy loads and thermal comfort in residential buildings, Energy and Buildings 39 (2007), copie hébergée par l’EPA.
- Cool roofs, Heat Island Group, Lawrence Berkeley National Laboratory.
- Using cool roofs to reduce heat islands, EPA.
- Rapports d’essais PrimaTherm®, page certifications.
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre R et U ?
R, en m²·K/W, est la résistance thermique d’une couche ou de l’ensemble des couches d’une paroi : plus elle est grande, plus la paroi freine la chaleur. U, en W/(m²·K), est l’inverse de la résistance totale, résistances superficielles comprises : c’est le flux qui traverse un mètre carré pour un kelvin d’écart entre l’intérieur et l’extérieur. Un bon isolant a un R élevé et donne une paroi à U faible.
Quelles résistances superficielles retenir pour une toiture ?
Les règles Th-bat retiennent, pour une paroi horizontale ou inclinée à moins de 60° avec un flux ascendant, Rsi = 0,10 m²·K/W à l’intérieur et Rse = 0,04 m²·K/W à l’extérieur. Pour une paroi verticale, Rsi vaut 0,13 ; pour un flux descendant, 0,17. Ces valeurs s’ajoutent à la résistance des couches avant de calculer U.
Une toiture bien isolée peut-elle surchauffer en été ?
Oui. L’isolation réduit le flux qui traverse la toiture, mais la surface d’une toiture sombre atteint toujours 50 à 70 °C : le flux résiduel, le rayonnement de la peau intérieure et la surchauffe de l’étanchéité et des équipements demeurent. Les travaux du Lawrence Berkeley National Laboratory montrent que les gains d’une toiture réfléchissante sont plus forts sur un bâtiment peu isolé, mais restent significatifs sur un bâtiment isolé.
Un cool roof ajoute-t-il de la résistance thermique ?
Non, un revêtement de faible épaisseur n’a pas de résistance thermique mesurable et ne modifie pas le U de la paroi. Il agit sur la quantité de chaleur absorbée par la surface : avec une réflectance de 95 %, la toiture reste entre 25 et 35 °C au lieu de 50 à 70 °C, et le flux à travers l’isolant existant baisse d’autant.
Quelle résistance minimale pour isoler une toiture-terrasse en rénovation ?
L’arrêté du 3 mai 2007 modifié, dans sa version en vigueur depuis le 1er janvier 2023, exige une résistance totale d’au moins 4,5 m²·K/W en zone H1, 4,3 en zone H2 et 4,0 en zone H3 au-dessous de 800 m d’altitude, dès que l’on installe ou remplace l’isolation. Ces seuils ne concernent pas un revêtement réfléchissant, qui n’est pas une isolation.
Que doit contenir un rapport thermique de toiture ?
Pour chaque paroi : les couches de l’extérieur vers l’intérieur, leur épaisseur, leur conductivité utile, leur résistance, les résistances superficielles, la résistance totale et le U, puis les ponts thermiques des points singuliers. Vérifiez que les épaisseurs sont celles réellement en place et que les valeurs sont des valeurs de calcul, pas des valeurs de catalogue.