La chaleur est une forme d'énergie. La règle de base, valable partout, est simple : la chaleur se déplace toujours du corps le plus chaud vers le corps le plus froid, jamais l'inverse. Tant qu'il existe une différence de température entre une installation et son environnement, la chaleur « fuit ».

Cette fuite ne s'arrête que lorsque les températures s'égalisent. Sur une installation industrielle, ce n'est jamais le cas : une tuyauterie de vapeur reste chaude, l'air ambiant reste plus frais, donc la chaleur s'échappe en permanence. Sur un circuit froid, c'est l'inverse : la chaleur de l'air entre vers le fluide froid.

La chaleur se transmet de trois façons. Sur une tuyauterie chaude, les trois agissent en même temps :

• La conduction : la chaleur se propage dans la matière solide, de proche en proche. Le métal de la tuyauterie conduit très bien la chaleur ; un isolant la conduit très mal — c'est tout l'intérêt.
• La convection : la chaleur est emportée par le mouvement d'un fluide (l'air, l'eau). L'air au contact de la surface chaude s'échauffe, devient plus léger, monte et est remplacé par de l'air froid, qui s'échauffe à son tour. Ce mouvement entretient la perte de chaleur.
• Le rayonnement : la chaleur est émise sous forme de rayonnement infrarouge, sans support matériel. Une surface chaude rayonne vers tout ce qui l'entoure de plus froid, même dans le vide.

Sur une tuyauterie de vapeur non isolée : le métal conduit la chaleur du fluide vers la paroi externe ; cette paroi chaude réchauffe l'air par convection et émet un rayonnement que l'on sent en approchant la main. Les trois fuites se cumulent.

Le secret de tous les isolants tient en une idée : emprisonner de l'air (ou un gaz) immobile. L'air immobile est un très mauvais conducteur de chaleur — c'est l'un des meilleurs isolants naturels. Le problème, c'est que l'air libre se met en mouvement (convection) et transporte alors la chaleur.

Un matériau isolant est donc une structure — fibres, mousse, billes — remplie d'une multitude de minuscules cellules ou pores qui piègent l'air et l'empêchent de circuler. En bloquant ce mouvement, l'isolant neutralise la convection interne et réduit fortement la conduction.

Ce n'est pas le matériau en lui-même qui isole, c'est l'air immobile qu'il enferme. Un isolant tassé, écrasé ou gorgé d'eau perd son air et donc son pouvoir isolant.

D'où une règle de chantier essentielle : un isolant doit rester à sa bonne épaisseur, non comprimé et au sec. Un calorifuge mal posé, écrasé sous un cerclage trop serré ou mouillé par une infiltration, n'isole presque plus.

La conductivité thermique, notée par la lettre grecque λ (lambda), mesure la capacité d'un matériau à conduire la chaleur. Elle s'exprime en watts par mètre-kelvin, W/(m·K).

La règle à retenir absolument :

C'est pourquoi le métal d'une tuyauterie, avec un λ très élevé, conduit parfaitement la chaleur, tandis qu'un isolant industriel, avec un λ très faible, la freine. Lorsqu'on compare deux isolants, celui qui a le λ le plus bas est, à épaisseur égale, le plus performant. Le λ d'un matériau dépend aussi de la température et de son taux d'humidité — un isolant humide voit son λ augmenter, donc isole moins bien.

Le λ caractérise le matériau ; la résistance thermique R caractérise l'épaisseur d'isolant réellement posée. C'est R qui dit dans quelle mesure une paroi isolée s'oppose au passage de la chaleur.

Deux leviers augmentent R :

• Choisir un matériau à faible λ : plus le matériau est isolant, plus R est élevé pour une même épaisseur.
• Augmenter l'épaisseur : doubler l'épaisseur d'isolant augmente la résistance thermique. C'est le levier le plus direct sur le chantier.

Concrètement : passer de 30 à 60 mm d'isolant sur une ligne améliore nettement sa performance. C'est pourquoi le cahier de calorifuge prescrit une épaisseur précise par ligne — la respecter n'est pas optionnel, c'est ce qui garantit la performance attendue et la température de surface visée.

Sur les installations froides, l'enjeu n'est pas la perte de chaleur mais la condensation. Quand une surface est plus froide que l'air humide qui l'entoure, la vapeur d'eau de cet air se transforme en gouttelettes au contact : c'est la condensation, qui apparaît dès qu'on descend sous le point de rosée.

Une tuyauterie froide non isolée « sue » : elle se couvre d'eau, qui goutte, corrode et dégrade l'isolant. Le calorifuge froid a justement pour mission d'empêcher la surface extérieure de descendre sous le point de rosée et de bloquer la migration de vapeur vers l'isolant (d'où l'importance du pare-vapeur).