Correlation Between Dielectric Constant and Thermal Conductivity for Building Envelopes : Experimental Validation and In-Situ Assessment by GPR and HFM

L’évaluation précise de la conductivité thermique est essentielle pour analyser la performance énergétique des parois opaques des bâtiments. Toutefois, la mesure in situ de cette conductivité demeure un défi majeur en raison de la complexité des structures murales, de la variabilité des conditions environnementales et des limites des méthodes existantes, souvent longues, invasives ou inadaptées aux conditions réelles. Le géoradar (Ground Penetrating Radar, GPR), en tant que technique non destructive, offre un potentiel intéressant pour l’estimation indirecte des propriétés thermiques grâce à sa sensibilité aux propriétés diélectriques. Cette recherche examine la faisabilité de l’utilisation du GPR pour estimer la conductivité thermique in situ, dans le but de proposer une solution pratique pour le diagnostic de la performance thermique et le contrôle qualité dans les applications du bâtiment. L’analyse théorique initiale et la revue de la littérature ont montré que la conductivité thermique et la permittivité sont toutes deux positivement corrélées à la densité des matériaux, et qu’elles sont fortement influencées par l’orientation des fibres et la teneur en humidité, en particulier dans les matériaux anisotropes tels que le bois. Les résultats expérimentaux obtenus sur différentes essences de bois et sur des matériaux isolants ont mis en évidence une relation linéaire robuste entre la constante diélectrique et la conductivité thermique, accompagnée d’un comportement anisotrope similaire pour les deux propriétés. Ces observations ont ensuite été confirmées sur un éventail plus large de matériaux — notamment la mousse, le liège, l’OSB, le plâtre et le béton — démontrant que la relation permittivité–conductivité thermique reste valide sur une large gamme de densités ainsi que pour des configurations mono- et multicouches. Il est particulièrement important de souligner que le modèle monocouche, le modèle multicouche et le modèle unifié ont été appliqués à des systèmes muraux réels, avec et sans défauts internes. Les résultats ont montré que le modèle multicouche constitue l’approche la plus adaptée aux mesures in situ. En outre, les constantes diélectriques mesurées expérimentalement dans les zones défectueuses se sont révélées légèrement inférieures aux prédictions théoriques, tandis que les conductivités thermiques correspondantes étaient significativement plus élevées en raison d’une résistance thermique réduite. Ces écarts soulignent l’importance de prendre en compte les défauts dans les modèles prédictifs et renforcent la valeur diagnostique du GPR pour la détection des anomalies cachées. Ainsi, cette étude démontre que le GPR n’est pas seulement efficace pour identifier les défauts internes susceptibles de compromettre la performance des parois opaques, mais qu’il constitue également une méthode innovante pour l’évaluation indirecte des propriétés thermiques. En exploitant la forte corrélation entre les propriétés diélectriques et la conductivité thermique, la méthode proposée permet une prédiction rapide et non destructive des caractéristiques de transfert de chaleur dans les parois du bâtiment. De plus, elle supprime la dépendance vis-à-vis des conditions ambiantes requises pour les méthodes à régime permanent et permet une évaluation in situ et en temps réel, ce qui la rend particulièrement adaptée aux applications à grande échelle sur site. Ces résultats suggèrent que l’analyse diélectrique fondée sur le GPR possède un fort potentiel pour devenir un outil pratique d’évaluation de la performance thermique et de suivi de l’état de santé structurel dans les bâtiments réels.