{"id":4008,"date":"2018-08-06T14:52:03","date_gmt":"2018-08-06T12:52:03","guid":{"rendered":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/?p=4008"},"modified":"2018-09-24T17:26:22","modified_gmt":"2018-09-24T15:26:22","slug":"2-1-transfert-de-chaleur-unidimensionnel-et-stationnaire","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/fr\/2-1-transfert-de-chaleur-unidimensionnel-et-stationnaire\/","title":{"rendered":"2.1 Transfert de chaleur unidimensionnel et stationnaire"},"content":{"rendered":"

2.1.1 Les modes de transfert de chaleur et leurs propri\u00e9t\u00e9s caract\u00e9ristiques<\/h2>\n

L’\u00e9change de chaleur entre un syst\u00e8me et son environnement peut se faire de diff\u00e9rentes mani\u00e8res: conduction thermique, rayonnement thermique<\/i> et convection<\/i>.<\/p>\n

Conduction thermique<\/h3>\n

La conduction, qui se manifeste principalement dans les corps solides et les fluides au repos, transporte de la chaleur par vibrations thermiques phonons) et mouvements des \u00e9lectrons libres d’un point \u00e0 temp\u00e9rature plus \u00e9lev\u00e9e (niveau d’\u00e9nergie sup\u00e9rieur) vers un point \u00e0 plus basse temp\u00e9rature (niveau d’\u00e9nergie inf\u00e9rieur). Elle s’op\u00e8re ainsi de corpuscule en corpuscule et est li\u00e9e \u00e0 une diff\u00e9rence de temp\u00e9rature. Le conducteur de chaleur demeure g\u00e9n\u00e9ralement fixe (pas de transport de masse!).<\/p>\n

Exemple: transport de chaleur dans une barre de fer \u00e9chauff\u00e9e d’un seul c\u00f4t\u00e9.<\/p>\n

\"R\u00e9partition<\/div>\n
Fig.\u202f2.1:\u2002R\u00e9partition de la temp\u00e9rature et flux de chaleur par conduction dans une barre<\/div>\n

<\/h3>\n
\"Conductivit\u00e9<\/div>\n
Fig.\u202f2.2:\u2002Conductivit\u00e9 thermique \u03bb en fonction de la masse volumique<\/div>\n

<\/h3>\n

La conductivit\u00e9 thermique \u03bb<\/i> est une grandeur caract\u00e9ristique de chaque mat\u00e9riau qui indique quelle quantit\u00e9 de chaleur s’\u00e9coule durant 1\u202fs entre deux surfaces parall\u00e8les de 1\u202fm2<\/sup> sur une \u00e9paisseur de 1\u202fm par une diff\u00e9rence de temp\u00e9rature de 1\u202fK. Elle est d\u00e9termin\u00e9e \u00e0 partir de mesures effectu\u00e9es sur des \u00e9chantillons de mat\u00e9riau aussi homog\u00e8ne que possible. Les m\u00e9taux purs sont g\u00e9n\u00e9ralement de bons conducteurs de chaleur. En passant des mat\u00e9riaux isolants aux gaz, la conductivit\u00e9 thermique d\u00e9cro\u00eet de plus en plus. Pour chaque mat\u00e9riau, les valeurs \u03bb<\/i> ne sont cependant pas constantes; en particulier pour les \u00e9l\u00e9ments de construction poreux, la composition, la densit\u00e9, la structure des pores, la teneur en humidit\u00e9 et la temp\u00e9rature jouent un r\u00f4le d\u00e9terminant. Ainsi, la conductivit\u00e9 thermique de ce type de mat\u00e9riau cro\u00eet quand la porosit\u00e9 diminue (remplacement de l’air des pores par un mat\u00e9riau solide) et quand la teneur en eau augmente (remplacement de l’air des pores par de l’eau).<\/p>\n

Plus la conductivit\u00e9 thermique d’un mat\u00e9riau est petite, meilleur est son effet d’isolation thermique.<\/i><\/p>\n

A l’\u00e9tat stationnaire, le flux de chaleur par unit\u00e9 de surface, la densit\u00e9 de flux thermique q<\/i>, est constante sur toute la section et se calcule comme:<\/p>\n

(2.1)<\/div>\n

<\/p>\n

<\/h3>\n

Pour les mat\u00e9riaux employ\u00e9s dans le domaine de la construction, la conductivit\u00e9 thermique est corr\u00e9l\u00e9e avec la masse volumique (voir Fig. 2.2).<\/p>\n

Rayonnement thermique<\/h3>\n

Avec le rayonnement thermique l’\u00e9nergie thermique est transport\u00e9e par un rayonnement \u00e9lectromagn\u00e9tique (aussi dans le vide) sans aucun conducteur de chaleur \u00abmat\u00e9riel\u200a\u00bb, c.\u00e0.d aucune masse n’est n\u00e9cessaire comme support pour ce type de transfert. Le rayonnement thermique n’a pas besoin d’une diff\u00e9rence de temp\u00e9rature agissant comme moteur. Chaque corps rayonne et ceci d’autant plus que sa temp\u00e9rature est \u00e9lev\u00e9e (exemples: rayonnement solaire, grill infrarouge).<\/p>\n

\"R\u00e9partition<\/div>\n
Fig.\u202f2.3:\u2002R\u00e9partition de l’intensit\u00e9 du rayonnement pour diff\u00e9rentes temp\u00e9ratures et loi du d\u00e9placement de Wien (voir formule 2.2)<\/div>\n

<\/h3>\n

La couleur de la surface \u00e9mettrice, c.\u00e0.d. la r\u00e9partition des longueurs d’onde de son rayonnement, change selon sa temp\u00e9rature. Plus chaude est la source, plus courte devient la longueur d’onde du maximum du spectre et plus l’intensit\u00e9 du rayonnement \u00e9mis augmente (puissance par unit\u00e9 de surface!).<\/p>\n

<\/h3>\n
(2.2)<\/div>\n

<\/p>\n

<\/h3>\n

Le rayonnement de grande longueur d’onde (\u03bb<\/i>\u202f>\u202f0,8\u202f\u00b5m) est ressenti comme un rayonnement de chaleur (infrarouge) alors que le rayonnement de petite longueur d’onde (0,4\u202f\u00b5m <\u202f\u03bb<\/i> <\u202f0,8\u202f\u00b5m) est per\u00e7u comme lumi\u00e8re visible. Ainsi, le soleil (temp\u00e9rature de surface T<\/i>s<\/sub> \u2248 6000\u202fK) rayonne principalement entre 0,2 et 3\u202f\u00b5m, alors que le rayonnement thermique des surfaces de murs (temp\u00e9rature de surface T<\/i>s<\/sub>\u202f\u2248 300\u202fK) se situe compl\u00e8tement dans le domaine invisible des grandes longueurs d’onde (\u03bb<\/i> >\u202f3\u202f\u00b5m).<\/p>\n

<\/div>\n
Tab.\u202f2.1:\u2002Domaines de longueurs d’onde et r\u00e9partition de l’\u00e9nergie du rayonnement solaire<\/div>\n

<\/h3>\n

En plus de l’aire A<\/i> de l’\u00e9metteur et de sa temp\u00e9rature de surface T<\/i>s<\/sub> (en K), le pouvoir de rayonnement (\u2192 \u00e9missivit\u00e9 \u03b5<\/i>) du mat\u00e9riau de surface influence particuli\u00e8rement le flux thermique \u03a6<\/i> \u00e9mis:<\/p>\n

(2.3)<\/div>\n

<\/p>\n

<\/h3>\n

Les pertes de chaleur par rayonnement d’une surface sont d’autant plus grandes que son \u00e9missivit\u00e9 et sa temp\u00e9rature sont \u00e9lev\u00e9es.<\/i><\/p>\n

Le transfert de chaleur par rayonnement entre surfaces<\/i> est principalement d\u00e9termin\u00e9 par:<\/p>\n