Transfert de l'énergie thermique selon trois modes

L'énergie thermique transmise à un corps pour le réchauffer peut s'effectuer de différentes manières selon le contexte et les matériaux impliqués.

Rayonnement thermique

À distance par rayonnement thermique : c'est ce que l'on ressent en passant à proximité d'un feu de cheminée ou d'un four électrique en fonctionnement, ou encore en plein soleil sur la plage en été.

Transmission par contact

Au contact d'un corps plus chaud, cette transmission de chaleur s'effectue selon deux mécanismes principaux :

  • Par conduction lorsque les deux corps sont solides : la chaleur se transmet de proche en proche, sans déplacement de matière. Exemple On pose une casserole chaude sur une table. Elle sera chaude au toucher.
  • Par convection dans les milieux fluides (liquides ou gazeux) : la chaleur se transmet par déplacement de matière, sous forme d'un flux cyclique. Exemple Les radiateurs chauffent l'air d'une maison, qui nous procure une sensation de chaleur en se déplaçant.

Transfert d'énergie thermique

Le transfert d'énergie thermique se produit toujours du corps le plus chaud vers le corps le plus froid. Le transfert d'énergie thermique est d'autant plus efficace que le matériau est un bon conducteur thermique (comme les métaux par exemple).

Dimensionner la conductivité thermique d'un matériau et l'efficacité d'une isolation

Conductivité thermique

Un matériau possède une conductivité thermique notée λ et exprimée en W.m-1.K-1. Il s'agit de l'énergie transmise en 1s, d'1m² de matériau, quand la différence de température est d'1°C de part et d'autre de celui-ci. Plus elle est faible, plus le matériau est un bon isolant thermique.

Résistance thermique

Pour comparer les isolants, nous utilisons leur résistance thermique, qui dépend de la conductivité thermique et de l'épaisseur du matériau : $$R_{th}=\frac{e}{\lambda}$$, avec l'épaisseur e en mètres. L'unité de la résistance thermique est m².K/W.

Coefficient de transmission thermique

Le coefficient de transmission thermique U est l'inverse de la résistance thermique $$U=\frac{1}{R_{th}}$$, donné en W.m-2.K-1.

Puissance thermique

La puissance thermique, en Watt, est donnée par : $$P_{th}=U_{th} \times A \times \Delta T$$, avec A l'aire du matériau et ΔT la différence de température (en Kelvin ou en °C) de part et d'autre du matériau.

EN RÉSUMÉ