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1 - MÉCANISMES DES TRANSFERTS DE CHALEUR

2 - PERFORMANCES D’UN ISOLANT ET FACTEURS ENVIRONNANTS

Article de référence | Réf : BE9859 v1

Mécanismes des transferts de chaleur
Isolation thermique à température ambiante. Transferts de chaleur

Auteur(s) : Catherine LANGLAIS, Sorïn KLARSFELD

Date de publication : 10 oct. 2004

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RÉSUMÉ

Les fabricants des matériaux isolants tentent ces dernières années de répondre à  la forte attente suscitée par la recherche d’économie d’énergie, en présentant sur le marché des produits aux performances de plus en plus élevées. Les matériaux isolants récents sont des matériaux poreux légers, d’où l’intérêt des études autour des transferts de chaleur et de masse par convection et par rayonnement en milieu poreux. Cet article analyse en détail les mécanismes des transferts de chaleur avant de traiter l’influence de l’humidité et le vieillissement thermique sur les performances des isolants.

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Auteur(s)

  • Catherine LANGLAIS : Ingénieur civil des mines - Directrice générale, Saint-Gobain Recherche - Ancien Chef de Service à ISOVER Saint-Gobain - Centre de recherches industrielles de Rantigny

  • Sorïn KLARSFELD : Docteur de l’Université de Paris - Ancien chef de laboratoire à Saint-Gobain Recherche

INTRODUCTION

Des matériaux isolants modernes sont, dans leur grande majorité, des matériaux poreux légers, au sein desquels le transfert de chaleur se fait à la fois par conduction et rayonnement. Le caractère semi-transparent de certains de ces matériaux, même à la température ambiante, a suscité un grand nombre d’études et a nécessité une remise en question du traitement traditionnel de ces matériaux, ainsi qu’une reconsidération de la terminologie utilisée pour décrire leurs propriétés. Les études de base sur le fonctionnement des isolants ont porté principalement sur la meilleure compréhension des transferts de chaleur et de masse par convection naturelle et forcée, et par rayonnement en milieu poreux semi-transparent. Elles se sont aussi étendues à l’étude de l’influence des facteurs environnants sur les performances : influence de l’humidité et de la thermomigration et influence de la diffusion des gaz interstitiels différents de l’air (vieillissement). Les études commencées initialement en relation avec des applications spéciales, comme la cryogénie, l’espace, le génie nucléaire, etc., ont été progressivement étendues aux produits courants et à des températures voisines de la température ambiante. Ces connaissances ont permis la modélisation du fonctionnement des isolants et la prévision de leurs performances en fonction des paramètres thermophysiques les caractérisant et des conditions d’application. La modélisation a constitué un important levier dans l’amélioration des produits et l’optimisation des conditions d’application.

Nota :

Pour les notations et symboles le lecteur se reportera au dossier [BE 9 858].

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be9859


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1. Mécanismes des transferts de chaleur

1.1 Hypothèses de base

Les transferts de chaleur par conduction, convection et rayonnement à travers les isolants thermiques sont décrits par les équations appliquées aux milieux continus suite à l’hypothèse du milieu continu fictif, unique, qui a été adoptée pour les milieux poreux (§ 2, article [BE 9 858]).

Les grandeurs physiques associées [champ de température, de vitesse et de luminance, ainsi que les paramètres thermophysiques (conductivité thermique, chaleur volumique, etc.)] sont des moyennes macroscopiques effectuées dans le volume élémentaire représentatif (VER). On suppose dans tous les cas que les conditions de l’équilibre thermodynamique local (ETL) sont remplies.

Cela suppose que la différence de température maximale à l’intérieur du VER est beaucoup plus petite que la différence de température à laquelle est soumis l’ensemble du système considéré, c’est-à-dire :

Autour d’un point, la température de la matrice solide et celle du gaz interstitiel sont égales :

Ts  = Tg  = <T >

L’isolant est supposé sec, absence d’eau en phase liquide ou de vapeur, et du point de vue physique et chimique l’isolant est stable, absence de réactions chimiques ou de diffusion du gaz interstitiel à travers les parois des cellules si le gaz est différent de l’air.

HAUT DE PAGE

1.2 Conduction

Le transfert de chaleur s’effectue par conduction pure, dans la matrice solide et le gaz interstitiel...

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1 Données économiques

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1.1 Le marché de l’isolation thermique

Le volume total du marché de l’isolation thermique représente environ 17 millions de mètres cubes par an.

Le tableau  représente la répartition par familles de produits en pourcentage par rapport au volume total.

HAUT DE PAGE

2 Références bibliographiques

* - NF P75-101. – Isolants thermiques destinés au bâtiment. Définition (1983).

* - EN ISO 9229. – Isolation thermique. Matériaux, produits et systèmes. Vocabulaire (1997).

* - NF EN 13172. – Produits isolants thermiques. Évaluation de la conformité (2002).

* - NF ENV 13005. – Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure (1999).

* - NF X 02-204. – Grandeurs et unités. Thermique (1993).

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