Article

1 - LOI FONDAMENTALE DU RAYONNEMENT THERMIQUE : LOI DE PLANCK. LE CORPS NOIR

2 - CARACTÉRISTIQUES RADIATIVES DES MATÉRIAUX OPAQUES

3 - ÉCHANGES RADIATIFS ENTRE MATÉRIAUX OPAQUES

4 - CONCLUSION

5 - ANNEXES

Article de référence | Réf : BE8210 v1

Rayonnement thermique des matériaux opaques

Auteur(s) : Simone MATTEÏ

Date de publication : 10 janv. 2005

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

Un nombre croissant d’applications concrètes nécessite l’évaluation précise des transferts radiatifs. Cet article est consacré au rayonnement des matériaux opaques, c’est-à-dire les matériaux pour lesquels aucun flux du rayonnement incident n’est transmis. Cette condition est fonction de l’épaisseur, de la nature et de l’état de surface du matériau, et de la longueur d’onde considérée. Après un rappel de la loi fondamentale du rayonnement thermique, les caractéristiques des matériaux opaques sont détaillées. Sont ensuite proposées des méthodes d’estimation d’échanges radiatifs entre plusieurs surfaces opaques.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

Auteur(s)

  • Simone MATTEÏ : Professeur à l’Université de Bourgogne (IUT Le Creusot) - Laboratoire Laser et Traitement des Matériaux. LTm. EA 2976

INTRODUCTION

L’évaluation précise des transferts thermiques, et en particulier radiatifs, est nécessaire dans de nombreux cas, citons pour exemples le contrôle des températures de pièces placées dans un four en vue d’un traitement thermique, ou encore l’évaluation des pertes thermiques d’un habitat dans le but d’améliorer l’isolation, et donc d’économiser de l’énergie. Il a longtemps été considéré que les échanges radiatifs étaient prépondérants à hautes températures, puisqu’en effet le flux émis par une surface est proportionnel à sa température à la puissance quatrième. Cependant, même à température ambiante, les échanges radiatifs ne sont pas à négliger. Pour ce domaine de température, les échanges par convection et les échanges radiatifs peuvent être du même ordre de grandeur : par exemple, pour un coefficient d’échange par convection de 5 W · m – 2 · K –1, le flux surfacique perdu par convection par une paroi noire à la température de 25 oC dans une ambiance à 20 oC est de 25 W · m – 2, tandis que le flux surfacique échangé par rayonnement avec les parois environnant la surface, si elles sont à 20 oC, est de 29 W · m – 2.

Tout corps, quelle que soit sa température, émet un rayonnement électromagnétique. Dans le cas du rayonnement dit thermique, ne sont pris en compte que les transformations d’énergie interne en énergie radiative (phénomène d’émission) ou vice versa (phénomène d’absorption). Une des caractéristiques intrinsèques de ce rayonnement est sa fréquence, qui reste invariante tout au long de la propagation de l’onde ; par contre la longueur d’onde dépend du milieu de propagation. Il serait donc préférable d’utiliser la fréquence pour repérer « la nature spectrale » du rayonnement. Malheureusement, dans la pratique, la longueur d’onde est utilisée. Pour ne pas aller à l’encontre des termes usuels, nous ne considérons dans cet article que la longueur d’onde du rayonnement électromagnétique dans le vide ou dans un milieu d’indice de réfraction pratiquement égal à 1 (cas des gaz tels que N2 , O2 , air, etc.). Les températures courantes allant d’environ 80 K à 6 000 K, le domaine usuel du rayonnement thermique s’étend du visible à l’infrarouge moyen, soit de 0,3 µm à 50 µm.

Cet article concerne uniquement le rayonnement de matériaux opaques, c’est‐à‐dire de matériaux dont l’épaisseur est telle qu’aucune fraction du rayonnement incident n’est transmise. Cette épaisseur dépend non seulement de la longueur d’onde considérée et de la nature du matériau, mais aussi de son état de surface. Les surfaces sont pratiquement toujours rugueuses ou recouvertes d’impuretés ou d’oxydes, par conséquent, pour un grand nombre de matériaux et pour le domaine de longueur d’onde correspondant au rayonnement thermique, la profondeur de pénétration d’un rayonnement incident (du nanomètre au millimètre) est négligeable par rapport aux dimensions de l’échantillon considéré : les phénomènes de réflexion, d’absorption et d’émission peuvent donc être assimilés à « des phénomènes de surface », faisant donc intervenir les propriétés de la surface contrairement à la conduction de la chaleur qui dépend des caractéristiques du matériau massif. Il est indispensable de connaître les paramètres radiatifs si on veut déterminer les échanges radiatifs entre plusieurs surfaces. Or il n’existe pas de loi de comportement global des propriétés radiatives en fonction de la nature du matériau, de sa température, de la longueur d’onde et de son état de surface 2. De plus, on ne trouve pas dans la littérature de tables exhaustives de ces caractéristiques. La détermination exacte des transferts radiatifs nécessite donc la mesure des propriétés radiatives in situ, ou en laboratoire, dans des conditions proches des conditions réelles. Cependant, il est possible, analytiquement, d’obtenir une estimation de ces transferts en admettant un certain nombre d’hypothèses simplificatrices concernant les propriétés radiatives. C’est le but que nous nous sommes fixé à travers cet article : proposer des méthodes d’estimation d’échanges radiatifs entre plusieurs surfaces opaques 3.

Avec l’augmentation des performances des ordinateurs, il est possible de modéliser finement des situations complexes sans aucune hypothèse sur les propriétés radiatives, mais l’exactitude du résultat obtenu est surbordonnée à l’exactitude des paramètres entrés dans le modèle, et un calcul numérique n’est donc pas forcément plus fiable qu’un calcul analytique même approché.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be8210


Cet article fait partie de l’offre

Physique énergétique

(73 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Physique énergétique

(73 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - KRIEBEL (K.T.) -   On the limited validity of reciprocity in measured BRDFs.  -  Remote Sensing of Environment, 58, 1, p. 52-62, oct. 1996.

  • (2) - MALAPLATE (A.), NERRY (F.), STOLL (M.P.), GUILLAME (B.), BRIOTTET (X.) -   Combined field [3-5 µm] and [8-14 µm] infrared imaging : approaches to extracting target’s bi-directional reflectivity and emissivity,  -  in Proc. ESO/SPIE Europto European Symposium on Remote Sensing, Toulouse, France, 17-21, sept. 2001.

  • (3) - FORD (J.N.), TANG (K.), BUCKIUS (R.), FOURIER (O.) -   Transform infrared system measurement of the bidirectional reflectivity of diffuse and grooved surfaces.  -  Journal of Heat Transfer, 117, no 4, p. 955-962 (1995).

  • (4) - MODEST (M.F.) -   Radiative Heat Transfer, (Transfert de chaleur par rayonnement).  -  832 p. McGraw-Hill International Editions 2, New York 10121-2298 (1993).

  • (5) - HLADIK (J.) -   Métrologie des propriétés thermophysiques des matériaux.  -  Masson, 349 p., Paris (1990).

  • ...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Physique énergétique

(73 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS