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Auteur(s)
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Alain DEGIOVANNI : Ingénieur de l’Institut national des sciences appliquées de Lyon - Directeur de l’École européenne d’ingénieurs en Génie des matériaux (EEIGM)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le transfert de chaleur ou, pour employer l’expression actuelle, le transfert d’énergie thermique est une transmission de cette énergie d’une région à une autre, sous l’influence d’une différence de température.
On reconnaît classiquement trois modes de transmission : la conduction, le rayonnement et la convection.
Cependant, il ne faudrait pas oublier les cas de transfert entre deux phases d’un même corps (solide-liquide et liquide-vapeur, par exemple). Des puits ou des sources d’énergie sont alors créés sans variation de température sous l’influence de l’évolution, dans le temps, des masses respectives de ces deux phases.
Bien que cet aspect puisse se ramener à un cas particulier de conduction avec variation dans le temps des limites géométriques des phases, nous ne le traiterons pas ici et renvoyons le lecteur aux articles « Transferts de chaleur associés à l’ébullition ou à la condensation » et « Transferts par changement d’état solide-liquide » du présent traité.
Dans le mode conductif, la chaleur diffuse de proche en proche d’une particule à l’autre par chocs ; ce mode nécessite donc la présence de matière mais sans déplacement macroscopique de celle-ci.
Dans les corps solides soit totalement opaques, soit totalement transparents au rayonnement, c’est le seul mode de transmission.
Dans les corps solides semi-transparents, rayonnement et conduction interviennent (cf. article « Rayonnement thermique des matériaux semi-transparents » dans ce traité).
Dans les fluides déformables, cette distinction subsiste, mais il s’y ajoute dans tous les cas un transfert convectif par déplacement relatif des différentes parties non isothermes de ce fluide les unes par rapport aux autres (cf. article « Notions de transfert thermique par convection » dans ce traité).
À l’échelle microscopique, le problème conductif est très complexe et nous ne l’envisagerons pas ici. Nous nous plaçons dans l’hypothèse des milieux continus.
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2. Application : conduction unidirectionnelle
2.1 Régime permanent
L’équation de transfert se réduit à :
Dans le cas de la conduction morte (pas de source interne), le système est à flux conservatif puisque :
2.1.2 Notion de résistance thermique
Pour un système sans source interne et dont la conductivité thermique λ est indépendante de la température (mais pas forcément de l’espace), on introduit la notion de résistance thermique d’un tube de courant (analogue à la résistance électrique).
Soit un tube de courant compris entre deux surfaces isothermes (figure 4) :
il vient :
soit en intégrant entre les deux surfaces isothermes :
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - CARSLAW (H.-S.), JAEGER (J.-C.) - Conduction of heat in solid. - 2e Édition Oxford (1959). Clarendon Press.
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(2) - LUIKOV - Analytical heat diffusion theory. - New York and London (1968). Academic Press.
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(3) - DE VRIENDT (A.-B.) - La transmission de la chaleur. - Gaetan MORIN Éditeur (1984).
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(4) - GRIGULL (U.), SANDNER (H.) - Heat conduction. - Springer Verlag (1984).
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(5) - CHAPMAN (A.) - Heat transfer. - 3e Édition. London 1974. Collier Mc MILLAN Int. Édition.
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(6) - TAINE (J.), PETIT (J.-P.) - Thermique. - Dunod (1989).
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(7) - GOSSE (J.) - Guide...
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