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Article

1 - PHÉNOMÈNES DE TRANSPORT DE LA CHALEUR DANS QUELQUES CAS RÉELS

2 - MATÉRIAU IDÉAL

3 - MESURE ET IDENTIFICATION DE PARAMÈTRES

4 - GRANDES CLASSES DE MÉTHODES

5 - MÉTHODES DE MESURE EN RÉGIME PERMANENT

6 - MÉTHODES DE MESURE EN RÉGIME QUASI ÉTABLI

7 - MÉTHODES DE MESURE EN RÉGIME TRANSITOIRE

8 - MÉTHODES DE MESURE EN RÉGIME PÉRIODIQUE ÉTABLI

9 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : R2850 v1

Mesure et identification de paramètres
Conductivité et diffusivité thermique des solides

Auteur(s) : Alain DEGIOVANNI

Date de publication : 10 janv. 1994

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Auteur(s)

  • Alain DEGIOVANNI : Directeur du Laboratoire d’énergétique et de mécanique théorique et appliquée (LEMTA) URA-CNRS n 875 - INPL - Nancy I - École Nationale Supérieure d’Électricité et de Mécanique (ENSEM, Nancy)

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INTRODUCTION

Le but de cet article est de présenter les diverses méthodes de mesure de la conductivité thermique et de la diffusivité thermique de façon succincte, en introduction aux articles spécialisés sur chaque technique.

On s’attachera donc à définir les limites d’utilisation, en particulier vis‐à‐vis des matériaux eux‐mêmes (multimatériaux, composites, poreux, etc.).

Pourquoi caractériser les matériaux ? La réponse à cette question est double :

  • tout d’abord pour les connaître, ce qui peut permettre de les améliorer ;

  • ensuite, permettre aux codes de calcul de fonctionner correctement et être capable de calculer de grandes structures.

Cette réponse montre que le besoin de caractérisation ne peut que s’accroître suite au développement des nouveaux matériaux et des nouveaux instruments de calcul.

La caractérisation thermique des matériaux constitue un domaine important de la métrologie thermique qui concerne les grandeurs liées aux transports de la chaleur. Dans le cas général, elles sont nombreuses et ne peuvent être identifiées au cours d’une même expérience. En effet, le transport peut s’effectuer par conduction, convection, rayonnement, transport de masse, diffusion de masse, changement de phase, réaction chimique, etc. ; autant de modes dont les mécanismes ne sont pas indépendants et qu’il est très difficile de découpler.

À titre d’exemple, nous détaillerons, dans le paragraphe 1, les transferts dans quatre types de milieux :

  • un multicouche ;

  • un nid d’abeilles ;

  • un verre ;

  • un milieu poreux non saturé.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-r2850


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3. Mesure et identification de paramètres

De façon très générale, la détermination d’une grandeur thermophysique nécessite :

  • le développement d’un modèle thermocinétique (modèle direct) de l’expérience (prenant en compte l’échantillon et l’environnement) ;

  • la mesure de grandeurs fondamentales : températures et / ou flux ;

  • la mise en œuvre d’une méthode d’identification de paramètres (comparaison modèle-expérience).

La figure 5 résume la démarche. Il faut préciser que le modèle thermocinétique n’est pas unique pour une installation ; il peut être plus ou moins approché, en particulier sur le choix des conditions aux limites ou la prise en compte plus ou moins précise de l’environnement.

Nous allons étudier deux exemples :

  • la plaque chaude gardée ;

  • la méthode flash face arrière.

3.1 Plaque chaude gardée

C’est une expérience en régime permanent (ISO 8302) où l’on impose à un échantillon plan un flux de chaleur unidirectionnel ; on mesure la différence de température aux bornes de l’échantillon (figure 6).

  • Le modèle thermocinétique est particulièrement simple :

    soit

  • Les grandeurs mesurées sont la densité de flux ϕ 0 , les températures T1 (en x = 0) et T2 (en x = e ).

  • L’identification de paramètres est élémentaire...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - DE VRIENDT (A.-B.) -   La transmission de la chaleur.  -  Gaetan MORIN Éditeur (1984).

  • (2) - GRIGULL (U.), SANDNER (H.) -   Heat conduction.  -  Springer Verlag (1984).

  • (3) - CHAPMAN (A.) -   Heat transfer.  -  3e Édition, London, Collier Mc Millan Int. Édition (1974).

  • (4) - TAINE (J.), PETIT (J.P.) -   Transferts thermiques.  -  Dunod (1989).

  • (5) - SACADURA (J.F.) -   Initiation aux transferts thermiques.  -  4e éd., Lavoisier (1993).

  • (6) - GOSSE (J.) -   Guide de Thermique.  -  Dunod.

  • (7) - MARTINET (J.) -   Éléments de thermocinétique.  -  ...

NORMES

  • Isolation thermique. Détermination de la résistance thermique et des propriétés connexes en régime stationnaire. Méthode de la plaque chaude gardée. - ISO 8302 - 1991

  • Matériaux réfractaires. Détermination de la conductivité thermique. Partie 1 : Méthode du fil chaud croisillon. - ISO 8894-1 - 1987

  • Matériaux réfractaires. Détermination de la conductivité thermique. Partie 2 : Méthode du fil chaud parallèle. - ISO 8894-2 - 1990

1 Constructeurs

Sopra CEDIP I 3S

HAUT DE PAGE

2 Laboratoires de l’université spécialisés en métrologie thermique

Laboratoire d’énergétique et phénomènes de transfert de Talence.

Centre de thermique de l’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA).

Laboratoires des systèmes énergétiques et transferts thermiques de l’Université de Provence Saint-Jérôme de Marseille.

Laboratoire d’énergétique et de mécanique théorique et appliquée de Vandœuvre-les-Nancy (LEMTA).

Laboratoire de thermocinétique de l’ISITEM de Nantes.

Laboratoire de thermodynamique appliquée aux machines et thermique de l’Université de Paris VI.

Fluides, automatique, systèmes thermiques de l’Université de Paris XI (Orsay).

Institut des Sciences et du génie des matériaux et des procédés du Centre National de la recherche scientifique à Odeillo-Font-Romeu.

Laboratoire d’études thermiques de l’École Nationale Supérieure de Mécanique Appliquée de Poitiers (ENSMA).

Laboratoire de capteurs et instrumentation de l’Université de Lille-Flandres-Artois à Villeneuve d’Asq.

Laboratoire de chimie des matériaux de structures et de thermique du bâtiment de l’IUT Génie Civil d’Amiens.

Laboratoire de géotechnique thermique des matériaux de l’Institut National des Sciences Appliquées de Rennes (INSA).

Laboratoire d’études thermiques des matériaux de l’Institut...

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