Rayonnement thermique des matériaux opaques

Dans de nombreuses installations, une évaluation précise des échanges énergétiques, en particulier radiatifs, s’avère nécessaire pour la conception aussi bien que pour des raisons de sécurité et de fiabilité. Les transferts par rayonnement électromagnétique jouent un rôle de plus en plus important ; en effet, ils deviennent prépondérants aux températures élevées , pratiquées par de vastes secteurs industriels, et interviennent seuls lorsque la propagation de l’énergie s’effectue dans le vide , même à basses températures comme dans la plupart des applications aérospatiales ou dans certains solants cryogéniques.

La caractéristique intrinsèque d’un rayonnement électromagnétique est la fréquence ν qui reste invariante lors des phénomènes envisagés par la suite. La longueur d’onde dépend, au contraire, du milieu dans lequel se propage le rayonnement. Il serait donc préférable d’utiliser uniquement la fréquence ν. Malheureusement, un usage contraire s’est établi. Pour éviter toute confusion, nous ne considérerons ici que la longueur d’onde λ du rayonnement électromagnétique dans le vide ou dans un milieu d’indice de réfraction pratiquement égal à 1 (cas des gaz : N ₂ , O ₂ , air, etc.) de sorte que :

XXX

où c ₀ est la vitesse de propagation du rayonnement électromagnétique dans le vide.

Dans le cadre du rayonnement dit thermique ne sont prises en compte que les transformations d’énergie radiative en énergie interne (phénomène d’absorption) ou vice versa (phénomène d’émission). Le maximum d’émission du corps de référence, connu sous le nom de corps noir (§ 1.2), est situé à une longueur d’onde λm telle que :

λ _m T= 2 897,8μm · K

avec T (en kelvins) température thermodynamique du corps noir. Les températures courantes allant d’environ 80 K à 6 000 K, le domaine usuel du rayonnement thermique s’étend du visible au proche infrarouge, c’est-à-dire approximativement:

0,3 < à λ < à 50μm

Précisons que cet article concerne uniquement les matériaux opaques , c’est-à-dire ne transmettant aucune fraction d’un rayonnement incident...