Les transferts thermiques
Alexandre Clamens 26-10-2009
Un objet dont la température est à 30°C a une énergie thermique supérieure à celle d’un objet à 15°C, mais à quoi correspond exactement cette énergie ?
Comment cette énergie thermique peut-elle être transférée d’un milieu à un autre ?
L’énergie thermique d’un gaz ou d’un solide correspond à l’agitation microscopique des molécules et des atomes. À l’échelle microscopique, les atomes ne sont jamais immobiles mais ils oscillent autour de leur position de manière désordonnée. C’est l’énergie de ces mouvements imperceptibles à l’œil nu qui peut-être mesurée par un thermomètre. Plus la température est élevée, plus les atomes sont « agités ».
L’énergie thermique peut être transférée d’un milieu à un autre selon plusieurs modes :
- par contact sans déplacement de matière (conduction),
- par contact avec déplacement de matière (convection),
- à distance (rayonnement).
Ces trois modes de transfert font intervenir des phénomènes physiques différents et il est nécessaire de bien les distinguer pour simuler le comportement thermique des bâtiments.
La transmission d’énergie thermique par contact se comprend aisément. Comme les oscillations sont désordonnées, les atomes vont dans toutes les directions et l’agitation se propage lorsqu’un atome en heurte un autre. L’énergie est ainsi transférée du milieu le plus chaud au milieu le plus froid jusqu’à ce qu’ils parviennent chacun à un même niveau d’agitation.
Lorsqu’il n’y a pas de déplacement de matière, le mode de transfert d’énergie thermique par contact s’appelle la conduction. C’est le phénomène qui se produit lorsqu’on chauffe l’extrémité d’une barre métallique et que la chaleur se diffuse vers l’autre extrémité.
S’il y a un déplacement de matière, on parle alors de convection. Les déplacements d’air ou d’autres fluides favorisent les chocs entre les atomes et la diffusion de l’énergie thermique entre les deux milieux. La convection peut-être naturelle, par exemple lorsqu’une zone d’air réchauffée prend de l’altitude sous l’effet de la poussée d’Archimède, ou forcée à l’aide d’un système de ventilation.
L’énergie thermique peut aussi être propagée à distance, par rayonnement. C’est par exemple le mode de transfert thermique entre le Soleil et la Terre. L’énergie est transmise sous forme d’ondes électromagnétiques, dont une partie est visible – la lumière – et l’autre invisible – les rayonnements ultraviolets et infrarouges.
