Tranferts thermiques

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  • Publié le : 31 mars 2011
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Principes généraux de l'isolation thermique

Introduction générale
Le fonctionnement de tous les matériaux isolants repose sur le principe de base suivant : la chaleur se transmet du chaud vers le froid. Par conséquent, les jours où il fait froid, la chaleur qui se trouve à l'intérieur des bâtiments cherche à sortir à l'extérieur. Les jours de chaleur, la chaleur à l'extérieur des bâtimentscherchent à pénétrer à l'intérieur. Le matériel isolant sert à ralentir ce processus. Les matériaux isolants en phénolique et en polyuréthane rigides comportent de minuscules poches de gaz emprisonné qui offrent une résistance à la transmission de chaleur. Elles ne permettent pas d'arrêter complètement la perte ou le gain de chaleur.

Les bâtiments, aussi bien isolés soient-ils, requièrentcependant une alimentation continue en chaleur pour maintenir la température au niveau désiré. L'alimentation en chaleur requise est beaucoup moins importante dans un bâtiment bien isolé que dans un bâtiment non isolé mais elle est nécessaire.

Transfert de chaleur
Avant d'aborder les principes de l'isolation, il est nécessaire de comprendre le mécanisme du transfert de chaleur. Quand une surfacechaude est entourée d'une zone plus froide, la chaleur est transmise et le processus continue jusqu'à ce que les deux endroits atteignent la même température. Le transfert de chaleur a lieu par une ou plusieurs des trois méthodes suivantes : conduction, convection et rayonnement.

Conduction
La conduction est le processus au cours duquel la chaleur passe, par transport moléculaire, le long ou autravers d'un matériau ou d'un matériau à un autre, le matériau recevant la chaleur étant en contact avec celui d'où la chaleur vient. La conduction a lieu dans les solides, les liquides et les gaz et d'un de ces états vers un autre. Le taux de conduction varie considérablement en fonction de la substance et de son état. Dans la catégorie des solides, les métaux sont de bons conducteurs, l'or,l'argent et le cuivre comptant parmi les meilleurs. Viennent ensuite les minéraux tels que le béton et la maçonnerie, puis le bois et, pour finir, les moins bons conducteurs parmi lesquels les matériaux isolants. En général, les liquides sont de mauvais conducteurs mais le phénomène est parfois masqué par le transfert de chaleur par convection. Les gaz (comme l'air, par exemple) sont de moins bonsconducteurs encore que les liquides mais ils sont sujets également à transmettre la chaleur par convection.

Convection
La convection se produit dans les liquides et les gaz. Pour qu'un solide perde ou gagne de la chaleur par convection, il doit être en contact avec le fluide. Le phénomène de convection ne se produit pas dans le vide. La convection résulte d'un changement de densité dans certainesparties du fluide, le changement de densité étant induit par un changement de température. Le processus de convection qui se produit uniquement suite à un changement de densité est connu sous le nom de 'convection naturelle'. Quand le fluide est accéléré par le vent ou des moyens artificiels, on parle de 'convection forcée'. Dans beaucoup de cas, la convection forcée a pour effet d'augmenterconsidérablement le taux de transfert de chaleur.

Convection dans les gaz
Si un corps chaud est entouré d'air froid, la chaleur est transportée dans l'air qui est en contact direct avec le corps. Cet air devient alors moins dense que l'air plus froid qui est plus éloigné du corps. L'air plus chaud et plus léger se déplace donc vers le haut et est remplacé par de l'air froid plus lourd, qui à son tourreçoit de la chaleur et est déplacé de manière similaire. Un flux continu d'air ou une convection se forme donc autour du corps chaud et enlève la chaleur de ce corps. Le processus est similaire mais inversé quand de l'air chaud entoure un corps plus froid : l'air devient plus froid par transfert de chaleur au corps et l'air est déplacé vers le bas.

Convection dans les liquides
Des...
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