Synthèse de Cours Officielle • Bac Pro

Thermique & Isolation Thermique

Chaleur $Q = mc\Delta T$, conductivité $\lambda$, résistance $R = e/\lambda$, flux thermique $\Phi$ et déperditions énergétiques.

I Les 3 Modes de Transfert Thermique

La **chaleur** est une forme de transfert d'énergie qui s'effectue spontanément du corps le plus **chaud** vers le corps le plus **froid** jusqu'à l'équilibre thermique. Il existe 3 modes de propagation :

Conduction (Solides)

Transfert de chaleur de proche en proche **sans déplacement global de matière** (ex: cuillère chauffée dans une soupe, mur d'un bâtiment).

Convection (Fluides)

Transfert avec **déplacement macroscopique de matière** au sein d'un liquide ou d'un gaz (ex: eau qui bouille, air d'un radiateur).

Rayonnement (IR)

Transfert par **ondes électromagnétiques infrarouges** sans support matériel (ex: chaleur du Soleil, radiateur radiant).

II Quantité de Chaleur et Capacité Thermique Massique

Formule Fondamentale de la Chaleur $Q$

$Q = m \cdot c \cdot \Delta T = m \cdot c \cdot (T_{finale} - T_{initiale})$

• $Q$ : Quantité d'énergie thermique échangée en **Joules (J)**.
• $m$ : Masse du corps en **kilogrammes (kg)**.
• $c$ : Capacité thermique massique du matériau en **$\text{J}/(\text{kg}\cdot^\circ\text{C})$** ou $\text{J}/(\text{kg}\cdot\text{K})$.
• $\Delta T = T_f - T_i$ : Écart de température en **$^\circ\text{C}$** ou **Kelvins (K)**.

Exemple d'application :

Pour chauffer $m = 3\text{ kg}$ d'eau ($c = 4180\text{ J}/(\text{kg}\cdot^\circ\text{C})$) de $15^\circ\text{C}$ à $65^\circ\text{C}$ ($\Delta T = 50^\circ\text{C}$) :

$Q = 3 \times 4180 \times 50 = 627\,000\text{ J} = 627\text{ kJ}$.

III Conductivité $\lambda$ et Résistance Thermique $R$

Conductivité Thermique $\lambda$

La conductivité $\lambda$ caractérise la capacité d'un matériau à conduire la chaleur (en $\text{W}/(\text{m}\cdot\text{K})$).

Isolants ($\lambda < 0{,}05$) : Laine de verre ($\lambda = 0{,}035$), Polystyrène ($\lambda = 0{,}038$).
Conducteurs ($\lambda > 1{,}0$) : Béton ($\lambda = 1{,}15$), Cuivre ($\lambda = 380$).

Résistance Thermique $R$

$R = \frac{e}{\lambda}$

$e$ : Épaisseur de la couche en **mètres (m)**.
$R$ s'exprime en **$\text{m}^2\cdot\text{K}/\text{W}$**. Plus $R$ est grand, meilleure est l'isolation.

Résistance d'une Paroi Multicouche (Bâtiment)

Pour un mur constitué de plusieurs matériaux superposés (ex: plâtre + isolant + parpaing), les résistances thermiques de chaque couche **s'additionnent** :

$R_{tot} = R_1 + R_2 + R_3 + \dots = \frac{e_1}{\lambda_1} + \frac{e_2}{\lambda_2} + \frac{e_3}{\lambda_3}$

IV Flux Thermique $\Phi$ et Pertes en kWh

Flux Thermique $\Phi$ (Watts)

Le flux thermique $\Phi$ représente la puissance thermique perdue à travers la paroi de surface $S$ ($\text{m}^2$) :

$\Phi = \frac{S \cdot (T_{int} - T_{ext})}{R_{tot}} = \frac{S \cdot \Delta T}{R_{tot}}$

Énergie Thermique Perdue (kWh)

L'énergie perdue pendant une durée $\Delta t$ s'exprime par $E = \Phi \cdot \Delta t$.

$1\text{ kWh} = 3{,}6 \times 10^6\text{ J} = 3{,}6\text{ MJ}$

Synthèse Mémorisation • Formulaire A4

Quantité de Chaleur

$Q = m \cdot c \cdot \Delta T$

$Q$ en J, $m$ en kg, $c$ en $\text{J}/(\text{kg}\cdot^\circ\text{C})$

Résistance Thermique

$R = \frac{e}{\lambda}$

$e$ en m, $\lambda$ en $\text{W}/(\text{m}\cdot\text{K})$, $R$ en $\text{m}^2\text{K/W}$

Flux Thermique Perdu

$\Phi = \frac{S \cdot \Delta T}{R_{tot}}$

$\Phi$ en Watts (W), $S$ en $\text{m}^2$