Synthèse de Cours Officielle • Bac Pro

Transferts Thermiques & Isolation

Modes de transfert, sens du flux, conductivité $\lambda$, résistance thermique $R_{th}$ et isolation.

I Sens Spontané & Modes de Transfert Thermique

Le Sens Spontané de la Chaleur

Le transfert thermique s'effectue **spontanément du milieu le plus chaud ($T_1$) vers le milieu le plus froid ($T_2$)** jusqu'à l'équilibre thermique.

1. Conduction

Propagation de proche en proche dans les **solides** sans mouvement de matière (ex: barre métallique au feu).

2. Convection

Propagation au sein des **fluides** (liquides/gaz) avec déplacement de matière (ex: courroie d'air chaud).

3. Rayonnement

Émission d'ondes **infrarouges** sans support matériel (ex: rayonnement du soleil ou d'un feu).

II Le Flux Thermique $\Phi$

Puissance de Transfert de Chaleur

Le flux thermique $\Phi$ représente l'énergie thermique (chaleur $Q$) transférée par unité de temps $\Delta t$ :

$$\Phi = \frac{Q}{\Delta t}$$

$\Phi$ en **Watts (W)**, $Q$ en Joules (J), $\Delta t$ en secondes (s).

III Conductivité Thermique $\lambda$ des Matériaux

La conductivité thermique $\lambda$ ($\text{W}\cdot\text{m}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$) caractérise la capacité d'un matériau à transmettre la chaleur.

Isolants Thermiques ($\lambda$ très faible)

• Laine de verre : $\lambda = 0{,}035\text{ W}\cdot\text{m}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$
• Polystyrène expansé : $\lambda = 0{,}032\text{ W}\cdot\text{m}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$
• Air sec immobile : $\lambda = 0{,}026\text{ W}\cdot\text{m}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$

Conducteurs Thermiques ($\lambda$ très élevé)

• Cuivre : $\lambda = 390\text{ W}\cdot\text{m}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$
• Aluminium : $\lambda = 230\text{ W}\cdot\text{m}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$
• Acier : $\lambda = 50\text{ W}\cdot\text{m}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$

IV Résistance Thermique $R_{th}$ & Loi du Flux

Formules Fondamentales de la Paroi

1) Résistance thermique $R_{th}$ d'une paroi de surface $S$ ($\text{m}^2$) et d'épaisseur $e$ ($\text{m}$) :

$$R_{th} = \frac{e}{\lambda \cdot S} \quad (\text{en K/W})$$

2) Flux thermique déperdi $\Phi$ à travers la paroi sous un écart $\Delta T = T_1 - T_2$ :

$$\Phi = \frac{T_1 - T_2}{R_{th}} = \frac{\lambda \cdot S \cdot (T_1 - T_2)}{e}$$

Synthèse Mémorisation • Formulaire A4

3 Modes de Transfert

Conduction | Convection | Rayonnement

Sens spontané : Chaud $\rightarrow$ Froid

Conductivité Lambda

Isolants : $\lambda$ faible (< 0,05)

Conducteurs : $\lambda$ élevé (> 10)

Résistance & Flux

$$R_{th} = \frac{e}{\lambda \cdot S} \quad \text{et} \quad \Phi = \frac{\Delta T}{R_{th}}$$

Plus $e$ augmente, plus $\Phi$ diminue