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Thermique

Cette partie rassemble les informations en lien avec la thermique du bâtiment

Conductivité thermique

 

C’est la propriété qu’ont les matériaux à transmettre la chaleur par conduction après contact des surfaces d’échanges.

Le watt par mètre-kelvin (W/m.K) est l'unité de mesure de conductivité thermique. Cela traduit le fait qu’un un flux thermique de 1 watt se produit entre deux plans parallèles distants de 1 mètre. C’est une grandeur physique identifiée pour chaque matériau.

 

Quelques grandeurs et exemple pour mieux comprendre :

 

 

La conductivité thermique permet de déterminer la résistance thermique d’un matériau :

Si un corps physique à une capacité intrinsèque à conduire plus ou moins facilement la chaleur, en raisonnant à l’inverse, on peut dire qu’il a une capacité physique à plus ou moins résister à la transmission de l’énergie sous forme de chaleur. Cette capacité est influencée par l’épaisseur du matériau puisque les grandeurs de la conductivité thermique sont exprimées pour 1 m d’épaisseur

On en déduit donc la valeur de résistance thermique : 

R en m²K/W = e (épaisseur en m) / λ en W/mK

 

 

Exemple pour mieux comprendre :

Si on considère un matériaux isolant dont la conductivité thermique est de 0.04 W/m.K. Sa résistance pour :

  • 10 cm d’épaisseur sera de : R= 0.1 (m)/0,04 (W/mK) -> 2.5 m².K/W
  • pour 15 cm d’épaisseur sera de : R= 0.15 (m)/0,04 (W/mK) -> 3.75 m².K/W
  • pour 20 cm d’épaisseur sera de : R= 0.20 (m)/0,04 (W/mK) -> 5.00  m².K/W

 

Zoom sur la physique de la conductivité :

L’origine de cette capacité est microscopique:

A l’échelle atomique, dans les solides, on distingue pour la conductivité thermique deux types de contributeurs, qui additionnent leurs effets :

  • La conductivité thermique électronique, qui est liée aux déplacements des électrons libres, de la conductivité électrique.
  • La conductivité thermique de réseau, qui est liée aux vibrations des atomes, appelés « phonons », dans le réseau des liaisons chimiques du matériau. Elle peut être vue comme le transfert d’énergie de particules les plus énergétiques vers les particules les moins énergétiques, à cause des interactions prenant place entre elles.

C’est pour cette raison qu’un conducteur électrique est forcément un bon conducteur thermique (à l’instar des métaux comme le cuivre), mais qu’un mauvais conducteur électrique peut également être un très bon conducteur thermique par son réseau (ex : le diamant).

La chaleur est caractérisée par la vibration des atomes. Sur la face chaude du solide, les vibrations des atomes sont très fortes : les liaisons chimiques transmettent ces vibrations jusqu’à la face froide. Cette conductivité est très dépendante du degré d’ordre ou de désordre du matériau de l’échelle atomique à sa microstructure : plus il est ordonné, plus ces vibrations sont facilement transmises, et plus le matériau est conducteur de cette énergie. C’est pour cette raison que tous les solides denses sont bons conducteurs( ayant la microstructure la plus ordonnée) , et que les fluides, dont la matière à l’état gazeux, sont de moins bons conducteurs thermiques ( ayant une structure désordonnée) .

 

 

 

 

 

 

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