Transferts de chaleur

L’Habitat est un besoin vital pour l’Homme, lui permettant de vivre en toute sérénité et dans le confort dans son milieu et ses environnements. En général, le but de l’Homme est de se protéger contre les effets négatifs du climat et obtenir une ambiance intérieure confortable. De ce fait, l’orientation optimale d’un bâtiment à usage d’habitation tient compte des conséquences causées par le rayonnement solaire, des effets du vent et des influences directes du site de construction. On rencontre dans le bâtiment les trois types de transfert thermique [01], [02] :
– Transfert par rayonnement : pour l’enveloppe externe du bâtiment, la source naturelle d’énergie est le soleil ;
– Le phénomène de convection se produit entre l’air ambiant et toute surface avec laquelle il est en contact direct ;
– La chaleur se propage ensuite par conduction à travers les murs. Cette propagation dépend des caractéristiques des matériaux les constituant.

TRANSFERTS DE CHALEUR 

Il y a transfert de chaleur entre deux points d’un même corps ou entre deux corps lorsque les températures y sont différentes. Le transfert s’effectue toujours de la région où la température est la plus élevée vers la région où la température est la plus faible. On distingue trois types de transfert de chaleur : la conduction, la convection et le rayonnement [01], [02].

Conduction
La conduction est la propagation de la chaleur de molécules à molécules, ou d’atomes à atomes ou encore d’ions à ions au sein d’un même corps ou dans plusieurs corps contigus, sans qu’il y ait mouvement de ce corps.

Convection
Le phénomène de convection est la propagation de chaleur qui se produit lorsque la température d’un fluide en mouvement, liquide ou gaz, en contact avec la paroi délimitant un solide, est différente de la température de cette dernière. Ces deux types de transmission de chaleur nécessitent des supports matériels, des corps solides et/ou des fluides.

Rayonnement
Le rayonnement est l’émission par un corps d’ondes électromagnétiques qui sont les vecteurs de ce transfert de chaleur. Les ondes appartiennent au domaine de l’infrarouge et du visible et sont émises dans toutes les directions. Aucun support matériel n’est nécessaire pour leur propagation. Dans la pratique, ces trois modes de transfert coexistent. Nous nous intéressons plus particulièrement au transfert de chaleur par convection et conduction, le transfert radiatif pouvant être négligé lorsque les températures sont proches de la température ambiante.

Convection 

Les différents modes de convection 

Convection naturelle
On dit qu’il y a convection naturelle quand la mise en mouvement du fluide se fait par différence de températures dans le fluide et champ de force massique ; dans ce cas, il y a mise en mouvement naturelle du fluide due à la naissance de gravité au sein de ce fluide.

Convection forcée
On est en présence d’une convection forcée quand la mise en mouvement du fluide se fait par création d’une surpression ou dépression dans le fluide. On peut réaliser ce phénomène à l’aide d’organes mécaniques : ventilateur pour les gaz et pompes pour les liquides. Cependant, les mouvements de l’air dans l’atmosphère sont dus à des différences de pressions et leurs effets sont à classer dans les phénomènes de convection forcée.

THEORIE THERMIQUE DES MATERIAUX DE CONSTRUCTION 

Le but principal de la construction est de mettre les occupants à l’abri de divers effets climatiques, en créant un microclimat intérieur satisfaisant pour l’exercice de leurs activités. Selon les textes officiels du D.T.U. relatifs aux règles thermiques, la température intérieure de base est comprise entre 18 et 22°C pour les locaux d’habitation et 19,5°C pour l’ensemble des pièces. Or, ces conditions intérieures sont liées à celles de l’extérieur par l’intermédiaire de l’enveloppe du bâtiment [04]. La face externe d’un mur est la surface verticale en contact direct avec les intempéries telles la chaleur, le froid et la pluie. Le mur doit résister à la variation climatique, mais la charge thermique qui le traverse dépend des matériaux qui le constituent.

Caractéristiques thermiques 

Notre étude se focalise sur les propriétés thermiques conductives des matériaux, la conductivité et la diffusivité, ainsi que les facteurs caractérisant le transfert par conduction par différents régimes.

Conductivité thermique 

Dans le cas des matériaux homogènes et isotropes, la conductivité est un scalaire positif. Sa valeur dépend de la température, du degré d’humidité, de la densité du matériau. Lorsqu’on se limite aux températures ambiantes, on peut retenir une seule valeur de conductivité thermique. Des matériaux poreux présentant les mêmes composantes, mais possédant de masses volumiques différentes résultant de la mise en œuvre, auront de conductivités différentes. Cette propriété permet de faire une classification des matériaux quant à leur capacité d’isolation. Ainsi, les isolants thermiques sont caractérisés par une conductivité inférieure ou égale à 0,17 W.m-1.°C-1 .

Des valeurs de la conductivité thermique de certains matériaux existent dans la littérature scientifique [01], [02], [03], [06]. Pour d’autres cependant, on est obligé d’avoir recours à des estimations ou à des modèles lorsqu’il n’est pas possible de procéder à des mesures.

Diffusivité 

Définition
Nous avons présenté dans le chapitre I (1.08) l’expression de la diffusivité thermique. On la définit comme la capacité de propagation des ondes thermiques à travers un milieu avec une répartition continue dans de nombreuses directions. C’est une caractéristique du comportement du matériau en régime instationnaire [02]. Nous développons sa signification physique dans le § C.II.2 ci-après. La description du comportement thermique des matériaux dans les conditions réelles d’utilisation fait intervenir la conductivité et/ou la diffusivité.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
PARTIE I : RAPPELS THEORIQUES ET METHODES
CHAPITRE I TRANSFERTS DE CHALEUR
Introduction
A. Conduction
B. Convection
C. Transfert couplé de chaleur : conduction et convection
D. Transfert de chaleur par rayonnement
E. Problème de transfert de chaleur par conduction
Conclusion
CHAPITRE II THEORIE THERMIQUE DES MATERIAUX DE CONSTRUCTION
Introduction
A. Caractéristiques thermiques
B. Comportement thermique des matériaux en régime permanent
C. Comportement thermique des matériaux en régime établi
Conclusion
CHAPITRE III LES METHODES DE RESOLUTION DU TRANSFERT DE CHALEUR EN REGIME TRANSITOIRE
Introduction
A. Système
B. Méthodes de résolution
Conclusion
PARTIE II : APPLICATIONS ET RESULTATS
CHAPITRE IV BRIQUES STABILISEES
Introduction
A.. Elaboration des échantillons
B. Appareils de mesure
C. Présentation des échantillons
D. Autres matériaux
Conclusion
CHAPITRE V RESULTATS ET COMMENTAIRES
Introduction
A. En régime permanent et établi
B. En régime transitoire
C. Méthodologie utilisée
D. Recommandations et perspectives
Conclusion
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE/WEBOGRAPHIE
TABLE DES MATIERES
ANNEXES

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