Les 3 modes de transfert thermique

Connaissez-vous les trois modes de transfert thermique ? Si oui, savez-vous différencier les termes ‘conduction’ et ‘convection’ ? Si ce n’est pas le cas, voici quelques explications, avec bien sûr une astuce en fin d’article !

– La conduction thermique est spécifique aux solides (bois, métaux, etc), elle est un transfert direct au sein d’un milieu matériel, qui se fait par propagation de proche en proche de la chaleur. Le mouvement d’agitation thermique (flux de chaleur) va toujours des zones chaudes vers les zones froides.
Les mauvais conducteurs (gaz, laine de verre ou polystyrène) sont appelés isolants.

Exemples de conduction :

  • Une conduction thermique se produit entre une personne pieds nus et un carrelage très chaud (le transfert de chaleur va se faire du carrelage aux pieds).
  • Le beurre fond plus vite sur du métal chaud (poêle en acier) que sur d’autres matériaux chauffés (bois), donc le métal est un meilleur conducteur thermique, en effet la conductivité de l’acier (50 W.m-1.K-1) est plus élevée que celle du bois (0,2 W.m-1.K-1).

– La convection thermique est spécifique aux fluides (liquide, gaz, air), ainsi qu’aux éléments déformables (comme les roches à hautes pressions dans le manteau terrestre),  elle est liée au mouvement du fluide, donc à un transport de matière.

L’état fluide regroupe l’état gazeux et l’état liquide qui ont la faculté d’être déformables. Il s’adaptent à la forme du récipient offert, et peuvent s’écouler.

Exemple de convection :

  • Lorsque que l’on met ses mains au dessus d’un feu de cheminée (ou de barbecue), on ressent de l’air chaud, en effet celui-ci est produit par convection. En effet, la convection se fait grâce aux molécules d’air (dioxygène, diazote), qui se trouvent au-dessus du feu (ou d’une plaque chauffante) ; ces molécules montent vers le haut, où il fait plus froid (lors de leur montée, elles entrent en contact avec la main, d’où la sensation de chaleur).
  • Lorsqu’on souffle sur une cuillerée de soupe brûlante, elle refroidit plus vite (les molécules du fluide chaud sont remplacées par de nouvelles molécules à plus basse température).

– Le rayonnement thermique est une émission de rayonnement électromagnétique par un corps chaud, le rayonnement a la particularité de se déplacer dans le vide (rayonnement solaire). L’énergie électromagnétique reçue par le système est absorbée et convertie en énergie thermique (chaleur).

À titre d’information, la plupart des êtres vivants émettent essentiellement des longueurs d’onde située dans l’infra rouge (pour des températures usuelles). Les longueurs d’onde de l’infra rouge sont comprises entre la fin du domaine visible (≈ 700/800 nm ≈ 7.10^-7 m) et le domaine des micro-ondes (≈ 1 mm ≈ 10^6 nm ≈ 10^-3 m).

longueurs_d'onde_micro_ondes_radio_infrarouge_domaine_du_visible_ultra_violet_rayon_x_rayons_gamma

Exemple de rayonnement :

  • En été, le fort rayonnement du Soleil fait chauffer le carrelage des terrasses extérieures. En effet, le rayonnement se fait grâce aux ondes électromagnétique émises par le Soleil, réchauffant alors le carrelage qui capte ces ondes électromagnétique.

Le meilleur exemple regroupant ces trois modes de transfert thermique est celui de la casserole pleine d’eau qui chauffe, comme le montre le schéma ci-dessous :

conduction, convection et rayonnement
conduction, convection et rayonnement

La conduction entre le manche de la casserole (métallique) et la main ; la convection dans le liquide qui bout (mais aussi la convection due aux flammes, en direction de la main) ; et le rayonnement provoqué par les flammes.

L’astuce :

Pour se souvenir que la conduction thermique est spécifique aux solides, il faut se dire que dans ‘conduction’, on a le mot ‘dur’, dur comme les solides !

Pour se souvenir que la convection thermique est spécifique aux fluides, il faut se dire que dans ‘convection’, on a le mot ‘vent’, qui est un mouvement d’air, et ‘l’air’ est considéré comme un fluide.

 

Ps : Dans un prochain article, concernant la structure interne de la Terre, il sera aussi question des transferts thermiques.

Adrien Verschaere
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