Présentation
Auteur(s)
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Magdeleine HUETZ-AUBERT : Docteur ès Sciences - Directeur de Recherche Émérite au Centre National de la Recherche Scientifique
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Sorïn KLARSFELD : Docteur de l’Université de Paris - Ancien Chef de Laboratoire à Saint-Gobain Recherche
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Philippe de DIANOUS : Ingénieur de Recherche, ISOVER Saint-Gobain, CRIR, Rantigny (pour l’annexe 2)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Ce texte fait suite à l’article consacré au rayonnement thermique des matériaux opaques [1]. Pour ces derniers, les interactions rayonnement-matière, c’est‐à‐dire les processus de réflexion, d’absorption et d’émission sont considérés comme des phénomènes de surface ou d’interface.
Un milieu semi-transparent (MST) est susceptible, non seulement de réfléchir à sa « surface » une fraction d’un rayonnement incident, mais aussi sur une distance appréciable, voire sur toute son épaisseur, d’absorber, de diffuser ou de transmettre l’autre fraction et simultanément d’émettre. Une étude de la propagation du rayonnement à l’intérieur de la matière, inutile pour les matériaux opaques, est donc indispensable dans le cas d’un MST.
Les définitions des grandeurs physiques (coefficients, facteurs monochromatiques...) et les équations (équation de transfert radiatif, bilan de flux pour le MST...) des trois premiers paragraphes sont valables pour tous les MST. Mais les particularités physiques propres aux milieux gazeux avec ou sans particules et leurs conséquences sur le traitement théorique ne seront pas examinées ici et feront l’objet d’un autre article. Les exemples de caractéristiques radiatives 1, d’approximations 4 et d’applications 5 sont réservés à des matériaux denses, solides ou liquides ; de même, seul le couplage du rayonnement avec la conduction est examiné. Autrement dit, le présent article est orienté essentiellement vers ce que l’on appelle, non plus milieux, mais matériaux semi-transparents (également MST) sous deux formes possibles : l’une, dite en masse ou en bloc, concerne par exemple les verres, les céramiques, les semi-conducteurs, les matières plastiques ; l’autre, qualifiée de divisée, comporte plusieurs phases comme les matériaux poreux où le fluide interstitiel reste immobile.
Traitée dans certains laboratoires spécialisés (voir « Pour en savoir plus Rayonnement thermique des matériaux semi-transparents »), l’étude de la propagation du rayonnement dans un MST est un problème complexe tant du point de vue physique que mathématique. Si l’on excepte certains matériaux comme les verres et malgré les techniques expérimentales actuellement disponibles [2], [5], les données sur les caractéristiques radiatives sont rares et les conditions de leur obtention mal définies. Quant à la résolution numérique des équations, elle est abordée dans des géométries particulières et avec des hypothèses simplificatrices, portant entre autres sur la diffusion, l’idéal étant que cette dernière soit négligeable.
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Annexe 2 : facteurs monochromatiques directionnels « polarisés » : réflectivité à une interface ; réflectance, absorptance et transmittance d’une lame7. Annexe 1 : composition des milieux étudiés
Les verres sodocalciques sont caractérisés par trois composants chimiques de base : l’oxyde de silicium SiO2 , introduit sous forme de sable, l’oxyde de calcium CaO et l’oxyde de sodium Na2O. Les pourcentages varient industriellement dans les limites suivantes : SiO2 , 60 à 70 % ; CaO, 7 à 10 % ; Na2O, 13 à 15 %. D’autres oxydes peuvent intervenir dans des proportions plus faibles, de quelques pour-cent de la masse totale : MgO ; Fe2O3 ; Al2O3 ; B2O3 ; etc.
Les trois verres de référence choisis sont les suivants.
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Le verre utilisé pour la réalisation des vitrages selon le procédé de fabrication du flottage. Le verre flotté est obtenu par flottage du verre fondu sur de l’étain fondu ; il fournit un vitrage de qualité glace. Le verre Planilux ou verre flotté type 1 est un verre clair avec un pourcentage de Fe2O3 de 0,09 % (tableau 2). Le pourcentage peut augmenter progressivement, ce qui conduit à des verres de plus en plus foncés. Les verres flottés de type 2, 3, 4 et 5 contiennent des pourcentages de Fe2O3 croissants (tableau 2).
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Le verre à partir duquel sont réalisés industriellement les isolants thermiques fibreux. Le verre isolation standard ou verre isolation 4 est un verre sodocalcique à 4,5 % de B2O3 . Pour les verres isolation de type 1, 2, 3, 5, le pourcentage de B2O3 varie autour de la valeur standard comme indiqué dans le tableau 3.
Les variations très faibles des pourcentages des deux oxydes Fe2O3 et B2O3 mettent bien en évidence la très grande sensibilité des propriétés radiatives des verres à leur composition chimique.
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La silice vitreuse, appelée aussi silice fondue, est constituée de SiO2 pur (99,99 %) sans addition de fondant. Le verre a une structure isotrope résultant de son état vitreux, donc totalement différente de la structure cristalline du quartz, et, par voie de conséquence, aussi des propriétés différentes (masse volumique, indice de réfraction,...
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Annexe 1 : composition des milieux étudiés
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