Présentation
Auteur(s)
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Patrick DEPECKER : Docteur-ingénieur, Docteur ès-sciences - Professeur de l’Université Claude Bernard Lyon 1
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Christian INARD : Maître de conférences de l’Université Claude Bernard Lyon 1 - Docteur-ingénieur
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleINTRODUCTION
Le génie climatique est l’un des domaines d’application privilégié de la discipline des transferts thermiques. Sa particularité réside dans une exploitation des lois de base sous une forme plus ou moins simplifiée, compatible avec la pratique du métier d’ingénieur. Bien que les moyens de calcul soient, depuis une trentaine d’années, en constante progression, il demeure indispensable de disposer de règles de calcul adaptées. Le calcul prédictif, validé par l’expérimentation, des performances d’un propulseur d’avion justifie une modélisation fine, appelant souvent des travaux de recherche approfondis. Le calcul des installations de génie climatique, quant à lui, supporte et exige des outils de modélisation plus simples, pour des raisons à la fois opérationnelles, techniques et économiques, mais aussi pour préserver la cohérence de l’ensemble des modèles utilisés. Il serait en effet incorrect de modéliser très finement un transfert conductif dans une paroi, alors que les coefficients d’échanges de surface ne sont connus que très approximativement et varient beaucoup sur la globalité de cette surface.
Cependant, les outils de calcul du génie climatique ont fait d’importants progrès au cours des dernières décennies. L’informatisation massive des bureaux d’études a permis l’apparition de modèles de calcul capables de prendre en compte le régime variable pour certaines applications de l’ingénierie. Ces modèles demeurent simplifiés par rapport aux instruments de la recherche en transfert thermique. On trouvera donc dans cet article un rappel des lois physiques, telles qu’elles peuvent être mises en œuvre dans le domaine du génie climatique. Leur caractère fondamental est donc en rapport avec l’objectif visé et le lecteur pourra, s’il souhaite en connaître l’origine, consulter d’autres articles des Techniques de l’Ingénieur ou d’autres ouvrages, plus spécialisés sur les fondements des lois de transferts thermiques. Il s’agit donc là d’une base de connaissance des mécanismes macroscopiques que l’ingénieur pourra utilement exploiter pour l’étude des systèmes physiques auxquels il est confronté.
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Lois fondamentales de l’échange thermique radiatif4. Globalisation des échanges
4.1 Remarque liminaire
Les exemples de traitement de problèmes de thermique présentés dans cette partie sont traités en régime permanent de température. Les cas de régime instationnaire (non permanent) sont fréquents dans notre domaine, mais leurs traitements obligent l’utilisation de l’ordinateur. Par exemple, la simulation du comportement thermique de l’enveloppe d’un bâtiment ne peut être faite sans prendre en compte la grande variabilité des sollicitations climatiques, externes, mais aussi celle des sollicitations internes multiples comme les dégagements de chaleur des personnes, des machines, de l’éclairage, ... On se trouve donc confronté à la question de la méthode d’approche d’un problème physique et technologique.
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Si l’on a besoin, pour caractériser le système physique, d’en simuler le comportement en régime variable, pour en donner, par exemple, les crêtes de fonctionnement thermique, ou bien sa rapidité de réponse, on a recours à des outils numériques fondés sur les lois énoncées dans les paragraphes précédents. Ces outils se présentent sous la forme de logiciels spécialisés, éventuellement utilisables en bureau d’études.
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Dans de nombreux cas d’études techniques, la caractérisation des systèmes peut se faire en régime permanent de température. Soit parce que les matériels fonctionnent effectivement en régime quasi‐permanent, la régulation des flux de chaleur se faisant par simple interruption, soit parce que la caractérisation se fait en régime de fonctionnement normal, c’est‐à‐dire sur une consigne normalisée. Dans certains cas, la consigne place le système dans une situation quasi‐extrême, conduisant à le dimensionner pour les régimes de fonctionnement les plus défavorables.
Comme nous l’avons signalé dans l’introduction, les ingénieurs du génie climatique utilisent de plus en plus les outils informatiques permettant de traiter les problèmes en régime instationnaire des températures. Néanmoins, le dimensionnement des systèmes se fait souvent sous contrainte quasi‐extrémale, en régime permanent. C’est la raison pour laquelle il nous paraît pertinent de présenter quelques exemples simples d’applications sous ce régime de température.
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