Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Jean-Pierre DORY
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Françoise EVIN
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Michel PIRO : Ingénieurs à la Direction des Études et Recherches d’Électricité de France
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le chauffage électrique par rayonnement infrarouge est fondé sur le transfert d’énergie par rayonnement entre une source émettrice constituée d’éléments chauffants électriques et un corps à chauffer qui absorbe tout ou partie de cette énergie. C’est donc une application directe des lois du rayonnement thermique.
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La mise en œuvre de ce type de chauffage nécessite toutefois des technologies spécifiques et la conception des fours et équipements thermiques utilisant le rayonnement infrarouge (IR) se différencie souvent fortement de celle des fours à résistances usuels. Aussi, ce mode de chauffage constitue-t-il depuis longtemps un domaine autonome avec des applications industrielles nombreuses et originales.
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L’intérêt du chauffage par rayonnement infrarouge vient essentiellement de son efficacité énergétique élevée qui tient à plusieurs facteurs :
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il permet un transfert d’énergie d’un corps à un autre sans besoin, à la différence du chauffage par convection, de support intermédiaire et sans absorption sensible de l’énergie émise par le milieu les séparant ;
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l’énergie rayonnée peut être concentrée, focalisée, guidée et réfléchie de façon analogue à la lumière, ce qui donne une flexibilité et une adaptabilité remarquables ;
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l’inertie thermique est généralement faible, ce qui supprime les longues périodes de mise en chauffe ou de maintien ;
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la densité de puissance peut être très importante puisque la différence de température entre la source et le corps à chauffer est souvent élevée, ce qui conduit à des installations compactes et des vitesses de traitement élevées ;
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le rayonnement pénètre sur une certaine profondeur dans la matière, ce qui améliore l’homogénéité de chauffage et accélère le transfert d’énergie.
En revanche, les lois du rayonnement thermique montrent qu’il est difficile de traiter avec une excellente homogénéité de température des produits de forme tourmentée, sauf si la conduction et la convection permettent de réduire suffisamment rapidement les hétérogénéités.
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Le rayonnement infrarouge est donc surtout adapté au chauffage de produits qui se présentent sous forme de bandes ou de nappes ou encore sont suffisamment répétitifs par leur forme ou leur taille, pour des applications à des températures relativement basses, généralement inférieures à 700 oC. En dépit de cette limitation, les applications industrielles concernées sont très nombreuses (séchage, cuisson, grillage, polymérisation, stérilisation, traitement thermique, etc.), de même que les secteurs d’activité (industries mécaniques, textiles, papetières, alimentaires, des plastiques, des enductions, des matériaux de construction, etc.)
Cet article est une actualisation du texte rédigé par Maurice ORFEUIL et Danièle RAYMOND et paru en 1986 dans ce traité. Une partie du texte a été conservée.
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Technologie1. Lois fondamentales du rayonnement infrarouge
1.1 Domaine spectral
Le rayonnement infrarouge appartient aux rayonnements électromagnétiques. La description de ces phénomènes revêt deux aspects indissociables et complémentaires.
HAUT DE PAGE
Les rayonnements électromagnétiques peuvent être décomposés en un spectre constitué de radiations périodiques simples, les radiations monochromatiques, interprétées comme les oscillations de champs électromagnétiques et caractérisées notamment par leur fréquence f. Ces ondes se propagent sans atténuation dans le vide avec une célérité c0 , appelée vitesse de la lumière et égale à 2,997 9 · 108 m/s.
La longueur d’onde λ, distance séparant deux crêtes successives de l’onde, est liée à la fréquence f par la relation :
Cette dernière relation reste valable dans un milieu non conducteur de l’électricité autre que le vide en substituant à c0 la vitesse de propagation c de l’onde dans ce milieu :
avec n indice de réfraction du milieu.
La longueur d’onde et la célérité varient donc en fonction du milieu de propagation alors que la fréquence est un invariant. L’habitude a toutefois été prise, en thermique industrielle, de se référer plus à la longueur d’onde qu’à la fréquence ; cela ne pose pas de difficulté dans les cas usuels, car l’indice de réfraction de l’air est très voisin de l’unité.
La propagation des ondes électromagnétiques et leur interaction avec la matière obéissent aux équations de Maxwell.
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Lois fondamentales du rayonnement infrarouge
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - WIERDA (R.) - Flicker et scintillement des sources lumineuses, - Cahier technique MERLIN GERIN, revue no 176, Édition déc. 1995, 23 p.
-
(2) - EVIN (F.) - 3-D simulation of infrared ovens using a ray-tracing method. - EUROTHERM SEMINAR no 36 à Poitiers, 21-23 sept. 1994, p. 361-7, ELSIEVER.
-
(3) - LEMAITRE (A.), GLISE (D.) - Comparaison des techniques radiantes pour le séchage du papier - . Compte-rendu des 10es journées scientifiques de l’AFSIA, 1 et 2 déc. 1992/AFSIA/cahier no 7. Association Française de Séchage dans l’industrie et l’Agriculture ENSIGC.
-
(4) - VAN DENEND (T.) - Effective Use of Infrared Heating for Textile Coating and Laminating Applications. Journal of Coated Fabrics, Volume 23, Oct. 1993, pages 131-149. - Technomic Publishing Co., Inc.
-
(5) - SIEGEL (R.), HOWELL (J.R.) - Thermal Radiation Heat Transfer. - Hemisphere publishing corporation ISBN 0-89116-271-2. 1992.
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...
DENIS (A.) - Étude expérimentale et modélisation du chauffage par rayonnement infrarouge de polymères semi-cristallins. - Institut National des Sciences appliquées Rouen (1995).
HAUT DE PAGE
ADRIA (Association pour le Développement de la Recherche Agroalimentaire). - http://www.adria.tm.fr/home/
CETIAT (Centre Technique des Industries Aérauliques et Thermiques). - http://www.cetiat.fr/
CTP (Centre Technique du Papier). - http://www.ctp.inpg.fr/
HAUT DE PAGE3 Constructeurs et fournisseurs (liste non exhaustive)
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Fournisseurs de tubes
BRAY - http://www.bray.com/
CETAL - http://www.cetal.fr/
ETIREX Chromalox
HERAEUS - http://www.heraeus.com/
KANTHAL - http://www.kanthal.com/
OSRAM - http://www.osram.fr/
PHILIPS...
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