Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
-
Alain DEGIOVANNI : Directeur du Laboratoire d’énergétique et de mécanique théorique et appliquée (LEMTA) URA-CNRS n 875 - INPL - Nancy I - École Nationale Supérieure d’Électricité et de Mécanique (ENSEM, Nancy)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le but de cet article est de présenter les diverses méthodes de mesure de la conductivité thermique et de la diffusivité thermique de façon succincte, en introduction aux articles spécialisés sur chaque technique.
On s’attachera donc à définir les limites d’utilisation, en particulier vis‐à‐vis des matériaux eux‐mêmes (multimatériaux, composites, poreux, etc.).
Pourquoi caractériser les matériaux ? La réponse à cette question est double :
-
tout d’abord pour les connaître, ce qui peut permettre de les améliorer ;
-
ensuite, permettre aux codes de calcul de fonctionner correctement et être capable de calculer de grandes structures.
Cette réponse montre que le besoin de caractérisation ne peut que s’accroître suite au développement des nouveaux matériaux et des nouveaux instruments de calcul.
La caractérisation thermique des matériaux constitue un domaine important de la métrologie thermique qui concerne les grandeurs liées aux transports de la chaleur. Dans le cas général, elles sont nombreuses et ne peuvent être identifiées au cours d’une même expérience. En effet, le transport peut s’effectuer par conduction, convection, rayonnement, transport de masse, diffusion de masse, changement de phase, réaction chimique, etc. ; autant de modes dont les mécanismes ne sont pas indépendants et qu’il est très difficile de découpler.
À titre d’exemple, nous détaillerons, dans le paragraphe 1, les transferts dans quatre types de milieux :
-
un multicouche ;
-
un nid d’abeilles ;
-
un verre ;
-
un milieu poreux non saturé.
Le lecteur se reportera utilement aux articles :
-
Transmission de l’énergie thermique. Conduction [BE 8 200] du traité Génie énergétique ;
-
Conductivité thermique des isolants Conductivité thermique des isolants et Mesure de la diffusivité thermique par la méthode flash Mesure de la diffusivité thermique par la méthode flash du présent traité.
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Méthodes de mesure en régime quasi établi5. Méthodes de mesure en régime permanent
Elles se caractérisent par la mesure simultanée d’un flux de chaleur traversant l’échantillon et d’une différence de température. Elles permettent d’atteindre la résistance thermique (R ) de l’échantillon.
Le modèle et la méthode d’identification sont élémentaires puisque basés sur le transfert unidirectionnel en régime permanent, soit :
Si l’échantillon est un matériau idéal, on en déduit alors la conductivité thermique du matériau :
Les problèmes sont d’ordres expérimentaux :
-
atteindre le régime permanent ;
-
obtenir un flux unidirectionnel dans l’échantillon ;
-
mesurer ce flux et les températures avec précision.
Deux grandes classes de méthodes existent selon la conductivité du matériau :
-
pour les isolants : la plaque chaude ;
-
pour les conducteurs : la méthode de la barre.
5.1 Plaque chaude
Pour les isolants, la bonne géométrie est constituée par une plaque de faible épaisseur par rapport aux dimensions transverses.
Dans la plaque chaude gardée (ISO 8302), on utilise une garde active pour minimiser les pertes ; le système est symétrique (2 échantillons et 2 plaques froides), le flux est alors obtenu directement par la mesure de la puissance dégagée dans l’enroulement principal de la plaque chauffante (figure 11a ).
Une autre alternative est de mesurer directement le flux thermique par un ou deux fluxmètres ; la figure 11b en montre un exemple, une bonne approximation du flux traversant l’échantillon est donnée par la valeur moyenne (Φ1 + Φ2) / 2 (Φ1 flux à l’entrée de l’échantillon, Φ2 flux à la sortie) ; ce dispositif...
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Méthodes de mesure en régime permanent
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DE VRIENDT (A.-B.) - La transmission de la chaleur. - Gaetan MORIN Éditeur (1984).
-
(2) - GRIGULL (U.), SANDNER (H.) - Heat conduction. - Springer Verlag (1984).
-
(3) - CHAPMAN (A.) - Heat transfer. - 3e Édition, London, Collier Mc Millan Int. Édition (1974).
-
(4) - TAINE (J.), PETIT (J.P.) - Transferts thermiques. - Dunod (1989).
-
(5) - SACADURA (J.F.) - Initiation aux transferts thermiques. - 4e éd., Lavoisier (1993).
-
(6) - GOSSE (J.) - Guide de Thermique. - Dunod.
-
(7) - MARTINET (J.) - Éléments de thermocinétique. - ...
NORMES
-
Isolation thermique. Détermination de la résistance thermique et des propriétés connexes en régime stationnaire. Méthode de la plaque chaude gardée. - ISO 8302 - 1991
-
Matériaux réfractaires. Détermination de la conductivité thermique. Partie 1 : Méthode du fil chaud croisillon. - ISO 8894-1 - 1987
-
Matériaux réfractaires. Détermination de la conductivité thermique. Partie 2 : Méthode du fil chaud parallèle. - ISO 8894-2 - 1990
Sopra CEDIP I 3S
HAUT DE PAGE2 Laboratoires de l’université spécialisés en métrologie thermique
Laboratoire d’énergétique et phénomènes de transfert de Talence.
Centre de thermique de l’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA).
Laboratoires des systèmes énergétiques et transferts thermiques de l’Université de Provence Saint-Jérôme de Marseille.
Laboratoire d’énergétique et de mécanique théorique et appliquée de Vandœuvre-les-Nancy (LEMTA).
Laboratoire de thermocinétique de l’ISITEM de Nantes.
Laboratoire de thermodynamique appliquée aux machines et thermique de l’Université de Paris VI.
Fluides, automatique, systèmes thermiques de l’Université de Paris XI (Orsay).
Institut des Sciences et du génie des matériaux et des procédés du Centre National de la recherche scientifique à Odeillo-Font-Romeu.
Laboratoire d’études thermiques de l’École Nationale Supérieure de Mécanique Appliquée de Poitiers (ENSMA).
Laboratoire de capteurs et instrumentation de l’Université de Lille-Flandres-Artois à Villeneuve d’Asq.
Laboratoire de chimie des matériaux de structures et de thermique du bâtiment de l’IUT Génie Civil d’Amiens.
Laboratoire de géotechnique thermique des matériaux de l’Institut National des Sciences Appliquées de Rennes (INSA).
Laboratoire d’études thermiques des matériaux de l’Institut...
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