Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
L’effusivité intervient dans les processus de conduction thermique variables dans le temps. Cette propriété thermique caractérise la tenue des matériaux aux chocs thermiques, lors des opérations de trempe, d’usinage ou de laminage. Plus concrètement, elle renseigne sur la capacité d’un corps à modifier sa température lors d’un apport d’énergie thermique non uniforme. Elle joue un rôle important dans des secteurs variés autres que métallurgiques, comme la chaîne du froid alimentaire ou la variation jour/nuit de la température du sol.
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Auteur(s)
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Jean-Claude KRAPEZ : Ingénieur de recherche à l’Office National d’Études et de Recherches Aérospatiales - Ingénieur et Docteur de l’École Centrale de Paris
INTRODUCTION
Parmi toutes les propriétés thermiques, l’effusivité est probablement celle à laquelle on prête le moins attention. Pourtant, lorsque l’on s’intéresse aux processus dynamiques de transfert de la chaleur par conduction, on peut s’apercevoir que la conductivité thermique et la capacité thermique volumique interviennent de façon couplée et que le groupement constitué de leur produit est déterminant dans la relation liant la chaleur apportée au matériau et les variations de température qui en découlent. L’ effusivité, qui correspond à la racine de ce produit, est en fait une propriété essentielle qui conditionne, par exemple, la tenue des matériaux aux chocs thermiques, les opérations de trempe, d’usinage et de laminage, la mise en froid des produits alimentaires, les variations jour/nuit de la température des sols, la sensation de chaud et froid lors du toucher, etc.
La mesure de l’effusivité d’un matériau nécessite de perturber son équilibre thermique en lui apportant de la chaleur et de relever les variations induites de température. Le dossier Mesure de l’effusivité thermique- Méthodes par contact a pour objet de présenter les méthodes de mesure de l’effusivité qui sont basées sur un apport d’énergie par contact. Un deuxième dossier Mesure de l’effusivité thermique- Méthodes photothermiques traite des méthodes de mesures de l’effusivité où l’apport d’énergie est radiatif et donc sans contact. Il s’agit de la classe des méthodes photothermiques.
Notations et symboles des dossiers [R 2 957] Mesure de l’effusivité thermique- Méthodes par contact Mesure de l’effusivité thermique- Méthodes photothermiques
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Performances des méthodes4. Choix de la méthode
La méthode à retenir pour effectuer des mesures d’effusivité est déterminée à partir :
-
des caractéristiques géométriques et structurelles de la pièce ou des échantillons à tester ;
-
de la plage de température à explorer ;
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de la possibilité ou non d’effectuer une mesure par contact ;
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de la préparation des échantillons exigée par les différentes méthodes ;
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de l’incertitude de mesure recherchée ;
-
du temps de mesure autorisé ;
-
du budget prévu pour l’acquisition de l’appareil puis pour l’exécution des mesures.
Nul doute que s’il s’agit de caractériser des pièces homogènes de plusieurs centimètres de côté, les méthodes par contact décrites en Mesure de l’effusivité thermique- Méthodes par contact répondront au problème. La méthode du plan chaud conviendra si seule l’effusivité est recherchée. La méthode du ruban chaud ainsi que celle du disque chaud permettront d’estimer simultanément l’effusivité et la diffusivité d’une éprouvette épaisse. Pour les plaques de seulement quelques millimètres d’épaisseur, la méthode « source plane dynamique » fournira également ces deux propriétés. Ces méthodes fonctionnent en symétrique (deux éprouvettes identiques de part et d’autre de la sonde) ou en asymétrique (la sonde, plaquée contre l’éprouvette, est recouverte d’un matériau d’effusivité très faible).
La méthode du ruban chaud existe aussi à l’échelle « microscopique ». Associée à la méthode 3ω pour la mesure de la température, elle permet la mesure de l’effusivité et de la diffusivité à des échelles...
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Choix de la méthode
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CARSLAW (H.S.), JAEGER (J.C.) - Conduction of heat in solids - . Oxford, Clarendon Press, 2ème éd. 510 p., 1959.
-
(2) - STEHFEST (H.) - Numerical inversion of Laplace transforms - . Comm. of the ACM, 13, 10, 624, 1970.
-
(3) - Métrologie Thermique et Techniques Inverses - . École d’hiver METTI ’99, 25-30 janvier 1999, Odeillo, vol. 1-2, Presses Universitaires de Perpignan, 1999.
-
(4) - Thermal Measurements and Inverse Methods - . Eurotherm School, Aussois 2005, vol. 1-2, 2005.
-
(5) - ANDRE (S.), PHILIPPI (I.), REMY (B.) - Méthode flash et estimation de paramètres - . Métrologie thermique et techniques inverses, École d’hiver – METTI ’99, 25-30 janvier 1999, Odeillo, Volume 2 : Ateliers, Presses universitaires de Perpignan.
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