Généralités sur les propriétés thermiques et l’influence du climat sur la zone d’étude

 La thermodynamique permet de prévoir la quantité totale d’énergie qu’un système doit échanger avec l’extérieur pour passer d’un état d’équilibre à un autre. La thermique (ou thermocinétique) se propose de décrire quantitativement (dans l’espace et dans le temps).l’évolution des grandeurs caractéristiques du système, en particulier la température, entre l’état d’équilibre initial et l’état d’équilibre final. Les deux notions fondamentales en transferts thermiques sont la température et la chaleur. La température caractérise l’état d’un corps ; la chaleur exprime un échange d’énergie. Lorsque deux points dans l’espace sont à des températures différentes, il y a systématiquement transfert de chaleur toujours du corps « chaud » vers le corps « froid ».

TRANSFERT THERMIQUE

Un transfert thermique, appelé plus communément chaleur, est un transfert d’énergie microscopique désordonnée. Cela correspond en réalité à un transfert d’agitation thermique entre particules, au gré des chocs aléatoires qui se produisent à l’échelle microscopique [29 ,30]. L’étude de ces transferts s’effectue dans le cadre de la discipline thermodynamique en s’appuyant sur ces trois modes.

MODES DE TRANSFERT DE CHALEUR

La conduction : Le phénomène de conduction pure se rencontre essentiellement dans les solides ou les fluides fixes, la propagation de la chaleur à travers un ou plusieurs éléments en contact direct. Le sens du flux thermique va toujours de l’élément le plus chaud vers l’élément le plus froid. La quantité de chaleur qui se propage dans un corps, dans un temps donné, est proportionnelle à la conductivité thermique du matériau et à la différence de température entre les deux faces. 

La Convection

La convection est le transfert de la chaleur d’un corps solide vers un corps gazeux et inversement. La quantité de chaleur transmise dépend de la différence de température entre  les éléments de la vitesse de l’air et de la surface de contact. Par exemple, un vent froid et puissant se refroidira très rapidement 

Le rayonnement 

C’est l’échange de chaleur entre deux parois séparées par un milieu transparent ou semi transparent. Les matériaux ont la propriété d’absorber ou quantités d’énergie). Dans la transmission de chaleur par rayonnement, le transfert thermique s’effectue par des vibrations électromagnétiques entre deux surfaces (mê entre eux, par le déplacement d’ondes dans l’espace [28,31,32]. Exemple : L’enveloppe thermique d’un l’environnement extérieur. C’est au travers de cette enveloppe que passe la chaleur.  Conduction : le mur chauffe par conduction et perd de la chaleur vers l’extérieur.  Convection : le vent accélère l’échange thermique en local sur le mur par convection.  Rayonnement : le Soleil chauffe le mur par rayonnement. Le Soleil réchauffe le toit par rayonnement.  Conduction : la chaleur du soleil est transmise à travers le toit au reste de la structure du bâtiment.  Convection : le vent refroidit le toit avec un vent frais. Le Soleil, le vent et la vitre elle  Convection : le vent refroidi la vitre par convection.  Rayonnement : le Soleil chauffe l’intérieur de la piè L’intérieur de la pièce lui l’extérieur. Figure II.1 Généralités sur les propriétés thermiques et l’influence du climat sur la zone d’étude. les éléments de la vitesse de l’air et de la surface de contact. Par exemple, une paroi exposée à un vent froid et puissant se refroidira très rapidement [28,31,32]. C’est l’échange de chaleur entre deux parois séparées par un milieu transparent ou semi transparent. Les matériaux ont la propriété d’absorber ou d’émettre des photons (ou des Dans la transmission de chaleur par rayonnement, le transfert thermique s’effectue par des vibrations électromagnétiques entre deux surfaces (même dans le vide). Sans aucun contact entre eux, par le déplacement d’ondes dans l’espace [28,31,32]. bâtiment est l’enveloppe qui sépare le volume chauffé de ‘environnement extérieur. C’est au travers de cette enveloppe que passe la chaleur. : le mur chauffe par conduction et perd de la chaleur vers l’extérieur. : le vent accélère l’échange thermique en local sur le mur par convection. : le Soleil chauffe le mur par rayonnement. Le Soleil réchauffe le toit par rayonnement. : la chaleur du soleil est transmise à travers le toit au reste de la structure du : le vent refroidit le toit avec un vent frais. Le Soleil, le vent et la vitre elle-même participent aux échanges de chaleur. : le vent refroidi la vitre par convection. : le Soleil chauffe l’intérieur de la pièce à travers la surface transparente. L’intérieur de la pièce lui-même perd une partie de son énergie par rayonnement vers  une paroi exposée à C’est l’échange de chaleur entre deux parois séparées par un milieu transparent ou semi- ’émettre des photons (ou des Dans la transmission de chaleur par rayonnement, le transfert thermique s’effectue par des ide). Sans aucun contact est l’enveloppe qui sépare le volume chauffé de ‘environnement extérieur. C’est au travers de cette enveloppe que passe la chaleur. : le mur chauffe par conduction et perd de la chaleur vers l’extérieur. : le vent accélère l’échange thermique en local sur le mur par convection. : la chaleur du soleil est transmise à travers le toit au reste de la structure du même participent aux échanges de chaleur. ce à travers la surface transparente. même perd une partie de son énergie par rayonnement vers . 

QUELQUES DEFINITIONS THERMIQUES

Flux thermiques : Le flux thermique est la quantité d’énergie thermique qui traverse une surface isotherme par unité de temps. Le flux s’exprime en watt (W) ou en calorie par seconde (cal.s-1 ) [33] . Q dt    Densité de flux thermique : La densité de flux thermique (ou flux thermique surfacique), c’est le flux thermique par unité de surface. La densité de flux thermique s’exprime en watt par mètre carré (W.m-2 ) [29]. dT dx    Si la densité de flux est uniforme sur la surface considérée : S   Conductivité thermique(λ) : C’est la propriété des corps de transmettre la chaleur par conduction. Chaque matériau possède une conductivité thermique propre. Pour classer les matériaux selon ce critère, on utilise le coefficient lambda (λ).Il s’exprime en watts par mètre degré kelvin (W/m. °K) ou parfois en (W/m. °C) et représente la quantité de chaleur traversant un mètre carré de matériau d’une épaisseur d’un mètre, C’est une caractéristique constante et propre à chaque matériau. Plus la valeur de ce coefficient est faible, plus le matériau est isolant [25]. Figure II.2 : Représentation de flux thermique. [18] Matériaux Conductivité λ (W/m.°K) Matériaux Conductivité λ (W/m.°K) Ciment portland 0,29 Parpaing béton 1,05 Béton 1,7 Mortier béton 1.50 Air 0,025 Brique creuse 0,45 Chapitre II : Généralités sur les propriétés thermiques et l’influence du climat sur la zone d’étude. 19 Bois 0,04 – 0,4 Pierre granit 3.50 Alcool, huile 0,1 – 0,21 Brique à alvéoles 0,149 Sol 1,5 Béton cellulaire 0,13 Caoutchouc 0,16 Béton de fibre de bois 0.10 – 0.15 Eau 0,6 Polystyrène expansé 0,039 Brique pleine 1,16 Polystyrène extrude 0.031 Liège 0,046 Laine de verre 0.035 Liège expansé 0.032 – 0.045 Laine de roche 0.040 Verre cellulaire 0.050 – 0.63 Laine de cellulose 0.035 – 0.040 Granulat de verre 0.06 – 0.11 Vermiculite 0,060 – 0,080 Fer 72 Cuivre 380 Tableau (II.1) : Conductivité thermique de quelques matériaux  La résistance thermique d’un matériau caractérise sa capacité à ralentir le transfert de chaleur réalisé par conduction. C’est le rapport entre l’épaisseur du matériau et le coefficient de conductivité thermique.