La conductivité thermique est la propriété d’un matériau de conduire la chaleur. Cette propriété est mesurée par le coefficient de conductivité thermique, ou lambda, qui varie en fonction de la température et de la nature du matériau. La conductivité thermique est une propriété importante pour les matériaux utilisés dans les systèmes de chauffage et refroidissement. Elle permet de déterminer le flux thermique dans un système donné. Nous allons voir çà plus en détails ci-dessous.
Qu’est-ce qu’un conducteur ?
Une substance qui conduit la chaleur. En physique, le terme conducteur définit un matériau capable de conduire l’électricité et/ou la chaleur. Cette propriété est mesurée par le coefficient de conductivité thermique ou lambda, qui varie en fonction de la température et de la nature du matériau.
La capacité d’un matériau à conduire certains types de flux énergétiques (thermique: une forme d’ énergie que peut accumuler ou transfert sous certaines conditions ; mais aussi cinétique : déplacement des particules) s’exprime en watt par Kelvin (W·K-1). Plus ce coefficient est grand, plus grande sera sa faculté à transporter les diffusions d’une source chaude vers une source froidesource insuffisante. Un exemple courant afin d’illustrer notre propos est celui du rayonnement infrarouge provenant du soleil absorbée alors que traversent nos vitrages isolés . Si nous avions sur notre toit des panneaux solaires ils absorberais ce rayonnement pour se réchauffer au contact direct avec eux; même si nous faisons venir l’air frais grâce aux gaines isolantes placés entres vos combles aménagés et votre plafond .
Les propriétés des conducteurs
Dans ce chapitre, nous allons examiner les métaux et des matériaux non-métalliques. Nous avancerons dans notre étude en examinant les différents facteurs qui influent sur la conductivité thermique et nous discuterons de leur impact sur certains aspects de l’efficacité énergétique du bâtiment :
- Coefficient de transmission
- Facteur solaire
- Résistance à la diffusion couplée
Estimation du coefficient de conductivité thermique
Une des méthodes d’estimation du coefficient de conductivité thermique est basée sur l’utilisation d’un tube droit, soumis à une variation de la température. La mesure se fait par le biais de l’apparition ou non d’une perte en charge (chute) qui montre que les matériaux présentent un important écoulement thermique
Les différents types de conducteurs
La conductivité thermique d’une substance peut être caractérisée en fonction de multiples variables tels que la température, la nature du matériau, le type de surface (gazeuse ou non), l’état physique ou chimique du matériau (solide, liquide ou gazeux) et ses propriétés intrinsèques. On parle souvent de coefficient de conductivité thermique.
Il est exprimé en W/m²K. Par exemple à 20°C pour le carbone : λ(20 °C)=40000W/m2k ;
- La cinétique :
- Le temps nécessaire à un gaz pour passer dans un autre;
- La vitesse moyenne ;
La résistance thermique : Pour évaluer les performances isolantes des matières , on mesure sa résistivité qui correspond au rapport entre son indice K et son coefficient lambda . Plus ce rapport est grand plus on considère qu’il y a une bonne isolation.(R=1/(λ*I)),
« Les différents types de conducteurs » ont à »un facteur lambda très variable selon les substances. »
Les applications des conducteurs
La conductivité thermique permet de mesurer la capacité d’un matériau à conduire la chaleur, c’est-à-dire sa résistance thermique. Cette donnée joue un rôle important pour calculer les coefficients d’isolation et aider à déterminer les performances des systèmes de chauffage ou climatisation réversibles par exemple.
La conductivité thermique est une propriété qui peut être exploitée pour réduire la consommation énergétique des véhicules. En effet, elle permet d’accroître l’efficacité du système de refroidissement à absorption en diminuant le contact entre l’air et le métal froid.
Il a été constaté que les valeurs lambda sont plus faibles sur certains matériaux (comparés au cuivre) car ils contiennent moins d’imperfections ou d’obstructions pouvant conduire à un contact direct entre l’eau et le métal froid.
Pour conclure, la conductivité thermique d’un matériau est déterminée par sa capacité à transporter la chaleur. Cette valeur est mesurée en watt par mètre kelvin (W/mK) et elle permet de comparer les différents matériaux entre eux.