THERMIQUE

Bilan thermique

Conservation d’une grandeur extensive : P = S + E

Une grandeur physiqueG est dite « extensive » lorsque sa valeur est proportionnelle à la dimension du système qu’elle caractérise. Par exemple, la masse, le volume, l’énergie, l’entropie (ou degré de désordre d’un système) et la charge électrique sont des grandeurs extensives, alors que la masse volumique, la température et la pression ne le sont pas. Exprimer la conservation d’une grandeur extensive, c’est simplement énoncer le principe suivant : la quantité de G produite dans un domaine donné D entre deux instants est, soit stockée dans D, soit échangée entre D et son environnement. Cette assertion relève du « bon sens » : par exemple, la somme algébrique des naissances et des décès dans un pays (production P) correspond exactement à la variation de sa population (stockage S), si la somme de ses flux migratoires (échanges E) est nulle. La physique distingue certaines grandeurs extensives, qualifiées de « conservatives » : leur production P est toujours nulle ; ainsi Lavoisier énonçait-il, à propos de la masse, le fameux aphorisme « Rien ne se perd, rien ne se crée ».

Résolution d’un problème de thermique : bilan thermique P_th = S_th + E_th

On appelle « bilan thermique » d’un système quelconque l’équation de conservation de son énergie d’agitation thermique. En général, la température étant une fonction de l’espace et du temps, ce bilan prend la forme d’une équation différentielle dont la solution dépend évidemment de l’état initial de ce système et des conditions aux limites qui lui sont imposées. La résolution de ce problème, longtemps soumise au savoir-faire des méthodes mathématiques classiques, est aujourd’hui souvent confiée à des logiciels numériques de plus en plus nombreux et sophistiqués.

Production d’énergie thermique : P_th

En physique classique et en chimie, l’énergie totale d’un système est une grandeur conservative : on ne peut donc ni la créer, ni la faire disparaître. Il est en revanche possible de transformer une forme énergétique donnée en une autre : par exemple, les accumulateurs et les piles convertissent l’énergie chimique en énergie électrique alors que l’électrolyse réalise l’opération inverse. D’autres mécanismes produisent (P_th > 0) ou absorbent (P_th < 0) l’énergie d’agitation thermique des systèmes.

P_th est nulle dans les systèmes « passifs » comme les murs d’habitation ou les gaines isolantes des fils électriques. La production des systèmes « actifs » est quantifiée par leur puissance volumique p_th : celle-ci se situe entre 1 et 10 kWm^—3dans les zones decombustion chimique, entre 10 et 100 kWm^—3 dans les conducteurs métalliques chauffés par effet Joule et entre 100 et 500 MWm^—3dans les barreaux de combustible nucléaire.

Les changements d’état physique (fusion-solidification, évaporation-liquéfaction et sublimation-condensation) sont très souvent utilisés comme sources et puits de chaleur en raison de la valeur élevée de l’énergie thermique qu’ils mettent en jeu, appelée « chaleur latente ». Par exemple, l’évaporation d’un litre d’eau à la pression atmosphérique (100 ⁰C) consomme 2 260 kJ et sa congélation (0 ⁰C) produit 333 kJ.

Stockage d’énergie thermique : S_th

L’énergie thermique stockée par unité de temps par un système homogène de masse m dont la température varie est donnée par la relation très simple :

$S t h = m C \frac{d T}{d t} .$

Capacités calorifiques massives
Encyclopædia Universalis France

La grandeur C, caractéristique du milieu considéré, est appelée « capacité thermique massique ». Elle s’exprime en J.kg^—1.K^—1 dans le système d’unités internationales.

La « vitesse de chauffage » (ou « de refroidissement » si elle est négative), c’est-à-dire la dérivée temporelle de la température (K.s^—1), joue un rôle important dans la maîtrise et la qualité de nombreux[...]

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Écrit par

Bruno CHÉRON : professeur des Universités, enseignant-chercheur, UMR 6614 CNRS-CORIA

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Classification

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. « ». Encyclopædia Universalis [en ligne], , (consulté le )

Médias

Flux thermique

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Autres références

ARCHITECTURE ÉCOLOGIQUE ou ARCHITECTURE DURABLE
- Écrit par Dominique GAUZIN-MÜLLER
- 5 100 mots
...méthode de management environnemental : Green Building Tool en Amérique du Nord, Breeam au Royaume-Uni, Dbca aux Pays-Bas, Klimaaktivhaus en Autriche. Les pays germaniques mettent l'accent sur l'efficacité énergétique à travers une réglementation thermique contraignante et des labels...
CALORIQUE
- Écrit par Georges KAYAS
- 376 mots
Ancien nom de la chaleur considérée comme un fluide pondérable dérivant du feu platonicien. Passant à travers les parois des vases (à cause de l'acuité de ses arêtes et de ses sommets pointus), il provoquait, d'une part, la dilatation des corps (en s'insinuant entre leurs propres particules qu'il...
CHALEUR
- Écrit par Paul GLANSDORFF
- 985 mots
La première tentative d'interprétation physique assimilait la chaleur à un fluide dit subtil et indestructible dénommé le calorique, répandu partout au sein de la matière. Son passage d'un corps à un autre était notamment responsable du refroidissement du premier et de l'échauffement du second....
CONDUCTIVITÉ ou CONDUCTIBILITÉ, physique
- Écrit par Viorel SERGIESCO
- 668 mots
Grandeur physique caractérisant la propagation, dans un milieu matériel, d'un flux d'électrons (conductivité électrique), d'un flux de chaleur (conductivité thermique) ou d'une perturbation mécanique (conductivité acoustique). Les milieux dans lesquels la propagation est...
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Voir aussi

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Bilan thermique

Conservation d’une grandeur extensive : P = S + E

Résolution d’un problème de thermique : bilan thermique Pth = Sth + Eth

Production d’énergie thermique : Pth

Stockage d’énergie thermique : Sth

ARCHITECTURE ÉCOLOGIQUE ou ARCHITECTURE DURABLE

CALORIQUE

CHALEUR

CONDUCTIVITÉ ou CONDUCTIBILITÉ, physique

Résolution d’un problème de thermique : bilan thermique P_th = S_th + E_th

Production d’énergie thermique : P_th

Stockage d’énergie thermique : S_th