4.5.1  Conduction thermique

La conduction thermique est le flux de chaleur dans une matière par propagation de l’excitation thermique de particule à particule (fig. 4-22).

fig. 4-22 « Propagation » de la chaleur dans une matière

Le transfert de chaleur par conduction se produit aussi quand deux matières sont en contact immédiat, par ex. : entre une plaque de chauffage électrique et une casserole, entre le fer à repasser et le tissu, etc. (Fig 4-23).

Fig. 4-23 Conduction thermique d’une matière à température élevée à une matière à température plus basse

Il existe de bons et de mauvais conducteurs. La conductivité thermique est exprimée par le coefficient de conduction thermique l. Il représente la quantité d’énergie calorifique transmise en une seconde entre deux surfaces parallèles d’1 m² séparées d’un mètre lors d’une diminution de température d’1 K. L’unité du coefficient de conductibilité thermique l est W/mK.

Fig. 4-24 Coefficient de conductibilité thermique l de différentes matières

La figure montre que le cuivre conduit la chaleur environ 8 fois mieux que le fer, alors que l’air et les matières poreuses « remplies d’air » telles que le liège, la mousse, nos vêtements, etc. conduisent le moins bien la chaleur.
Ces dernières matières sont aussi appelées isolants thermiques.

La conduction thermique est ainsi la propagation de la chaleur dans une matière, ou d’une matière à une autre quand les particules de la matière sont en contact direct.

Qu’arrive-t-il cependant si la chaleur doit être transmise d’un solide à un liquide ou à une matière gazeuse, par exemple, d’un mur à de l’eau ou de l’air ? Ici le contact n’est pas direct car les particules des matières sont en mouvement en permanence, parfois de manière irrégulière. En outre, l’air chauffé ou l’eau chauffée s’élèvent aussitôt en s’éloignant de la source de chaleur. Le transfert thermique ne peut donc pas être aussi parfait que quand deux corps solides sont en contact étroit.

C’est vrai. Pour des fluides en circulation, comme l’eau et l’air, les particules des matières, en raison de leur propre mouvement, n’entrent que superficiellement en contact avec la matière solide ou, en l’occurrence, avec le mur. Ils ne peuvent donc recueillir la chaleur par conduction que pendant ce court contact – plus ou moins selon les particules. Le fluide, eau ou air, n’est ainsi que « réchauffé » et seulement dans la zone près du mur ou de la source de chaleur (Fig 4-25). Cette matière chauffée se dilate, devient plus légère (densité spécifique réduite) et se déplace vers le haut, emportant la chaleur reçue. Il y a donc un flux calorifique. Quand elles circulent, les particules s’échangent leur chaleur obtenue entre elles et avec leur environnement plus froid. Elles échangent aussi leur chaleur avec n’importe quel mur qu’elles rencontrent. Bien entendu, le transfert de chaleur est ici aussi incomplet comme les contacts mutuels ne sont que fugaces.

fig. 4-25 Conduction thermique aux murs

Le transfert de chaleur d’un mur à un fluide crée ainsi toujours dans cette matière un flux qui emporte la chaleur reçue qui peut être re-transférée à un mur solide.