Physique–Chimie — 2nde Bac Pro — Année 2025–2026
Chapitre 11 — Transferts thermiques et équilibre thermique
Énergie • Bâtiment • Thermique
Dernière mise à jour : 31 juillet 2026, 02:52
- Comprendre la notion de transfert thermique et d’équilibre thermique.
- Savoir qu’élever (ou abaisser) la température d’un corps exige un apport (ou une perte) d’énergie, et que cette énergie s’exprime en joules.
- Identifier et distinguer les trois modes de transfert thermique.
- Calculer l’énergie à apporter à un corps pour élever sa température, à partir de sa masse et de sa chaleur massique.
- Pour aller plus loin : définir le flux thermique \(\Phi\) et la résistance thermique \(R_{th}\), et les relier à l’isolation du bâtiment (parois, fenêtres, portes).
Situation professionnelle — Rénovation énergétique d'un pavillon
Un technicien en rénovation énergétique remplace les fenêtres simple vitrage d'un pavillon par du double vitrage. Il doit calculer le flux thermique qui traverse l'ensemble vitrage + cadre, en comparant les résistances thermiques des matériaux (bois, PVC, aluminium) pour valider la conformité aux normes d'isolation (réglementation thermique des bâtiments existants).
1. Le transfert thermique
Un transfert thermique (ou « transfert de chaleur ») est un échange d’énergie entre deux corps possédant des températures différentes. Ce transfert se fait spontanément du corps chaud vers le corps froid, jusqu’à ce que les deux corps atteignent la même température.
Deux corps sont en équilibre thermique lorsqu’ils ont atteint la même température : le transfert thermique net s’annule alors.
- Un outil de fraisage sort de l’usinage à 120 °C et se refroidit progressivement en transférant de la chaleur vers l’air de l’atelier (20 °C) jusqu’à l’équilibre.
- Un atelier froid en hiver : le chauffage transfère de la chaleur vers les murs et l’extérieur. Plus les murs isolent, moins le transfert est rapide et moins on consomme d’énergie.
En physique, on ne dit pas « le froid entre » mais « la chaleur sort ». L’énergie thermique est transférée toujours du chaud vers le froid.
Dans un atelier, un fer à souder chaud à 70 °C est posé sur un support en acier resté à 18 °C.
- Dans quel sens se fait le transfert thermique ?
- Exprimer ces deux températures en kelvins (\(T_{(\text{K})} = \theta_{(\text{°C})} + 273\)).
- Que peut-on dire des deux corps lorsque l'équilibre thermique est atteint ?
a. Le transfert se fait spontanément du corps chaud vers le corps froid, donc du fer à souder (70 °C) vers le support en acier (18 °C).
b. \(70 + 273 = \mathbf{343\,\text{K}}\) pour le fer et \(18 + 273 = \mathbf{291\,\text{K}}\) pour le support.
c. Les deux corps atteignent la même température (comprise entre 18 °C et 70 °C) : le transfert thermique net s'annule.
Chauffer ou refroidir : une question d’énergie
Élever la température d’un corps exige de lui apporter de l’énergie. À l’inverse, la température d’un corps ne diminue que s’il perd de l’énergie.
- Le radiateur d’un logement apporte de l’énergie à la pièce : sa température monte.
- Une fois le chauffage coupé, la pièce perd de l’énergie à travers les murs et les fenêtres : sa température redescend.
L’unité de l’énergie thermique : le joule
L’énergie échangée sous forme thermique est notée \(Q\). Comme toutes les énergies, elle s’exprime en joules (J) dans le Système international.
Le joule est une unité petite à l’échelle du bâtiment : on emploie donc couramment ses multiples, ainsi que le kilowattheure (kWh), unité de facturation de l’énergie.
\( 1\ \text{MJ} = 1\,000\,000\ \text{J} \)
\( 1\ \text{kWh} = 3\,600\,000\ \text{J} \) Le kilowattheure vaut 3 600 000 J car 1 kW = 1 000 W et 1 h = 3 600 s : \(1\,000 \times 3\,600 = 3\,600\,000\).
Un radiateur électrique fournit \( Q = 2\,700\,000\ \text{J} \) à un bureau pendant une matinée. Exprimer cette énergie en kJ, en MJ, puis en kWh.
En kilojoules : \[ Q = \frac{2\,700\,000}{1\,000} = 2\,700\ \text{kJ} \] En mégajoules : \[ Q = \frac{2\,700\,000}{1\,000\,000} = 2{,}7\ \text{MJ} \] En kilowattheures : \[ Q = \frac{2\,700\,000}{3\,600\,000} = 0{,}75\ \text{kWh} \] C’est cette dernière valeur, 0,75 kWh, qui apparaîtra sur la facture d’électricité.
Une pompe à chaleur fournit \( Q = 4\ \text{kWh} \) de chaleur à un logement au cours d'une matinée d'hiver.
- Exprimer cette énergie en joules, puis en mégajoules.
- La température du logement monte pendant cette matinée : le logement reçoit-il ou perd-il de l'énergie ?
- La pompe à chaleur est ensuite arrêtée et la température intérieure redescend. Qu'en déduit-on pour l'énergie du logement ?
a. \( Q = 4 \times 3\,600\,000 = \mathbf{14\,400\,000\ \text{J}} \), soit \( \dfrac{14\,400\,000}{1\,000\,000} = \mathbf{14{,}4\ \text{MJ}} \).
b. Sa température augmente : le logement reçoit de l'énergie (celle que lui apporte la pompe à chaleur).
c. Sa température diminue : le logement perd de l'énergie, qui part vers l'extérieur, plus froid.
2. Les trois modes de transfert thermique
Conduction
Par contact direct, d’atome à atome, sans déplacement de matière. Efficace dans les solides, surtout les métaux.
Convection
Par déplacement d’un fluide (liquide ou gaz) qui transporte l’énergie thermique. Naturelle ou forcée.
Rayonnement
Par ondes électromagnétiques (infrarouge), sans milieu matériel nécessaire. Tout corps au-dessus de 0 K rayonne.
2.1 La conduction
La chaleur se propage de proche en proche par contact entre atomes ou molécules voisines : les particules les plus agitées (côté chaud) transmettent une partie de leur énergie aux particules moins agitées (côté froid).
- Très efficace dans les métaux (bons conducteurs : acier, aluminium, cuivre).
- Faible dans les isolants (bois, laine de verre, polystyrène).
- Une cuillère métallique laissée dans une casserole chauffe au contact du liquide jusqu’à devenir brûlante.
- La poignée en bois d’un marteau chauffe bien moins que si elle était en acier.
- Chaleur transmise d’un tuyau de colle chauffant vers le pistolet.
2.2 La convection
La chaleur est transportée par le déplacement macroscopique d’un fluide (gaz ou liquide) qui emporte l’énergie thermique avec lui.
- Convection naturelle : l’air chaud (moins dense) monte, l’air froid descend, créant une circulation spontanée.
- Convection forcée : un ventilateur ou une pompe accélère ce mouvement.
- Chauffage de l’atelier par convecteur : l’air chauffé au contact du radiateur monte et se répartit dans la pièce.
- VMC (ventilation mécanique contrôlée) : un ventilateur assure une convection forcée qui renouvelle l’air du logement et évacue l’humidité.
2.3 Le rayonnement
Tout corps à une température supérieure à 0 K émet des ondes électromagnétiques (principalement dans l’infrarouge à température ordinaire). Ce transfert ne nécessite aucun milieu matériel (il fonctionne dans le vide).
- Chaleur ressentie du soleil : l’énergie solaire traverse le vide de l’espace par rayonnement.
- Lampe infrarouge pour le séchage de peinture : en carrosserie ou finition de meubles, les lampes IR réchauffent la pièce sans contact.
- Un corps humain dans un atelier froid perd de la chaleur par rayonnement vers les parois froides.
Pour chaque situation, indiquer le mode de transfert thermique dominant : conduction, convection ou rayonnement.
- La poignée en acier d'une porte de four devient brûlante alors qu'on ne l'a pas approchée de la flamme.
- Un radiateur à eau chaude réchauffe une pièce : l'air chauffé au contact du radiateur monte et circule.
- On ressent la chaleur d'un feu de cheminée à plusieurs mètres, sans aucun contact.
a. Conduction : la chaleur se propage de proche en proche dans le métal solide, par contact entre atomes voisins.
b. Convection : c'est le déplacement de l'air (fluide) qui transporte l'énergie thermique dans la pièce.
c. Rayonnement : l'énergie est transmise par ondes infrarouges, sans milieu matériel de contact.
3. Le flux thermique
Le flux thermique \(\Phi\) (phi) est la puissance du transfert thermique : c’est la quantité d’énergie thermique transférée par unité de temps.
Plus le flux \(\Phi\) est grand, plus le transfert est rapide. Un bon isolant thermique réduit fortement \(\Phi\).
Une paroi laisse passer 3 600 J de chaleur en 1 heure. \[ \Phi = \frac{3\,600}{3\,600} = \mathbf{1\,\text{W}} \] C’est un transfert très faible, caractéristique d’une bonne isolation.
Animation — Équilibre thermique
Deux blocs à des températures différentes échangent de la chaleur et convergent vers une température d’équilibre commune.
Les températures convergent exponentiellement vers l’équilibre (loi de Newton du refroidissement).
4. La résistance thermique
La résistance thermique \(R_{th}\) caractérise la capacité d’un matériau à s’opposer au transfert thermique par conduction. Plus \(R_{th}\) est grand, plus le matériau isole bien.
Pour un mur plan d’épaisseur \(e\), de surface \(S\) et de conductivité thermique \(\lambda\) :
Le flux traversant ce mur en régime permanent est :
Cette relation, en régime permanent, s’appelle la loi de Fourier.
\(R_{th}\) joue pour la chaleur le même rôle que la résistance électrique \(R\) pour le courant : on peut écrire \(\Phi = \Delta T / R_{th}\) comme on écrit \(I = U / R\) (loi d’Ohm).
Dans ce chapitre, \(R_{th}\) désigne la résistance thermique d'une paroi pour une surface \(S\) donnée. La formule \(R_{th} = e/(\lambda S)\) modélise un transfert par conduction à travers une paroi homogène, en régime permanent (températures constantes dans le temps). Elle ne prend pas en compte les échanges avec l'air ni la géométrie complexe d'une paroi réelle.
Un panneau de bois de pin (\(\lambda = 0{,}12\,\text{W·m}^{-1}\text{·K}^{-1}\)) de 18 mm d'épaisseur constitue un vantail de porte de surface 1,8 m².
- Calculer la résistance thermique \(R_{th}\) de ce panneau.
- Calculer le flux thermique \(\Phi\) qui le traverse si la différence de température entre les deux faces est de 15 °C.
a. \(e = 18\,\text{mm} = 0{,}018\,\text{m}\)
\[ R_{th} = \frac{e}{\lambda \cdot S} = \frac{0{,}018}{0{,}12 \times 1{,}8} = \frac{0{,}018}{0{,}216} \approx \mathbf{0{,}083\,\text{K/W}} \]b. \(\Delta T = 15\,\text{K}\)
\[ \Phi = \frac{\Delta T}{R_{th}} = \frac{15}{0{,}018/0{,}216} = 15 \times 12 = \mathbf{180\,\text{W}} \]Ce panneau laisse passer environ 180 W de chaleur en régime permanent.
On veut fabriquer un panneau isolant de 40 mm d'épaisseur et de 2 m² de surface. Comparer la résistance thermique d'un panneau en polystyrène expansé (\(\lambda = 0{,}035\,\text{W·m}^{-1}\text{·K}^{-1}\)) et d'un panneau en bois de pin (\(\lambda = 0{,}12\,\text{W·m}^{-1}\text{·K}^{-1}\)) de mêmes dimensions.
- Calculer \(R_{th}\) pour chaque matériau.
- Quel matériau isole le mieux ? Quel est le rapport des résistances ?
\(e = 0{,}04\,\text{m}\), \(S = 2\,\text{m}^2\)
Polystyrène : \[ R_{th}^{PS} = \frac{0{,}04}{0{,}035 \times 2} \approx \mathbf{0{,}57\,\text{K/W}} \]
Pin : \[ R_{th}^{pin} = \frac{0{,}04}{0{,}12 \times 2} \approx \mathbf{0{,}17\,\text{K/W}} \]
b. Le polystyrène isole mieux (plus grande \(R_{th}\)). Le rapport est : \[ \frac{R_{th}^{PS}}{R_{th}^{pin}} \approx \frac{0{,}57}{0{,}17} \approx 3{,}4 \] Le polystyrène isole environ 3,4 fois mieux que le bois de pin à épaisseur égale.
Un panneau de laine de verre (\(\lambda = 0{,}04\,\text{W·m}^{-1}\text{·K}^{-1}\), épaisseur 100 mm, surface 10 m²) isole le toit d'un atelier. La température intérieure est 18 °C et la température extérieure est −2 °C.
- Calculer \(R_{th}\) de l'isolation.
- Calculer le flux thermique \(\Phi\) qui s'échappe par le toit.
- Combien d'énergie (en kJ) est perdue en 1 heure ?
a. \(e = 0{,}10\,\text{m}\), \(\lambda = 0{,}04\,\text{W·m}^{-1}\text{·K}^{-1}\), \(S = 10\,\text{m}^2\) \[ R_{th} = \frac{0{,}10}{0{,}04 \times 10} = \frac{0{,}10}{0{,}40} = \mathbf{0{,}25\,\text{K/W}} \]
b. \(\Delta T = 18 - (-2) = 20\,\text{K}\) \[ \Phi = \frac{20}{0{,}25} = \mathbf{80\,\text{W}} \]
c. En 1 heure : \(t = 3\,600\,\text{s}\) \[ Q = \Phi \times t = 80 \times 3\,600 = 288\,000\,\text{J} = \mathbf{288\,\text{kJ}} \]
Une fenêtre simple vitrage a les caractéristiques suivantes : épaisseur de la vitre \(e = 6\,\text{mm} = 0{,}006\,\text{m}\), conductivité thermique du verre \(\lambda = 1{,}0\,\text{W·m}^{-1}\text{·K}^{-1}\), surface \(S = 1{,}5\,\text{m}^2\). On considère une journée d'hiver où la température intérieure est maintenue à 19 °C et la température extérieure est de −1 °C.
⚠ Modèle simplifié : on ne prend ici en compte que la conduction à travers la vitre seule, sans les échanges avec l'air. Les valeurs obtenues surestiment les pertes réelles d'une fenêtre.
- Calculer la résistance thermique \(R_{th}\) de la vitre.
- En déduire le flux thermique \(\Phi\) qui traverse cette vitre selon ce modèle.
- Calculer l'énergie totale \(Q\) correspondante en une journée complète (24 heures). Donner le résultat en kWh et en MJ.
a. Résistance thermique (modèle simplifié) :
\[ R_{th} = \frac{e}{\lambda \cdot S} = \frac{0{,}006}{1{,}0 \times 1{,}5} = \frac{0{,}006}{1{,}5} = 4 \times 10^{-3}\,\text{K/W} \]b. Flux thermique (modèle simplifié) :
\[ \Delta T = 19 - (-1) = 20\,\text{K} \] \[ \Phi = \frac{\Delta T}{R_{th}} = \frac{20}{4 \times 10^{-3}} = \mathbf{5\,000\,\text{W} = 5\,\text{kW}} \]Ce résultat, très élevé, illustre la limite du modèle : il ne tient compte que de la conduction pure dans le verre, sans les résistances d'échange avec l'air des deux côtés.
c. Énergie en 24 heures (modèle simplifié) :
\[ t = 24 \times 3\,600 = 86\,400\,\text{s} \] \[ Q = \Phi \times t = 5\,000 \times 86\,400 = 432\,000\,000\,\text{J} = \mathbf{432\,\text{MJ}} \]En kWh : \(Q = 5\,\text{kW} \times 24\,\text{h} = \mathbf{120\,\text{kWh}}\)
5. Conductivités thermiques de matériaux du bâtiment
| Matériau | \(\lambda\) (W·m−1·K−1) | Catégorie |
|---|---|---|
| Air (immobile) | 0,025 | Isolant |
| Polystyrène expansé | 0,035 | Isolant |
| Laine de verre | 0,04 | Isolant |
| Bois de pin | 0,12 | Isolant naturel |
| Bois de chêne | 0,17 | Isolant naturel |
| Verre | 1 | Peu isolant |
| Acier | 50 | Conducteur |
| Aluminium | 230 | Très conducteur |
Avec \(\lambda \approx 0{,}12\text{–}0{,}17\,\text{W·m}^{-1}\text{·K}^{-1}\), le bois est un bon isolant naturel : il est nettement plus isolant que le verre ou les métaux usuels (acier, aluminium). À épaisseur égale, le bois isole environ 6 à 8 fois mieux que le verre et plusieurs centaines de fois mieux que l’acier.
Pour une paroi de 4 cm d’épaisseur et 1 m² de surface, comparer la résistance thermique du bois de pin et de l’acier :
\[ R_{th}^{\text{pin}} = \frac{0{,}04}{0{,}12 \times 1} \approx 0{,}33\,\text{K/W} \qquad R_{th}^{\text{acier}} = \frac{0{,}04}{50 \times 1} = 8 \times 10^{-4}\,\text{K/W} \] La résistance du bois de pin est environ 400 fois plus grande que celle de l’acier : le bois isole beaucoup mieux.
Comparaison des conductivités thermiques λ (W·m−1·K−1) — échelle logarithmique
Les valeurs de λ s’étalent sur 4 décades : de l’air (0,025) à l’aluminium (230). L’échelle logarithmique permet de toutes les visualiser.
6. Applications à l’isolation du bâtiment
6.1 Fenêtres et portes : bois vs aluminium vs PVC
Le choix du matériau de cadre influence fortement les déperditions thermiques :
- Cadre bois : excellent isolant naturel (\(\lambda \approx 0{,}12\,\text{W·m}^{-1}\text{·K}^{-1}\)), durable, écologique.
- Cadre PVC : bon isolant (\(\lambda \approx 0{,}17\,\text{W·m}^{-1}\text{·K}^{-1}\)), peu coûteux, peu de maintenance.
- Cadre aluminium brut : mauvais isolant (\(\lambda = 230\,\text{W·m}^{-1}\text{·K}^{-1}\)) sauf avec une rupture de pont thermique.
6.2 Vitrage : simple, double et triple vitrage
Un double vitrage est composé de deux vitres séparées par une lame de gaz (argon ou air). La lame d’argon, très peu conductrice (\(\lambda_{\text{argon}} \approx 0{,}017\,\text{W·m}^{-1}\text{·K}^{-1}\)), améliore fortement l’isolation thermique par rapport à un simple vitrage. Le triple vitrage ajoute une troisième vitre pour encore mieux isoler, dans le cadre des exigences actuelles de performance énergétique des bâtiments (RE2020).
6.3 Calcul du flux à travers une fenêtre — coefficient U
En pratique, on caractérise la performance thermique d’une fenêtre par son coefficient global de transmission thermique \(U\) (en W·m−2·K−1). Ce coefficient tient compte de la conduction dans les matériaux, des échanges avec l’air et de la structure complète de la fenêtre.
| Type de vitrage | \(U\) typique (W·m−2·K−1) |
|---|---|
| Simple vitrage | ≈ 5,8 |
| Double vitrage air | ≈ 2,9 |
| Double vitrage argon | ≈ 1,4 |
| Triple vitrage | ≈ 0,7 – 1,0 |
Une fenêtre de surface \(S = 1{,}2\,\text{m}^2\), avec \(\Delta T = 20\,\text{K}\) (atelier à 20 °C, extérieur à 0 °C).
Simple vitrage (\(U = 5{,}8\,\text{W·m}^{-2}\text{·K}^{-1}\)) : \[ \Phi_{\text{SV}} = 5{,}8 \times 1{,}2 \times 20 = \mathbf{139\,\text{W}} \] Double vitrage argon (\(U = 1{,}4\,\text{W·m}^{-2}\text{·K}^{-1}\)) : \[ \Phi_{\text{DV}} = 1{,}4 \times 1{,}2 \times 20 = \mathbf{34\,\text{W}} \] Le double vitrage argon réduit fortement les déperditions par rapport au simple vitrage (ici environ 4 fois moins).
Dans ce chapitre, on utilise des modèles simplifiés pour comprendre les transferts thermiques. Dans une situation réelle, les déperditions d’une fenêtre dépendent aussi du cadre, des lames d’air ou de gaz, des échanges avec l’air intérieur et extérieur, de la ventilation et de la structure complète de la fenêtre. Le coefficient \(U\) intègre l’ensemble de ces effets.
7. L’énergie nécessaire pour élever la température d’un corps
On vient de le voir : un corps dont la température monte a reçu de l’énergie. Reste la question du chauffagiste et du menuisier : combien ? Pour dimensionner un ballon d’eau chaude, une étuve de séchage ou le chauffage d’un atelier, il faut un nombre, pas une tendance.
La chaleur massique \( c \) d’un matériau est l’énergie qu’il faut apporter à 1 kg de ce matériau pour élever sa température de 1 °C. Elle s’exprime en J·kg⁻¹·K⁻¹ et ne dépend que de la nature du matériau.
Plus la chaleur massique est grande, plus il faut d’énergie pour faire monter la température : l’eau est, de loin, le matériau le plus « coûteux » à chauffer parmi ceux du tableau ci-dessous — c’est précisément pour cela qu’on s’en sert pour transporter la chaleur dans un circuit.
| Matériau | Chaleur massique \( c \) (J·kg⁻¹·K⁻¹) |
|---|---|
| Eau liquide | 4 180 |
| Air | 1 000 |
| Aluminium | 900 |
| Acier | 500 |
| Cuivre | 385 |
avec \( Q \) l’énergie échangée en joules (J), \( m \) la masse en kilogrammes (kg), \( c \) la chaleur massique en J·kg⁻¹·K⁻¹ et \( \Delta T = \theta_{\text{finale}} - \theta_{\text{initiale}} \) la variation de température.
1. \( \Delta T \) se lit indifféremment en °C ou en K. C’est une différence de températures : passer de 20 °C à 60 °C, c’est +40 °C, et c’est aussi +40 K. Les deux échelles sont décalées de 273,15, mais ce décalage disparaît dans une soustraction. Ne convertissez donc pas — ce serait une erreur.
2. La relation ne vaut que tant que le corps ne change pas d’état. Pendant une fusion ou une vaporisation, la température ne bouge plus alors que l’énergie continue d’entrer : c’est l’objet du chapitre 12.
- Repérer les trois données : la masse \( m \) en kg, la chaleur massique \( c \), les deux températures.
- Calculer \( \Delta T = \theta_{\text{finale}} - \theta_{\text{initiale}} \).
- Écrire \( Q = m \times c \times \Delta T \), puis remplacer.
- Conclure avec l’unité, et convertir si l’énoncé le demande (1 kJ = 1 000 J ; 1 MJ = 1 000 000 J ; 1 kWh = 3 600 000 J).
Un installateur met en service un ballon de 200 L. L’eau du réseau arrive à 15 °C et doit atteindre 60 °C. On rappelle que 1 L d’eau pèse environ 1 kg, donc \( m = 200 \) kg.
Variation de température : \( \Delta T = 60 - 15 = 45 \) °C.
Énergie : \( Q = 200 \times 4\,180 \times 45 = \mathbf{37\,620\,000\ \text{J}} \), soit 37,62 MJ.
Sur la facture : \( 37\,620\,000 \div 3\,600\,000 \approx \mathbf{10{,}45\ \text{kWh}} \) — l’ordre de grandeur d’une journée de consommation électrique d’un logement.
Un chaudronnier porte une pièce d’acier de \( m = 1{,}5 \) kg de 20 °C à 220 °C. Chaleur massique de l’acier : \( c = 500 \) J·kg⁻¹·K⁻¹.
- Calculer l’énergie \( Q \) à fournir, puis l’exprimer en kilojoules.
- On fournit cette même énergie à une pièce d’aluminium de même masse (\( c = 900 \) J·kg⁻¹·K⁻¹). De combien sa température s’élève-t-elle ?
- Laquelle des deux pièces monte le plus vite en température, à énergie égale ? Justifier en une phrase.
a. \( \Delta T = 220 - 20 = 200 \) °C, donc \( Q = 1{,}5 \times 500 \times 200 = \mathbf{150\,000\ \text{J}} = \mathbf{150\ \text{kJ}} \).
b. On isole \( \Delta T \) dans la relation : \( \Delta T = \dfrac{Q}{m \times c} = \dfrac{150\,000}{1{,}5 \times 900} = \dfrac{150\,000}{1\,350} \approx \mathbf{111\ \text{°C}} \).
c. L’acier : à masse et énergie égales, il monte de 200 °C quand l’aluminium ne monte que de 111 °C. Sa chaleur massique est presque deux fois plus petite, donc il faut moins d’énergie pour le même écart de température.
8. Tableau de synthèse
| Grandeur | Symbole | Unité | Formule | Signification |
|---|---|---|---|---|
| Flux thermique | \(\Phi\) | Watt (W) | \(\Phi = Q/t\) | Puissance du transfert thermique |
| Résistance thermique | \(R_{th}\) | K/W | \(R_{th} = e/(\lambda S)\) | Opposition au transfert thermique |
| Conductivité thermique | \(\lambda\) | W·m−1·K−1 | — | Propriété intrinsèque du matériau |
| Différence de température | \(\Delta T\) | K (ou °C) | \(\Delta T = T_c - T_f\) | « Force motrice » du transfert |
| Chaleur massique | \(c\) | J·kg⁻¹·K⁻¹ | \(Q = m \times c \times \Delta T\) | Énergie à apporter à 1 kg pour l’élever de 1 °C |
| Loi de Fourier (régime permanent) : \(\Phi = \Delta T / R_{th}\) | ||||
9. À retenir
- Le transfert thermique se fait spontanément du corps chaud vers le corps froid jusqu’à l’équilibre thermique. Élever la température d’un corps exige de lui apporter de l’énergie ; l’abaisser suppose qu’il en perde. Cette énergie \(Q\) s’exprime en joules (J) — et 1 kWh = 3 600 000 J.
- Les trois modes sont : conduction (solides, contact), convection (fluides, déplacement) et rayonnement (ondes électromagnétiques, sans milieu).
- Pour élever la température d’un corps, l’énergie à lui apporter vaut \(Q = m \times c \times \Delta T\) — avec \(m\) en kg, \(c\) la chaleur massique du matériau en J·kg⁻¹·K⁻¹ et \(\Delta T\) la variation de température, qui se lit indifféremment en °C ou en K.
- Le flux thermique \(\Phi\) (en W) est la puissance échangée : \(\Phi = Q/t\).
- La résistance thermique \(R_{th} = e/(\lambda S)\) mesure la capacité à isoler. Grand \(R_{th}\) = bon isolant.
- Le bois est un bon isolant naturel (\(\lambda \approx 0{,}12\,\text{W·m}^{-1}\text{·K}^{-1}\)), nettement plus isolant que le verre ou les métaux usuels. Il est bien adapté aux cadres de fenêtres et aux portes, en cohérence avec les exigences de la RE2020.
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