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puce Effusivité thermique

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1- DÉFINITIONS

Elle indique la capacité des matériaux à absorber (ou restituer) plus ou moins rapidement un apport de chaleur. L'effusivité caractérise la sensation de «chaud» ou de «froid» que donne un matériau.

L'effusivité d'un matériau est sa capacité à échanger de l'énergie thermique avec son environnement.

L’effusivité thermique d'un matériau est donnée par la formule :

formule

où λ est sa conductivité thermique, ρ sa masse volumique, et c sa capacité thermique massique. L'unité S.I. d'effusivité est le (J/K/m³).(m²/s) .


L'unité la plus pratique pour la nommer en S.I. est une vitesse . Une entropie par unité de surface, soit une densité de flux d'entropie.mètre, ce qui donne une représentation plus "concrète" de l'effusivité thermique.


Si la valeur d'effusivité est élevée, le matériau absorbe rapidement beaucoup d'énergie sans se réchauffer notablement en surface (métal, pierre, faïence...). A l'inverse une valeur d'effusivité faible indique que le matériau se réchauffe rapidement en surface en absorbant peu de chaleur (isolant, bois...). La valeur Ef exprime combien de kilojoules [kj/m2.S.°C] ont pénétré sur 1 m² de surface de matériau, 1 seconde après qu’elle a été mise en contact avec une autre surface de 1 m² plus chaude qu’elle de 1 °C. Tout comme la diffusivité, elle utilise la capacité thermique et la conductivité thermique du matériau pour son calcul.

 

2- THÉORÈME DU CONTACT THERMIQUE

Soit un matériau 1, d'effusivité E1 à la température T1, mis en contact avec un matériau 2 d'effusivité est E2 et de température T2. On suppose que la mise en contact se fait par une surface plane parfaitement lisse. On néglige donc la résistance de contact. Quelle est immédiatement après le contact la température de surface des deux matériaux ?
La réponse n'est évidemment pas T1 ni T2, mais assez vraisemblablement entre les deux. Ce n'est pas aussi (T1+T2)/2 car on conçoit que la diffusivité importe, ainsi que la capacité thermique des matériaux. La réponse est donc :

formule theoreme du contact thermique

Par exemple, si on pose la main sur du bois et de l'acier de même température (disons 20°C), l'acier paraît plus froid car son effusivité est de 14 000 (J/Km³)(m²/s) et celle de la peau 400. La température alors ressentit par les capteurs de la peau est : (14000.20 + 400.37) / 14400 = 20.47 °C. Par contre, pour le bois d'effusivité de l'ordre de 400 , la température ressentit (400.20 + 400.37) / 800 = 28.5°C : le bois est ressenti comme une matière "chaude", alors que sa température est la même que celle de la pièce 20°C .

 

3- EFFUSIVITÉ DE LA TERRE CRUE

 

Matériaux Dimensions     Lambda masse
volumique		 capacité
thermqiue		 Effusivité
Type L(cm) l(cm) h(cm) W/m.K kg/m³ Kj/m³.°C (Kj/K/m³)x(m²/s)
BTCC 2 22 10,5 10,5 0,263 2000 2000 1025,67
BTCC 3 33,5 22 10,5 0.263 2000 2000 1025,67

 

Le tableau ci-dessous donne les valeurs de matériaux standard :

Matériaux Effusivité
(Kj/K/m³)x(m²/s)
Bois massif 312
Maçonnerie 420
Botte de paille 90
Béton céllulaire 215
Peau 400

 

Par comparaison nous remarquons que la BTCC est très performante, cinq fois plus que le béton cellulaire par exemple.

 



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