Chapitre 1 Géneralités sur les transferts de chaleur

M.Chambane 105/11/2021
CHAPITRE 1:
GENERALITES SUR LES TRANSFERTS DE
CHALEUR

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La thermodynamique nous apprend que l’énergie peut être transférée à partir d’interactions entre le
système et son environnement, sous forme de chaleur et de travail. Cependant, la thermodynamique ne
se préoccupe que de l’état initial et de l’état final du système à l’équilibre, et ne fournit aucune
information sur la nature des interactions mises en jeu et sur l’évolution temporelle du système entre
les deux états d’équilibre.
(S)  (S)  
Etat d’équilibre final
(T et p uniformes)
Etat d’équilibre initial
(T et p uniformes) Evolution de (S) au cours du temps T et p non uniformes
Echange d’énergie avec
le milieu extérieur
(S)
GENERALITES SUR LES TRANSFERTS DE CHALEUR

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GENERALITES SUR LES TRANSFERTS DE CHALEUR
Un transfert de chaleur au sein d’un système ne se produit que s’il existe des gradients de température
entre les différentes parties du système, ce qui implique que celui-ci n’est alors pas à l’équilibre
thermodynamique (la température n’est pas uniforme dans tout le système). Au cours de la transformation
du système vers un état d’équilibre final, la température va évoluer à la fois en temps et en espace. Le but
de l’analyse des transferts de chaleur est d’identifier quels sont les modes de transfert mis en jeu au cours
de la transformation et de déterminer quantitativement comment varie la température en chaque point du
système au cours du temps.
La thermodynamique permet de prévoir la quantité totale d’énergie qu’un système doit échanger avec
l’extérieur pour passer d’un état d’équilibre àun autre.
La thermique (ou thermocinétique) se propose de décrire quantitativement (dans l’espace et dans le temps)
l’évolution des grandeurs caractéristiques du système, en particulier la température, entre l’état d’équilibre
initial et l’état d’équilibre final.

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GENERALITES SUR LES TRANSFERTS DE CHALEUR
1. Définitions
1.1. Champ de température
Les transferts d’énergie sont déterminés à partir de l’évolution dans l’espace et dans le temps de la
température : T = f (x,y,z,t). La valeur instantanée de la température en tout point de l’espace est un
scalaire appelé champ de température. Nous distinguerons deux cas :
- Champ de température indépendant du temps : le régime est dit permanent ou stationnaire.
- Evolution du champ de température avec le temps : le régime est dit variable ou transitoire.
1.2. Gradient de température
La variation de température par unité de longueur est caractérisée par le gradient de température :
Avec : vecteur unitaire de la normale et 
 dérivée de la température le long de la normale.

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GENERALITES SUR LES TRANSFERTS DE CHALEUR
1. Définitions
1.3. Mesure de la quantité de chaleur
Des expériences quotidiennes montrent que la quantité de chaleur à apporter à un corps pour augmenter sa
température dépend:
De l’augmentation de la température que l’on désire lui communiquer ;
De la masse m du corps à chauffer
De la nature du corps à chauffer
La quantité de chaleur Q qu’il faut apporter à un corps de masse m pour faire passer sa température de 
 est
donnée par la formule:        
Avec :
Q : énergie calorifique (J)
m : Masse du corps (kg)
c : Chaleur massique du corps ( 
: Température initiale du corps avant qu’il n’ait reçu Q
: Température du corps après qu’il ait reçu la quantité de chaleur Q