Chauffage par rayonnement infrarouge : Cours d'électrothermie

Préparé par Dr. FOUAKEU NANFACK Gildas A
Institut Universitaire de Technologie (IUT) / Université de Ngaoundéré / Cameroun
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COURS D’ELECTROTHERMIE : Chauffage par rayonnement infrarouge………2020-2021
Objectifs : A la fin de la leçon, L’étudiant sera capable de :
➢ Donner le principe du chauffage par rayonnement;
➢ De définir les grandeurs énergétiques du chauffage par rayonnement ;
➢ Calculer la puissance dissipée par effet du rayonnement.
Prérequis : L’étudiant devra avoir des connaissances sur :
➢ Le chauffage par résistance électrique ;
➢ L’électricité ;
➢ Les transferts de chaleur.
Chapitre 3: Chauffage par
rayonnement infrarouge

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COURS D’ELECTROTHERMIE : Chauffage par rayonnement infrarouge………2020-2021
Table des matières
Introduction ............................................................................................................................................. 3
I) Principe ................................................................................................................................................. 3
II) Eléments constitués ............................................................................................................................ 4
III) Caractérisation du chauffage infrarouge ........................................................................................... 5
IV) Loi de conservation de l'énergie ........................................................................................................ 5
V) grandeurs énergétiques ...................................................................................................................... 6
V.1) La puissance rayonnée par infra-rouge .................................................................................. 6
V.2) Emittance ................................................................................................................................... 7
V.3) Luminance ................................................................................................................................. 7
V.4) Intensité : abréviation I, unités (W.sr-1). ................................................................................. 7
VI) Les corps noirs : définition ................................................................................................................. 8
VI.1) Emittance énergétique totale .................................................................................................. 8
VI.2) Luminance du corps noir ........................................................................................................ 9
VI.3) Flux thermique ......................................................................................................................... 9
VII : Rayonnement des corps réels .......................................................................................................... 9
VIII) Avantages et inconvénients ............................................................................................................. 9
VIII.1) Avantages .............................................................................................................................. 9
VIII.2) Inconvénients ...................................................................................................................... 10
IX) Test de consolidation ....................................................................................................................... 10
X) Exercices d’application ...................................................................................................................... 10

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Introduction
Un corps porté à une température suffisante émet de l'énergie sous forme d'un rayonnement
lumineux. Il se propage en ligne droite, à une vitesse de 300 000 km/s dans le vide ou dans l'air.
Il n'a besoin d'aucun support matériel. Cette énergie dépend de la température du corps émetteur
de deux manières:
en quantité : plus le corps est chaud, plus la quantité de chaleur rayonnée est grande.
en qualité : la couleur du corps dépend de sa température. La longueur d'onde du
rayonnement diminue quand la température augmente. La couleur passe du rouge au
bleu puis au blanc.
Ce mode de chauffage permet un transfert d'énergie d'un corps à un autre, sans qu'il soit
nécessaire d'établir un contact ou des supports intermédiaires.
Parmi les modes de chauffage radiatif, On distingue :
▪ Le chauffage par rayonnement infrarouge solaire dont la source de radiation est le soleil.
▪ Le chauffage par rayonnement infrarouge électrique dont la source de radiation est une
résistance électrique.
Nous nous intéresserons au chauffage par rayonnement infrarouge électrique qui constitue un
cas particulier du chauffage par résistances puisque la source est constituée de résistances
électriques. L'énergie rayonnée peut être concentrée, focalisée, dirigée, réfléchie...
I) Principe

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Le chauffage par infrarouge est une utilisation particulière du chauffage par résistance. Une
résistance parcourue par un courant électrique produit de la chaleur à une température telle
qu'elle émet un fort rayonnement dans des longueurs d'ondes allant de 0,7 µm à 10µm.
On distingue trois domaines de longueur d'onde pour les infrarouges (IR) (figure 3)
Figure 1: Répartition des rayonnements infra-rouge (IR)
dans le spectre des fréquences
II) Eléments constitués
Selon les longueurs d'onde des infrarouges, les éléments d'émission sont différents.
➢ IR Courts
Température d'émission de l'ordre de 2300 °C. On l'obtient avec:
-Des lampes avec réflecteur (puissance de 150 à 350 W);
-Des Tubes de quartz remplis de gaz et contenant un fil de tungstène porté à 2200°C et avec un
réflecteur (Puissance de 1 à 7 KW)
➢ IR Moyens
La température d'émission se situe entre 700 °C et 1300 °C. Elle est obtenue par une résistance
en Nickel-chrome ou Chrome-aluminium placée dans un tube en quartz ou en silice.
➢ IR longs
La température est comprise entre 300 et 600 °C. La résistance est noyée dans une gaine
métallique ou dans une plaque céramique. L'émetteur se présente souvent sous forme de
panneau radiant. La puissance d'un panneau peut atteindre 2,5 kW.

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Figure 2: Panneau radiant
III) Caractérisation du chauffage infrarouge
L'optimisation d'une installation infrarouge nécessite de définir les caractéristiques suivantes :
1. Spectre et densité de puissance
2. Répartition géométrique de l'énergie
IV) Loi de conservation de l'énergie
Lorsqu'un rayonnement arrive sur un corps opaque, celui-ci peut être reparti en énergie :
➢ transmise,
➢ absorbée,
➢ réfléchie,
Pour un corps donné, l'énergie rayonnée, l'émittance, la luminance et le facteur d'absorption sont
variables suivant la longueur d'onde du rayonnement.
Figure 3: Réflexion, transmission et absorption du rayonnement