Electrothermie - Physique Appliquée

Sommaire
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Electrothermie
Sommaire
Electrothermie ...................................................................................................................................................................3
I) Introduction : ..............................................................................................................................................................3
I.1) Champs d’application: .........................................................................................................................................3
I.2) Justification de l’électrothermie: .........................................................................................................................3
I.3) Avantages: ...........................................................................................................................................................4
I.4) Inconvénients: .....................................................................................................................................................5
II) Définitions .................................................................................................................................................................6
II.1) La température : .................................................................................................................................................6
II.2) La chaleur : ..........................................................................................................................................................6
II.3) Transfert d’énergie thermique,flux de chaleur : ................................................................................................7
II.4) Formulation d’un problème de transfert de chaleur : .......................................................................................7
III) Différents modes de transmission ou génération de la chaleur. .............................................................................8
III.1) Conduction ou diffusion thermique : ................................................................................................................8
III.2) Convection : .................................................................................................................................................... 10
III.3) Rayonnement : ............................................................................................................................................... 11
III.4) Stockage de l’énergie :.................................................................................................................................... 12
III.5) Génération d’énergie : .................................................................................................................................... 12
IV) Résistance et capacité thermique : modélisation. ................................................................................................ 12
IV.1) Résistance thermique : ................................................................................................................................... 12
IV.2) Capacité thermique : ...................................................................................................................................... 15
V) Différents procédés de production de la chaleur : ................................................................................................ 18
V.1) Chauffage par résistance: ................................................................................................................................ 18
V.2) Chauffage par induction : ................................................................................................................................ 18
V.3) Chauffage par rayonnement infrarouge : ....................................................................................................... 19
V.4) Chauffage par micro-onde : ............................................................................................................................ 20
V.5) Chauffage diélectrique : .................................................................................................................................. 20

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V.6) Autres : ............................................................................................................................................................ 21

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Electrothermie
I) Introduction :
I.1) Champs d’application:
L'électrothermie, ou le chauffage à partir d'une source électrique, se caractérise par des domaines d'application très
divers :
 les fours de l’industrie sidérurgique (élaboration, transformation);
 les fours de traitement thermique des métaux (traitement de métaux);
 les fours de raffinage et de l’industrie chimique ;
 les fours de cimenterie ;
 les fours de l’industrie verrière ;
 les fours des industries céramiques et des produits réfractaires.
, matières plastiques (soudage,..), agro-alimentaire, culinaire, séchage (textiles, bois, papier, produits
pharmaceutiques,..), collage....
I.2) Justification de l’électrothermie:
L’électrothermie doit son développement aux caractéristiques
spécifiques de l’énergie électrique:
 continuité et constance des caractéristiques énergétiques
délivrées (tension, fréquence) ;
 facilité de mise en oeuvre, l’électricité pouvant aisément être
transformée en énergies mécanique, thermique, chimique;
 utilisation décentralisée et modulaire aisée.
Les procédés électrothermiques peuvent être divisés en deux grandes
catégories :
 le chauffage indirect, où la transmission d’énergie de la
source vers le récepteur (corps à chauffer) obéit aux lois
usuelles de la thermique ;
 le chauffage direct, où le récepteur, parcouru par un courant
électrique, est donc lui-même le siège du dégagement de
chaleur, les échanges ultérieurs de chaleur s’effectuant selon
les lois de la thermique classique.

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I.3) Avantages:
Les principaux atouts pour le développement de l’électricité en électrothermie sont les suivants.
 Diversité des techniques
Chauffage direct
Chauffage indirect
Chauffage direct par résistance : conduction
chauffage ohmique d5910 d2660
Chauffage par induction électromagnétique
(D5935-6) m3215
Chauffage diélectrique : (D5940-D5941-D5942-)
- haute fréquence
- hyperfréquence (micro ondes)
Chauffage par bombardement électronique
j1080
Chauffage par laser
Chauffage indirect par résistances
Chauffage par rayonnement infrarouge
(D5930)
Chauffage indirect par arc
Chauffage par plasma
PAC BE9621
D832
D2820
D2825
D2820
 Rendement de conversion de l’énergie très élevé
Compte tenu des divers rendements, y compris celui du transport, quand on se réfère à une centrale thermique,
l’équivalent énergétique d’un kilowattheure est de 2,5 thermies (10,5 MJ) en énergie thermique (fuel, charbon,
etc.). Étant donné la part prépondérante du nucléaire dans la production nationale, il est admis en France, que -
pour des usages répartis régulièrement sur l’ensemble des saisons
- il y a utilisation rationnelle de l’énergie électrique lorsque 1 kWh peut remplacer 2 thermies au moins, au niveau
d’une application (économie de combustibles).
Pour caractériser les performances énergétiques d’une opération, on fait donc intervenir un coefficient g dit
coefficient de substitution qui est le rapport entre les thermies consommées par le procédé classique et les
kilowattheures nécessaires au procédé électrique, toutes choses égales par ailleurs. Si donc g est supérieur ou égal à
deux, il en résulte, pour le procédé électrique, une économie de combustible fossile.
La thermie n’est pas une unité normalisée, mais elle est habituellement utilisée dans le calcul de ce coefficient.
De nombreux exemples montrent qu’il est possible d’obtenir, en électrothermie, des coefficients de substitution
élevés, si on adopte la technique électrique la mieux adaptée au besoin et si la conception et la réalisation des outils
électriques font l’objet de soins attentifs, surtout dans le cas des résistances qui font appel à des principes de
transmission de la chaleur semblables à ceux des combustibles.

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 Entretien réduit
Donc améliore la productivité.
 Tarification adaptée
Par une meilleure gestion de l’énergie
 Économie de matière
La qualité de la chauffe et des produits obtenus (reproductibilité des cycles de chauffage sur des plages de
température assez larges avec une grande précision de température, fonctionnement simple et sûr sans
perturbation sur l’atmosphère du four…) limite les rebuts de fabrication.
 Densité de puissance
Elle est variable dans de très larges limites (tableau 3) et maîtrisable. Cela permet des économies d’espace et
d’énergie et d’ajuster parfaitement la quantité d’énergie à l’opération avec, dans certains cas, une localisation très
précise de l’effet thermique avec des niveaux de température élevés.
 Souplesse d’utilisation
 Régulation fine
par des mesures simples (puissance,courant). Cela va se traduire par une qualité élevée des produits élaborés,ainsi
qu’une économie d’énergie.
 Facilité d’automatisation et reproductibilité des conditions de chauffage
 Améliorations des conditions de travail
liées à l’absence de fumées et de bruit qui préserve la propreté des locaux ; la facilité de conduite et
d’automatisation supprime en outre les travaux les plus pénibles ;
I.4) Inconvénients:
Malgré ces atouts qualitatifs et quantitatifs de l’électricité, des obstacles à la pénétration de l’électricité en
électrothermie existent :
 l’électricité est une énergie non stockable au niveau de l’utilisateur (au moins massivement et
économiquement) qui sera sensible aux coupures d’alimentation ;
 l’électricité a une image d’énergie noble, sophistiquée et les usagers hésitent donc à l’utiliser pour produire
de la chaleur ;