Le phénomène de conduction en détail

Vous souhaitez en savoir plus sur la conduction ? C’est l’un des trois modes de transfert thermique. Découvrir ses mécanismes et ses caractéristiques est très utile au quotidien. Cela permet par exemple de bien choisir ses matériaux d’isolation ou son mode de chauffage. Mais la conduction concerne également le courant électrique. Vous voulez donner de la valeur à votre bien et à vous protéger lors de vos travaux ? Entrez sans attendre dans l’univers de la conduction.

Pour commencer, passons en revue les différentes manifestations physiques de ce phénomène. Chaque déclinaison présente des particularités parfois inattendues. Ces différentes conductions permettent surtout des applications pratiques que vous connaissez probablement. Le tableau suivant fournit des exemples précis servant de base au reste de notre exposé.

La conduction, du point de vue théorique, est un mode de transfert. Elle s’effectue par contact direct des particules entre elles. Sur le plan du mécanisme, plus les molécules sont proches, meilleure est la conduction du matériau. Concernant l’électricité, c’est la circulation des seuls électrons qui permet la conductivité. Dans tous les cas, le phénomène se réalise à l’échelle atomique.

La conduction est un mode de transfert de chaleur ou d’électricité par contact direct des particules de matière entre elles. Concernant la chaleur, elle entraîne un flux des zones chaudes vers les zones froides. En électricité, la conduction caractérise la circulation des électrons. Ceux-ci se déplacent à travers un matériau conducteur soumis à un champ électrique. Le scientifique Joseph Fourier, en 1822, a apporté une réelle contribution à la compréhension de ce phénomène.

Le mécanisme de la conduction diffère selon le matériau. Dans les solides, il résulte des vibrations des atomes, qui crée rapidement la chaleur du fait de la proximité des atomes entre eux. Dans les liquides et dans les gaz, elle est moins efficace du fait de la plus grande distance existante entre les molécules. Concernant l’électricité, le phénomène existe par circulation des électrons de la borne négative vers la borne positive.

La nature des matériaux joue un rôle crucial dans la conduction électrique ou de chaleur. Certains matériaux facilitent le transfert de chaleur ou d’électricité. Mais d’autres l’inhibent. Vous en connaissez naturellement beaucoup. Il s’agit par exemple du cuivre, du bois, de la laine de verre ou du polyuréthane.

Les matériaux conducteurs sont ceux qui laissent facilement passer la chaleur ou l’électricité. Les métaux, tels que le cuivre et l’aluminium, sont d’excellents conducteurs. La raison est simple. Ils contiennent des électrons libres facilitant le transfert d’énergie. D’autres matériaux sont encore meilleurs conducteurs d’électricité. Ce sont les supraconducteurs. À très basse température, ils n’opposent quasiment aucune résistance. Le Niobium-étain et le Niobium-titane ont cette capacité.

Les matériaux isolants freinent le transfert de chaleur ou d’électricité. Leur conductivité est faible. Les céramiques et les plastiques sont très répandus dans l’isolation électrique. Les matériaux suivants servent à l’isolation thermique :

Ces isolants jouent un rôle crucial dans la sécurité et la performance des installations et des systèmes humains.

Vous voyez maintenant un peu mieux pourquoi la conduction vous concerne ? Elle trouve des applications pratiques dans de nombreux domaines de votre quotidien. Cela recouvre par exemple l’automobile, l’aéronautique et internet. Pour approfondir un peu plus notre exposé et vous aider à y voir plus clair, explorons les domaines de la construction et de l’électricité.

La conduction thermique est très exploitée dans le chauffage. Les radiateurs hydrauliques sont l’exemple parfait. Ils transfèrent la chaleur de l’eau chaude aux surfaces métalliques par conduction. La chaleur se transmet ensuite à la pièce par rayonnement. Les planchers chauffants utilisent également ce phénomène physique.

En électricité, l’utilisation de matériau très conducteur est la règle. Ils permettent la circulation des électrons à travers de longues distances. Plus la conductivité est élevée, moins la résistance au courant est forte. Attention, cette forte conductivité présente des risques en cas de contact direct. C’est pourquoi les conducteurs électriques sont encapsulés dans le plastique ou la céramique.

Pourquoi la recherche vise-t-elle à optimiser l’efficacité de la conduction ? C’est essentiel pour améliorer les performances des systèmes et réduire le gaspillage énergétique. Pour résoudre cette double équation, des solutions existent. Elles consistent à réduire les pertes de conduction et à utiliser des matériaux innovants très conducteurs.

Le calorifugeage est un moyen de réduire les pertes thermiques. L’installation de barrières thermiques séparant les zones froides et les zones chauffées réduit les pertes par conduction. Des matériaux innovants comme les aérogels, les matériaux composites avancés, les matériaux à changement de phase ou les matériaux anisotropes sont, entre autres, utilisés. La nanotechnologie et l’ingénierie des interfaces font également leur entrée.

La nanotechnologie ouvre ici aussi de nouvelles perspectives, via les nanotubes de carbone et les graphènes. Ils présentent des propriétés de conduction électrique exceptionnelle. Ces matériaux sont utilisés dans des applications de pointe, allant de l’électronique flexible à la gestion thermique des satellites. Le dopage des semi-conducteurs, le traitement thermique des métaux, l’utilisation de polymères conducteurs constituent des solutions prometteuses.

Limiter la conduction de chaleur est aussi essentiel que l’améliorer. Cela produit un effet positif sur l’efficacité énergétique, le confort thermique et la durabilité des bâtiments. Cette section explore les raisons pour lesquelles il est important de réduire la conduction de chaleur et les méthodes pour y parvenir.

L’action de limiter la conduction de chaleur est extrêmement répandue dans le domaine de la construction. Mais pas seulement, la réduction de chaleur se rencontre également dans la protection de l’environnement. Cette limitation présente quatre avantages majeurs :

Pour limiter les phénomènes de conduction, plusieurs solutions existent. La méthode la plus courante est l’utilisation de matériaux à faible conductivité thermique. Elle peut être complétée par la création de vide d’air ou la ventilation. Dans les vitrages, les vides d’air peuvent être remplacés par du gaz. Aujourd’hui, les efforts sont faits sur la conception architecturale. Les leviers disponibles sont l’orientation des locaux, leur forme, la taille des ouvertures et les revêtements extérieurs.

Terminons notre exposé par des cas pratiques qui peuvent vous intéresser. Et pour cause, savoir si tel ou tel matériau isole plus ou moins bien est essentiel. Pour ce faire, explorons deux systèmes de mesure que vous rencontrerez partout lors de vos achats. Il s’agit du coefficient lambda ⋌ pour les isolants et du coefficient de transmission thermique U pour les parois vitrées.

Le coefficient lambda quantifie la conductivité thermique d’un matériau. Il exprime sa capacité à transmettre la chaleur par conduction. Plus il est bas, plus le matériau est un bon isolant.

L’unité de mesure est le watt par mètre par degré Kelvin (W/mK). Un coefficient inférieur à 0,07 W/mK freine la transmission de chaleur. Lorsqu’il divise l’épaisseur de l’isolant, le coefficient lambda fournit le coefficient R de résistance thermique en m²K/W.

Le tableau suivant fournir des exemples concrets pouvant vous aider.

Dans une maison, les pertes de chaleur sont dues aux ponts thermiques. Il s’agit de points de conductivité thermique conduisant à une rupture dans la continuité de l’isolation. Les parois vitrées sont à elles seules des ponts thermiques.

C’est pourquoi vous devez étudier de près leur coefficient de transmission thermique au moment de les remplacer. Noté Uw, il s’exprime en W/m²K. Plus il est bas, meilleure est la résistance thermique du vitrage.

Découvrez dans le tableau ci-dessous les classements des différents vitrages.

Connaître ces coefficients a un impact sur votre porte-monnaie ! L’éligibilité des aides aux travaux dépend des caractéristiques de performance thermique des matériaux installés. Ces critères techniques varient également avec la zone du bâtiment :

Ces exigences concernent principalement la prime MaPrimeRénov’ 2024. Pour les autres aides telles que l’écoprêt à taux zéro, la TVA à 5,5 % ou les aides du dispositif CEE, certains critères peuvent changer.

Vous avez compris que la conduction est un phénomène clé dans notre quotidien. Il est présent partout, de la construction à l’électronique. Comprendre ses mécanismes peut vous aider à mieux isoler votre maison. C’est aussi un moyen de choisir un mode de chauffage approprié. Enfin, avoir en tête les lois de conduction concernant l’électricité vous protègera lors de la réalisation de vos travaux.

Vous en savez plus sur le transfert de chaleur et de courant électrique par conduction. Pour découvrir d’autres modes de propagation thermique, n’hésitez pas à consulter les articles suivants :