Deux
pierres de température différente placées l'une à côté de l'autre finissent par
être à la même température. Les particules de la pierre plus chaude communiquent
leurs vibrations à la pierre plus froide. C'est ce qu'on appelle la conductivité
thermique.
Chaleur de convection
Lorsqu'on verse de l'eau dans une casserole chaude,
le phénomène est quelque peu différent. L'eau qui entre en contact avec les parois
de la casserole se réchauffe d'abord par conduction. Les particules chaudes sont
activées de manière à devenir plus légères que les particules froides. Elles vont
monter alors que les particules froides vont descendre pour être chauffées à leur
tour. Ainsi, les deux types de particules se mélangent automatiquement. C'est
ce qu'on appelle la convection.
La traduction littérale de con-vection est « bouger
ensemble » : c'est en quelque sorte un flux de particules qui bougent
plus ou moins dans la même direction. Ce phénomène ne s'observe que dans les gaz
et les liquides, étant donné que les particules doivent pouvoir se mouvoir.
La convection consiste à transmettre la chaleur
grâce au flux qui naît des différences de densité, elles-mêmes engendrées par
les écarts de température. En effet, les particules froides bougent moins, elles
sont donc plus serrées et donc plus lourdes que les particules chaudes, très mobiles,
plus éloignées les unes des autres et par conséquent plus légères. La convection
thermique est en quelque sorte un mot compliqué pour décrire l'air chaud qui monte
et l'air froid qui descend. C'est d'ailleurs ce phénomène qui a permis à l'homme
de faire ses premiers pas aéronautiques avec la montgolfière.
Le chauffage par convection est donc le chauffage
par air chaud : l'air chaud envoyé dans la partie inférieure d'une pièce
montera automatiquement et ce faisant, il transmettra sa chaleur aux particules
froides d'une part, par rayonnement et d'autre part, par conduction. S'ajoute
à cela le mélange pur et simple de ces particules. La température moyenne de la
pièce est donc supérieure à la température d'origine et inférieure à la température
de l'air chaud produit.
On cite parfois l'eau et l'air comme « moyens
de transport » de la chaleur de convection. En effet, la circulation de l'eau
dans les radiateurs d'un chauffage central repose également sur le principe de
la convection. À la différence près que le transfert de chaleur se fait par réchauffement
de l'air. Bref, on pourrait sans problème remplacer le terme « chaleur de
convection » par « chaleur de l'air ».
On observe également ce phénomène de convection
lorsque de l'air froid entre en contact avec un corps chaud solide, comme un poêle :
le transfert thermique par conduction et par rayonnement engendre un réchauffement
des particules de l'air les plus proches de la surface du poêle, lesquelles se
font plus légères et montent. Un flux d'air permanent refroidit ainsi tout objet
chaud.
Contrairement à la chaleur par rayonnement et à
la conduction, la chaleur de l'air est donc une forme indirecte de transfert thermique.
En d'autres termes, la chaleur d'un convecteur n'est pas transmise directement
à notre corps, mais indirectement par l'intermédiaire de l'air de la pièce.
Chaleur par rayonnement
Le rayonnement est un troisième type de transfert
thermique. La chaleur chaude et invisible rayonnée par un poêle chaud réchauffera
tout objet qu'elle touche. Cela vaut donc aussi pour le corps humain. Environ
un quart de notre sang circule sous la peau ; il envoie la chaleur ainsi
capturée immédiatement vers le reste de l'organisme.
Type de chauffage
Tout appareil de chauffage réchauffera l'air de la pièce ; il n'existe
donc pas d'appareil qui affiche 100 % de chaleur par rayonnement.
On appelle appareils de chauffage par rayonnement ceux qui produisent entre
50 et 100 % de chaleur par rayonnement. Étant donné qu'il n'existe pas encore
de méthodes de test standards, ces valeurs peuvent varier considérablement. Les
poêles à accumulation ainsi que les murs chauffants génèrent entre 50 et 75 %
de chaleur par rayonnement, selon les méthodes de test.
Les appareils à convection produisent donc minimum
50 % d'air chaud. C'est le cas de la plupart des poêles à bois en métal de même
que des poêles à double paroi métallique.
Le meilleur exemple est bien sûr les convecteurs,
encore souvent appelés radiateurs, qui sont munis de fentes destinées à produire
un maximum d'air chaud. Ils affichent généralement une quantité de chaleur par
rayonnement inférieure à 10 %.
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