Un peu de Théorie
Qu'est-ce qu'un flux thermique ?
La notion de flux thermique, ou plus exactement de "densité de flux thermique" n'est pas si simple à apprécier. Voyons pour quelles raisons.
Par simplicité, flux thermique et densité de flux thermique sont souvent assimilés à la même grandeur. Cependant :
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Un flux thermique peut être défini comme la puissance (Watt) traversant une surface finie. Son unité est donc le Watt ;
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Une densité de flux thermique peut être définie comme la puissance (Watt) traversant une unité de cette surface. Son unité est donc le Watt/m². C'est cette définition qui est utilisée et nommée par abus de langage "flux thermique".
Un milieu, qu'il soit solide, liquide ou gazeux, se voit traversé par un flux thermique de part en part lorsqu'il est soumis à un transfert thermique sur l'une de ses frontières. Le flux n'est pas forcément constant, mais est généralement amorti à mesure que l'on s'éloigne de la frontière d'échange thermique.
Pour cette raison, le flux thermique qui nous intéresse est généralement celui à la frontière-même du transfert thermique. Il existe alors une relation de continuité entre le flux transporté jusqu'à cette frontière (par conduction, convection ou rayonnement électromagnétique) et le flux transmis dans le milieu. Le flux "vrai" propagé à la frontière est alors donné par la loi de Fourier. On peut synthétiser cette explication par le résumé ci-dessous :
Types de transferts mesurables
Il est important d'insister sur le fait qu'un flux thermique est le résultat de la combinaison :
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de conditions génératrices (température, émissivité, ...) bien définies, qu'elles soient constantes ou bien variables dans le temps ;
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d'un milieu de propagation soumis à ces conditions génératrices, milieu qui possède des caractéristiques géométrique (épaisseur) et thermiques (conductivité, densité, capacité thermique).
Aussi, à conditions génératrices données, il est tout à fait possible d'obtenir des flux thermiques différents selon le milieu de propagation. C'est ce qui fait d'ailleurs que certains matériaux sont utilisés comme isolants thermiques (le flux traversant est faible, comme dans la laine de verre) et d'autres comme dissipateurs thermiques (comme le cuivre dans les ailettes de refroidissement des ordinateurs). Cela peut sembler une évidence, mais s'agissant de fluxmétrie de précision dans des domaines critiques à forte valeur ajoutée (échangeur de centrale nucléaire, concentrateur solaire, turbomachine, ...), la conséquence majeure est la suivante : il n'existe pas de mesure de flux thermique qui soit univoque, c'est-à-dire dont la valeur puisse être considérée comme exactement égale et correspondante à ce que mon procédé subit thermiquement. Et oui ! Parce que justement, le fluxmètre que l'on insert dans le procédé à caractériser n'a pas les mêmes caractéristiques géométriques et thermiques que ledit procédé, sans quoi il faudrait fabriquer un capteur en béton voire même en bois, ...
Ayant cet état de fait en tête, il est nécessaire de traiter la mesure de flux thermique avec précaution : il s'agit pour certains utilisateurs d'une mesure relative, qui permet de caractériser un transfert d'énergie en modifiant certains paramètres opératoires (étude paramétrique, optimisation). Il s'agit pour d'autres d'une mesure de référence, connaissant les caractéristiques du capteur, permettant de dériver une fonction de transfert vers leur système pour obtenir le "flux vrai" qui le traverse.