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La forme des boucliers thermiques?



  1. #1
    EspritTordu

    La forme des boucliers thermiques?


    ------

    Bonjour,

    Voici une idée qui m'intrigue : pourquoi les boucliers thermiques sont tous envisagés comme des surfaces continues recouverts de matériaux athermiques?
    Ou plutôt, est-il envisageable un bouclier en forme de grille, une surface perforée s'étendant comme des ailes ?
    Cette solution ne permetterait-elle de réduire les contraintes thermiques au dépend de l'aire de la surface ?


    Merci.

    -----

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  3. #2
    manouchka

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    c'est pas nesisageable en forme d'aile, trop encombrat, trop lourd.

  4. #3
    Argyre

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Citation Envoyé par EspritTordu
    Bonjour,

    Voici une idée qui m'intrigue : pourquoi les boucliers thermiques sont tous envisagés comme des surfaces continues recouverts de matériaux athermiques?
    Ou plutôt, est-il envisageable un bouclier en forme de grille, une surface perforée s'étendant comme des ailes ?
    Cette solution ne permetterait-elle de réduire les contraintes thermiques au dépend de l'aire de la surface ?
    Bonjour,

    A priori, il y a 2 processus importants qui permettent le transfert de chaleur, la convection et la conduction thermique (le rayonnement me parait négligeable).
    Or, si on avait une grille, les atomes surchauffés pénêtreraient rapidement vers l'intérieur (convection) et on aurait un réchauffement rapide. Pour limiter ce phénomène, on utilise des briques réfractaires et on isole au maximum pour n'avoir que de la conduction ... limitée au maximum.
    Enfin, ça, c'est ce que j'en comprends, je ne suis pas
    spécialiste.
    Cordialement,
    Argyre

  5. #4
    DonPanic

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Citation Envoyé par EspritTordu
    Voici une idée qui m'intrigue : pourquoi les boucliers thermiques sont tous envisagés comme des surfaces continues recouverts de matériaux athermiques?
    athermiques ? tu veux dire isolants thermiques ou réfractaires ?

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    DonPanic

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Citation Envoyé par Argyre
    A priori, il y a 2 processus importants qui permettent le transfert de chaleur, la convection et la conduction thermique (le rayonnement me parait négligeable).
    Enfin, ça, c'est ce que j'en comprends, je ne suis pas spécialiste.
    S'agissant d'un bouclier thermique, parler de convection dans un milieu solide, c'est juste un poil scabreux, on réserve plutôt ça pour les mouvements qui s'établissent par différence de température et de densité dans des milieux fluides ou visqueux
    Dernière modification par DonPanic ; 22/06/2006 à 17h14.

  8. #6
    jeanmiy

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Citation Envoyé par EspritTordu
    Bonjour,

    Voici une idée qui m'intrigue : pourquoi les boucliers thermiques sont tous envisagés comme des surfaces continues recouverts de matériaux athermiques?
    ...
    Merci.
    Salut !

    Parce que le bouclier doit supporter la chaleur, mais aussi et surtout les effort aérodynamiques d'une rentrée dans l'atmosphère à une vitesse de l'ordre de 28000 km/h de mémoire (soit très beaucoup en Mach ! )

    Le bouclier a une forme de bouclier car c'est sa fonction première : absorber le choc ! D'ou sa forme continue et protégant l'ensemble du vaisseau qui est derrière.

    Une conséquence est qu'il chauffe beaucoup, et qu'il faut évacuer cette chaleur...

    Tu dois confondre avec le fait qu'une grille arrete une flamme. Ici on ne pose pas une flamme sur le bouclier, mais de l'air, qui chauffe fort, et qui fini par faire bruler le bouclier en surface...

    Sur les première sonde Mercury, le bouclier était en bois (balsa même je crois) qui est un excellent absorbeur de calorie. Lequel bois brulait au fur et à mesure de la rentrée atmo. L'épaisseur était calculée pour qu'il en reste une certaine couche arrivée en bas...

    @+

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  10. #7
    EspritTordu

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    c'est pas nesisageable en forme d'aile, trop encombrat, trop lourd.
    C'est vrai que mon idée est un peu plus lourde, mais il semblerait néanmoins que le profil en aile soit aujourdh'ui sérieusement envisagé aussi comme bouclier, bien que le dessin en aile soit avant tout pour des questions de stabilité de l'engin. Prenez comme exemple la navette spatiale américaine, feu le projet hermès, le projet russe Klipper, ou encore l'engin américain CEV : tous considèrent dans leur développement des petites ailes.

    Citation:
    athermiques ? tu veux dire isolants thermiques ou réfractaires ?
    Hé bien je ne vois pas de différence entre les deux mots. Quelle est-elle? Des matériaux isolants thermiques ne sont-ils pas réfractaires à la chaleur?

    Le bouclier a une forme de bouclier car c'est sa fonction première : absorber le choc ! D'ou sa forme continue et protégant l'ensemble du vaisseau qui est derrière.

    Une conséquence est qu'il chauffe beaucoup, et qu'il faut évacuer cette chaleur...

    Tu dois confondre avec le fait qu'une grille arrete une flamme. Ici on ne pose pas une flamme sur le bouclier, mais de l'air, qui chauffe fort, et qui fini par faire bruler le bouclier en surface...
    C'est juste un bouclier doit absorber les chocs !


    le fond de ma pensée de cet idée de bouclier en lamelle de gruyère, c'est-à-dire une aile perforée (de façon que si on regarde dessous l'aile on voit un peu de ciel à travers), c'est que les trous où l'air circule aussi vite que la chute constituent chacun un moyen de refroidissement à la manière des ventilateurs : la circulation d'air aspire la chaleur par conduction à travers l'aile. Dans cette mesure la chaleur au niveau de l'aile n'en n'est-elle pas réduite ?
    J'avance un peu plus : on peut imaginer que les orifices peuvent s'obstruer faisant passer l'aile avec une surface discontinue à une surface continue : cette solution amoindrirait les chocs, non?

  11. #8
    DonPanic

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Citation Envoyé par EspritTordu
    Hé bien je ne vois pas de différence entre les deux mots. Quelle est-elle? Des matériaux isolants thermiques ne sont-ils pas réfractaires à la chaleur?
    Ya une grosse différence: réfractaire, ça signifie température de fusion très élévée.
    Tu peux avoir un métal réfractaire et bon conducteur de la chaleur, donc mauvais isolant thermique et un brique réfractaire très piètre conductrice de la chaleur.

    Citation Envoyé par EspritTordu
    le fond de ma pensée de cet idée de bouclier en lamelle de gruyère, c'est-à-dire une aile perforée (de façon que si on regarde dessous l'aile on voit un peu de ciel à travers), c'est que les trous où l'air circule aussi vite que la chute constituent chacun un moyen de refroidissement à la manière des ventilateurs : la circulation d'air aspire la chaleur par conduction à travers l'aile. Dans cette mesure la chaleur au niveau de l'aile n'en n'est-elle pas réduite ?
    Tu refroidis avec un flux d'air qui engendre de la chaleur ?
    Je pense que tu peux plus facilement imaginer de refroidir avec une réserve d'eau que tu sacrifies en vapeur
    Dernière modification par DonPanic ; 24/06/2006 à 13h59.

  12. #9
    EspritTordu

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Non je ne refroidis pas avec de la chaleur ! Mais le flux d'air doir se diviser en deux : une partie rentre en collision avec l'aile et la chauffe, l'autre file tout droit à travers les orifices, filant à la même vitesse que la chute de l'engin : ce second flux pompe la chaleur à travers l'épaisseur de l'aile et aussi en aspirant le premier flux. D'où une réduction de l'accumulation de la chaleur sur notre aile, non?

  13. #10
    Quisit

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Hello EspritTordu,

    Au pifo, je dirais que sous la pression énorme se trouvant au niveau de la couche limite du bouclier, l'air qui pénèterait dans ta "grille", même à vitesse largement inférieure à la vitesse de la chute de l'engin serait un formidable outil de conduction de la chaleur de surface vers l'intérieur.

    En fait il ya des papiers sur le net à propos des boucliers thermiques. c'est un vrai casse-tête, une notion à accepter est celle de flux d'énergie à évacuer et pas seulement de température de surface, car celle-ci est uniquement le résultat de l'évacuation efficace du flux (par l'ablation du bouclier par exemple)

    en fait refractaire n'est pas mal choisi , car ça désigne un matériau tout à la fois isolant, inertiel et à haut point de fusion.

    utiliser uniquement des matériaux "seulement" à très haut point de fusion n'est pas une solution suffisante, sinon il y aurait déjà des boucliers unis sous les navettes, de type plaque de tungstène ( > 3400 °c !)
    http://fr.wikipedia.org/wiki/Tungst%C3%A8ne

    il faut malheureusement tout à la fois
    - évacuer le plus possible flux d'énergie, énorme ,permanent : les matériaux refractaires évacuent peu, ils se chargent mais vont ensuite relarguer tout ça ...

    - resister à la chaleur, au moins pour la durée nécéssaire : les matériaux les plus resistants sont mallheureusement assez conducteurs, et le splus isolants sont les moins resistants

    - isoler thermiquement le reste de l'engin : les plus isolants sont ablatifs (ils ne "supportent" le traitement qu'une seule fois , leur sacrifice permet d'évacuer le flux)

    Avec simplement du tungstène, ou du carbone, il faudrait derrière un système de refroidissement actif, de type refroidissement des tuyères de moteur spatial. énorme surpoids.

    suivant l'angle de rentrée de l'engin, on sélectionne entre du réutilisable ou de l'ablatif, ou des mix isolants/ablatifs en sachant que même le réutilisable ne l'est que très peu de fois à la suite

    c'est un sujet assez passionnant qui mérite pas mal de google, car justement, on a toujours pas le bouclier idéal, même avec les budgets "NASA"


    un extrait de flashespace à propos du bouclier de Huygens :
    Flashespace
    Et quelle est la température de rentrée prévue ?

    Patrice Plotard
    Je préfère plutôt parler en terme de flux qu'en terme de température. En effet, la température dépend pour beaucoup de la nature même des matériaux et la température de paroi, de ce fait, n'a pas beaucoup de signification.

    Par contre le flux au point d'arrêt est une caractéristique de comparaison pertinente . Aujourd'hui on se situe dans la gamme 1000 à 1500 kilowatts par m².
    ça situe !

    http://www.flashespace.com/html/plotard.htm

    bonnes recherches, si t'as des infos interessantes je suis preneurs par simple curiosité !

  14. #11
    Argyre

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Citation Envoyé par DonPanic
    S'agissant d'un bouclier thermique, parler de convection dans un milieu solide, c'est juste un poil scabreux,
    Je ne te le fais pas dire !
    Tu as mal interprété mes propos, je ne faisais pas allusion au milieu solide mais bien au milieu gazeux constitué par l'atmosphère ...

  15. #12
    Flying Hermes

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Bonjour à tous,

    Que l'ajout d'ailes soit une idée pertinente ou non, avant d'aborder des conceptes innovants d'engins réutilisables (shutlle, Hermes ou Kliper), il est avant tout impératifs de maîtriser le design des corps plus simple tels que les sondes planétaires ou les capsules de rentées de type Apollo.

    En arrivant dans un atmosphère planétaire, les véhicules spatiaux ont des vitesses très élevés, de l'ordre de plusieurs km/s (entre 7 et 11 km/s pour une entrée dans l'atmosphère martienne selon que l'on passe par Venus ou non). On parle alors de régime d'écoulement hypersonique (grosomodo pour un nombre de Mach supérieur à 5).

    Contrairement au régime supersonique qui possède la fontière nette du point sonique (nombre de Mach égale à 1, i.e. lorsque la vitesse de l'engin est égale à la vitesse du son), le régime hypersonique n'est pas clairement définit. On onsidère que ce régime est atteint lorsque certains phénomènes physico-chimiques commencent à apparaitre. Et c'est justement ces phénomènes qui conditionnent la définition des protections thermiques de véhicules spatiaux.

    Pour faire simple, lorsqu'une sonde arrive dans une atmosphére planétaire (que ce sot Mars, le Terre ou Titan...), il se crée un onde de choc qui induit :

    - d'une part un freinage important de la sonde par impacte des particules avec la paroi du véhicule ( ce dernier est alors soumit à de fortes contraintes mécaniques comme disait jeanmiy)

    - et d'autre une augmentation considérable de température.

    C'est ce dernier phénomènes qui est le plus préoccupant.

    En effet, si on sait aujourd'hui concevoir des matériaux légers et extremement résistant aux efforts mécaniques (qui sont supportés par la structure du véhicule), le développement de matériaux regroupant les propriétés thermiques adéquates aux rentrées atmosphériques est plus délicat. Comme l'a souligné Donpanic un peu plus haut, ces propriétés relèvent souvent d'un compromis délicat entre plusieurs paramètres contradictoires (point de fusion élevé et faible conductivité thermique, tout en satisfaisant les contraintes très sévères de poids par exemple).

    Avec les températures extrêmes rencontrées lors des phases de rentrées atmosphériques, il se produit (entre autre, c'est pas si simple !!!) une ionisation du gaz. On a alors à faire à un écoulement de plasma qui entoure le véhicule. Pour ceux qui ne savent pas ce que c'est, c'est juste un gas qui est électriquement chargé : les particules neutres qui composent le gaz sont transformées en ions positivement chargés et en électrons de charge négatives bien sûr. Et c'est cet écoulement de plasma qui peut sérieusement endommager le véhicule spatial de part ces propriétés très particuliéres:

    - Très forte température
    - Rayonnement intense
    - Composition chimique

    La définition des boucliers thermiques, pour revenir au sujet (enfin), doit donc prendre en compte tous ces facteurs.

    Contrairement à ce que les gens pensent (et ce qui a été dit sur ce forum), dans ces problèmes de rentrée atmophériques le chauffage par rayonnement est prépondérants sur les autres mode de chauffage (convection dans le fluide et conduction à la paroi). Et le rayonnement un point essentiel qui pose le plus de problème aux agences spatiales (ESA, JAXA... mais aussi la grande NASA !!!). Avec la prise en compte du rayonnement, vous comprenez bien qu'une grille serai totalement inéfficace.... elle serait par ailleurs rapidement ablatée pour finalement laisser l'engin à nu, exposé au flux cinétique et thermique.

    Dernière pertite remarque quant à la proposition de placer de ailes sur les corps de rentrées : les ailes sont présentes sur les véhicules de rentrée planétaire (Navette américanne ou Kliper par exemple) uniquement pour fournir la protance (comprenez le freinage) nécessaire à poser en douceur, et lorsqu'on voit le choc subis par la navette lors de l'attérissage le mot douceur est plus qu'un euphémisme. D'ailleurs, sur ce point, la structure mécanique de la navette américaine est dimmensionné par rapport au chocs qu'elle subis pendant l'atterrissage et non par rapport aux effots rencontrés pendant la rentrée atmosphérique.

    Bon je vais m'arreté la parceque la pq je crois que je m'éloigne du sujet de base.
    Vous l'aurez compris, c'est un sujet qui m'intéresse bcp donc si vous avez des questions, n'hesitez pas....

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  17. #13
    Argyre

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Citation Envoyé par Flying Hermes
    Avec les températures extrêmes rencontrées lors des phases de rentrées atmosphériques, il se produit (entre autre, c'est pas si simple !!!) une ionisation du gaz. On a alors à faire à un écoulement de plasma qui entoure le véhicule. Pour ceux qui ne savent pas ce que c'est, c'est juste un gas qui est électriquement chargé : les particules neutres qui composent le gaz sont transformées en ions positivement chargés et en électrons de charge négatives bien sûr. Et c'est cet écoulement de plasma qui peut sérieusement endommager le véhicule spatial de part ces propriétés très particuliéres:
    Bonjour,

    Oui, moi j'ai une question. Tu dis que le rayonnement est un des facteurs qui contribuent le plus à l'augmentation de température. Pourquoi ? A priori, il faudrait des rayonnements très énergétiques pour franchir une paroi solide, non ? N'hésite pas à entrer dans les détails.

    Cordialement,
    Argyre

  18. #14
    DonPanic

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Citation Envoyé par Argyre
    Tu dis que le rayonnement est un des facteurs qui contribuent le plus à l'augmentation de température. Pourquoi ? A priori, il faudrait des rayonnements très énergétiques pour franchir une paroi solide, non ? N'hésite pas à entrer dans les détails.
    La conduction, c'est plutôt une vue de l'esprit. Bon, c'est juste pratique.
    Mais la transmission de chaleur dans un matériau, ce n'est pratiquement que du rayonnement. T'auras bien aussi des ondes sonores dans la paroi, mais en gros,
    t'as un atôme tout chaud avec ses électrons bien énervés par la chaleur qui vont émettre des photons plutôt dans l'infrarouge et dans le rouge (dépend de la température puisque ça va jusqu'au blanc) qui vont énerver à leur tour les électrons de l'atôme voisin et ainsi de suite.
    C'est pas un rayonnement X ou Gamma qui va traverser l'épaisseur du matériau

  19. #15
    Flying Hermes

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Citation Envoyé par Argyre

    Tu dis que le rayonnement est un des facteurs qui contribuent le plus à l'augmentation de température. Pourquoi ?

    Argyre

    Bonjour Argyre,

    Parmis les trois mode de transferts d'énergie (conduction, convection et rayonnement), le rayonnement est effectivement prépondérant dans les problèmes de rentrée atmosphérique des véhicules spatiaux.

    Je vais t'expliquer pourquoi.

    On rentre dans des considérations énergétiques. Il existe plusieurs manière d'apporter de l'énergie à un fluide (fluide = gaz) :
    • en le chauffant
    • en le comprimant, ce qui revient à la chauffer
    • en le soumettant à un champ électique
    • en le faisant traverser par un arc électrique
    • .... et bien d'autre manières encore dont l'onde de choc.

    En effet, lorsque les particules qui composent l'écoulement (écoulement = gaz) traversent l'onde de choc (qui s'est formée devant le véhicule spatiale) elles subissent un apport considérable d'énergie. Mais concrètement, c'est quoi cette énergie et où va-elle?

    Lorsqu'on apporte de l'énergie à un fluide (ou à un solide, c'est la même chose... mais restons en mécanique des fluides), il existe plusieurs "lieux" où cette énergie peut être stockée... On parle de mode de stockage d'énegie.

    On distingue deux grands types de mode de stockage d'énergie:

    1 - les mode externes aussi appelés modes de translation

    2 - les mode internes :
    a - mode électronique
    b - mode de vibration
    c - mode de rotation

    Les mots "translation", "vibration" et "rotation" font référence au dégré de liberté de la particule.
    Ne paniquez pas à la lecture de ces mots qui peuvent paraître savants, c'est très simple !!! Je m'explique.


    Pour fixer les idées, on va considérer que l'apport d'énergie s'effectue en augmentant la température du gaz (comme par exemple dans un four). Mais c'est exactement la même chose qui se produit lorsque les paticules traversent l'onde de choc. Je vais par ailleurs considérer que le gaz est de l'air (20% O2 et 80% N2) car j'ai les ordres de grandeur en température pour ce gaz.

    Lorsqu'on commence à chauffer le gaz (entre -200°C et 1000°C), l'énergie apportée par ce chauffage est tout d'abord stockée dans le mode de translation de la particule. Comme son nom l'indique, c'est le mode qui sert à translater la particule (c'est à dire à la déplacer) dans l'espace (dans les 3 direction x, y et z), Concrétement, c'est l'énergie cinétique de la particule, la bien bien-connue Ec = 1/2*m*v² .

    Si on continue d'augmenter la température (entre 1000 et 2000°C) on apporte alors de l'énergie aux modes internes de la particule, à commencer par les mode électroniques. On dit qu'on excite la particule. (Et non "énerver la particule" DonPanic....mais il y avait de l'idée...lol). Sans avoir des connaissances poussées d'atomistique, vous savez sûrement qu'un des modèles acceptables pour l'atome est celui d'un corps central - le proton - et des électrons qui gravitent autour.
    Les électrons sont plus ou moins loin du centre de l'atome (représenté par le proton) exactement de la même manière que les satellites sont situés plus ou moins loin du centre de la Terre. Dans les deux cas (satellite et électrons) on parle d'orbite. Plus ils sont loins plus ils sont énergétiques et inversement.
    Lorsqu'on apporte de l'énergie aux modes électoniques, on donne en fait de l'énergie à l'électron pour qu'il puisse changer d'orbite et passer sur une orbite plus "haute" qui a une énergie supérieure. C'est exactement comme si on apportait de l'énergie à un satellite (via un système de propulsion) pour l'amener sur une orbite plus loin de la Terre.
    A une certaine température, les électons sont donc très éloignés du centre de la particule (atome ou molécule), on dit qu'il sont sur un niveau d'énergie supérieure (notons cette énergie E2). La particule est excitée. Mais elle n'est pas dans une configuration stable et les électrons redescendent très vite sur un niveau d'énergie inférieure (l'énergie de ce niveau sera noté E1). On dit que la particule se désexcite. En se désexcitant, la particule émet un photon dont l'énergie correspond à la différence d'énergie des deux niveaux électroniques.

    Regardent sur le web, il y a pleins de sites qui parlent de ce phénomène, même des sites de vulgarisation qui sont très facilement compréhensible (avec des schémas, c'est toutde suite plus clair)... Désolé, j'ai pas de liens à te filer mais cherches dans Google à "LASER", c 'est le meme principe....

    Bref, pour revenir à nos petites sondes spatiales, lors d'une rentrée atmosphérique, la température peut monté jusqu'à 20 000 °C (et même plus suivant les atmosphères planétaires considérée !!!). Avec ces températures extremes, tu imagines bien que la part d'énergie transmise au xélectrons est énorme. Ils sont donc situés sur des niveaux très énergétique si bien que, lorsque les atome se désexcite (c'est à dire lorsque l'électrons revient sur son orbite de base) le photon qui est émi est lui aussi très énergétique. En plus, avec ces fortes températures, il y a beaucoup plus de particules qui sont excité et donc les nombre de photon est lui aussi bien plus important.


    Toutes ces raisons font que que les transferts d'énergie par rayonnement sont prédominants au cours des rentrées atmosphériques

    Maintenant, juste une dernier mot par rapport à ta remarque :

    Citation Envoyé par Argyre
    A priori, il faudrait des rayonnements très énergétiques pour franchir une paroi solide, non ?
    Argyre
    et surtout à celle de Don Panic :

    Citation Envoyé par Argyre
    Mais la transmission de chaleur dans un matériau, ce n'est pratiquement que du rayonnement.
    Argyre
    qui est totalement fausse.
    Depuis le début, lorsque je parle de transferts de chaleur (et donc de chauffage) je considère les transferts de chaleur entre une zone du fluide et une autre zone mais surtout ceux entre le fluide et la PAROI du véhicule.

    En effet, du véhicule, le rayonnement ne chauffe que la paroi extérieure. A l'intérieur du véhicule la chaleur est transmise uniquement par conduction. D'ailleurs la conduction est le SEUL mécanisme de transferts de chaleur dans les solides.

    Voila... je pense avoir répondu à ta question

    PS: Just pour finir, l'énergie stocké dans les modes de vibration et de rotation correspondent, comme leurs noms l'indiquent, est utilisée pour faire vibrer et rotationner les modécules. Ces modes de stockages d'énergie n'interviennent toutefois pas dans le phénomène de rayonnement.
    La plus élaborée des théories n'est rien devant la plus bancalle des réalités

    Flying Hermes

  20. #16
    DonPanic

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Citation Envoyé par Flying Hermes
    D'ailleurs la conduction est le SEUL mécanisme de transferts de chaleur dans les solides.
    C'est vraiment la première fois que je lis ça
    J'ai mentionné ce qui est ondes sonores, mais outre l'agitation moléculaire qui est tout de même très fortement contrainte dans un solide,
    que veut dire "conduction" à l'échelle des particules et des atômes ?
    si tout ça c'est du vide et des charges
    et qu'il n'y a pas "contact" entre tout ça, mais intéractions par photons interposés

  21. #17
    Flying Hermes

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Citation Envoyé par DonPanic
    C'est vraiment la première fois que je lis ça
    J'ai mentionné ce qui est ondes sonores, mais outre l'agitation moléculaire qui est tout de même très fortement contrainte dans un solide,
    que veut dire "conduction" à l'échelle des particules et des atômes ?
    si tout ça c'est du vide et des charges
    et qu'il n'y a pas "contact" entre tout ça, mais intéractions par photons interposés

    Et bien c'est pourtant vrai donPanic.

    Tu soulève toutefois un point intéressant en remarquant le problème d'échelle.

    En effet, à l'echelle marcoscopique parmis les transferts de chaleur on retrouve:
    • dans les solides : la conduction
    • dans les fluides : la conduction, la convection et le rayonnement

    Je t'assure, ce sont les seuls phénomène d'échange d'énergie qui existe à l'échelle marcoscopique.

    A l'échelle microscopique, bien sur ces phénomènes n'existent pas, ou tout du moins, ils sont la conséquence de plusieurs autres phénomènes :
    • la convection correspond à un transport de matière
    • la conduction correspond a un transport d'électrons
    • le rayonnement correspond à un transport de photon

    A l'echelle des atome et des molécules, on ne peut effectivement pas parler de conduction ou de convection puisque ces processus suppose par définition que le milieu (le fluide ou le solide) ne peut pas être considéré comme continu. Les processus de convectio et conduction d'explique donc par d'autre processus plus élémentaires : ces sont les collisions ellastiques et inelastiques.

    Lorsque l'on parle d'agitation moléculaire, c'est le processus de collision qui en résultent qui sont a l'origine du transfert thermique.

    De la même manière que la propagation d'ondes acoustiques n'est pas le mécanisme fondamentale qui sucite le transfert de chaleur. Ce dernier est certe une conséquence indicecte de l'onde acoustique mais on dit pas pour autant que les ondes acoustique sont un processus de transfert d'énergie. Une onde acoustique est une compression de la matière, compression qui s'acomagne bien évidemment de collisions et c'est ces collisions qui sont à l'origine des échange d'énergie. Par exemple, une onde de choc n'est rien d'autre qu'une accumulation d'onde acoustique en un même endroit de l'espace, on ne dit pas pour autant que l'onde de choc est un processus de transfert d'énergie.
    La plus élaborée des théories n'est rien devant la plus bancalle des réalités

    Flying Hermes

  22. #18
    DonPanic

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Citation Envoyé par Flying Hermes
    A l'echelle des atome et des molécules, on ne peut effectivement pas parler de conduction ou de convection puisque ces processus suppose par définition que le milieu(...) ne peut pas être considéré comme continu. Les processus de convectio et conduction d'explique donc par d'autre processus plus élémentaires : ces sont les collisions ellastiques et inelastiques.
    Lorsque l'on parle d'agitation moléculaire, c'est le processus de collision qui en résultent qui sont a l'origine du transfert thermique.
    Bon, les processus de convection dans un solide, hors-sujet, l'agitation moléculaire avec collisions c'est avant tout pour les gaz et les liquides, si tu commences à avoir vraiment de l'agitation moléculaire dans ton solide, c'est inquiètant, surveille-le, à mon avis, il commence à fondre...

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  24. #19
    DonPanic

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Citation Envoyé par Flying Hermes
    En effet, à l'echelle marcoscopique parmis les transferts de chaleur on retrouve:
    * dans les solides : la conduction
    * dans les fluides : la conduction, la convection et le rayonnement
    Je t'assure, ce sont les seuls phénomène d'échange d'énergie qui existe à l'échelle marcoscopique.
    A l'échelle macroscopique, ça dépend du matériau.
    Si c'est du métal, de surcroît bon conducteur d'électricité, t'aurais raison de dire que j'ai faux avec mon "tout radiatif", la chaleur est aussi diffusée parce que le différentiel de chaleur génère par thermocouple des courants d'électrons, plus l'effet joule, ça a vite fait de transmettre la chaleur.
    Si c'est pas du métal, et que de surcroit c'est inhomogène ou composite, t'as aussi les ondes sonores qui entrent en jeu, mais la transmission de chaleur par rayonnement s'impose en définitive

  25. #20
    Flying Hermes

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Oui, bien sûr !!! La convection n'existe que dans le fluide... je ne pense pas avoir dit le contaire... sinon, c'était éffectivement une erreur.
    La plus élaborée des théories n'est rien devant la plus bancalle des réalités

    Flying Hermes

  26. #21
    Flying Hermes

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Tu a raison.... on ne peut pas dire que le rayonnement est inexistant dans les solides... Tout dépend de leur opacité.
    Pour les métaux (et autre matériaux opaques), elle est nulle est donc le rayonnement ne peut pas passer au travers et y déposer de l'énergie. Pour le verre par exemple, ce chauffage par rayonnement est effectivement possible....autant pour moi
    La plus élaborée des théories n'est rien devant la plus bancalle des réalités

    Flying Hermes

  27. #22
    DonPanic

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Citation Envoyé par Flying Hermes
    on ne peut pas dire que le rayonnement est inexistant dans les solides... Tout dépend de leur opacité.
    Quand tu forges une barre de fer, ou si tu regardes de la lave en fusion, c'est tout ce qui est porté à haute température qui irradie.
    Pour l'opacité, et là, il s'agit d'une impression plus que d'un fait établi, mais le fer porté au rouge semble devenir translucide (à son propre rayonnement)

  28. #23
    Flying Hermes

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Salut DonPanic,

    Quand une barre de fer est porté à haute température, elle rayonne dans l'InfraRoue et dans le visible (c'est pourquoi on la voit d'ailleurs). Or l'infrarouge correspond a de grandes longueurs d'onde et donc à de faibles énergies (en effet la relation simple qui lie ces deux paramètres est E = c*h / l , ou E est l'énergie, c la vitesse de l lunière h la constant de Planck et l la longueur d'onde).

    L'énegie rayonné par cette barre est donc très faible. Par contre l'énergie transmise par conduction (à son contacte) est très importante (pour preuve, on se brule en la touchant).

    Dans un solide, il n'existe (je comfirme) aucun rayonnement !!! Mais la paroi du solide rayonne si elle est porté à une température suffisante selon le mécanisme que je t'ai décrit plus haut. Cependan, sauf dans le cas de température extremes, ce rayonnement est négligeable devant la conduction.

    PS : Ca me fait marrer comment la discussion à dérivé du sujet principale : "la forme des boucliers de protection termique".
    La plus élaborée des théories n'est rien devant la plus bancalle des réalités

    Flying Hermes

  29. #24
    DonPanic

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Citation Envoyé par Flying Hermes
    Quand une barre de fer est porté à haute température, elle rayonne dans l'InfraRoue et dans le visible (c'est pourquoi on la voit d'ailleurs).
    Dans un solide, il n'existe (je comfirme) aucun rayonnement !!! Mais la paroi du solide rayonne si elle est porté à une température suffisante selon le mécanisme que je t'ai décrit plus haut. Cependan, sauf dans le cas de température extremes, ce rayonnement est négligeable devant la conduction.
    Le rayonnement est lié à la chaleur.
    Si ce que tu disais était vrai,
    tu devrais considérer que si seule la surface rayonne,
    seule la surface de l'objet est à haute température

  30. Publicité
  31. #25
    DonPanic

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Citation Envoyé par Flying Hermes
    PS : Ca me fait marrer comment la discussion à dérivé du sujet principale : "la forme des boucliers de protection termique".
    Ya pas dérive du tout, puisque la conversation bloque sur des désaccords sur les modes de propagation de la chaleur dans les matériaux susceptibles de faire de bons boucliers thermiques

  32. #26
    Flying Hermes

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Salut DP,

    Le rayonnement correspond à une propagation de photon. Ceux-ci ne peuvent traverser les matériaux (sauf les photon très énergétique qui ont une très petite longueur d'onde) car ils intéragissent avec la matière. Un photon ne peut se propager dans de la matière dense, quelque soit la température de cette dernière.

    Ce n'est pas parcequ'il n'y a pas de rayonnement au sein de la bar de fer que celle-ci n'est pas porté à haute température....
    Epargne moi ton illogisme :

    " Le rayonnement est lié à la chaleur,
    tu dis que l'intérieur des métaux ne rayonne pas,
    donc tu dis que l'intérieur de tout les métaux est froids "

    C'est un raisonnement super sympliste qui est à l'opposé du pragmatisme dans lequel évolue toute démarche scientifique. Le prend pas mal (sincerement, c'est vraiment pas méchant) mais te rend-tu compte de l'absurdité de ton raisonnement, ou plutot du raisonnement que tu veux m'imputer ??!!??
    Je sais bien sur que ta remarque était blindée d'ironie (j'espère dumoins) mais quand même !!!

    Balade toi sur des sites internets, demande à des profs, prend un bouquin, rensiegne toi un minimum sur les modes de transfert d'énergie et tu verra qu'il y a pas mal de choses fausses qui ont été dis dans cette discussion....

    Autre exemple ou le rayonnement à un role négligeable alors qu'on pourrait penser le contraire.
    Au sein du soleil, le noyau (très dense mais pas solide !) rayonne effectivement, mais les photons mettent plusieurs milions d'années à atteindre les couches externes du Soleil. Ceci est du à la densité du Soleil : aussitot émis, les photons intéragissent avec la matière et sont réabosrbés. A l'intérieur du Soleil, l'énergie est donc transmise par conduction (transport électonique), puis, en s'éloignant du centre, c'est la convection qui devient la plus éfficace (transport de matière)... et enfin, lorsque le milieu devient assez "dilué", le rayonnement intervient alors et peut transporter de l'énergie sur de grande distance; Il prédomine alors sur les autre mode de transport de l'énergie.

    Mais ce n'est pas parcequ'un corps (fluide ou solide) est porté à grande température qu'il rayonne forcément... il faut aussi que les photon, et donc le raytonnement, puissent s'échapper du milieu. Dans le cas d'un corps extremement dense et opaque comme les métaux il ne peut y avoir de rayonnement que à leur fronitère.
    La plus élaborée des théories n'est rien devant la plus bancalle des réalités

    Flying Hermes

  33. #27
    DonPanic

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Citation Envoyé par Flying Hermes
    Autre exemple ou le rayonnement à un role négligeable alors qu'on pourrait penser le contraire.
    Au sein du soleil, le noyau (très dense mais pas solide !) rayonne effectivement, mais les photons mettent plusieurs milions d'années à atteindre les couches externes du Soleil. Ceci est du à la densité du Soleil : aussitot émis, les photons intéragissent avec la matière et sont réabosrbés. A l'intérieur du Soleil, l'énergie est donc transmise par conduction (transport électonique),
    Ca s'appelle la zone radiative parce que tout ce qui s'y trouve est en état de rayonner.
    Il me semble qu'il y a un malentendu de taille sur la notion de "conduction":
    Citation Envoyé par Flying Hermes
    l'énergie est donc transmise par conduction (transport électonique),
    Si tu réduis la "conduction" au transport électronique, dans un milieu bon isolant électrique, faut trouver un autre type de transfert de chaleur
    ou autrement, c'est que tu as réduit au mot conduction tout un ensemble de phénomèmes: courants électriques, agitation, vibrations du milieu et ondes de type sonore, et rayonnement.

  34. #28
    DonPanic

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    Parce que pour moi, "conduction" recouvre les mécanismes suivants :
    - énergie de vibration des atomes avec la température
    - couplage des vibrations individuelles
    - création d’ondes élastiques comparables à des ondes sonores (phoniques)
    (quantification de ces ondes quantum d’énergie de vibration phonon)
    - énergie transportée par les électrons de conduction (libres)

  35. #29
    Flying Hermes

    Re : La forme des boucliers thermiques?

    J'avoue que ca sort un peu de mon domaine de compétence. Je ne connais que le dernier phénomène (électron dans la bande de conduction)... je suis plus mécanique des fluide, et donc rayonnement...
    La plus élaborée des théories n'est rien devant la plus bancalle des réalités

    Flying Hermes

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