Isoler ses conduites d'eau chaude de chauffage central

[cornychon]

Bonjour,

Les explications reposent sur des données verbales non mesurables.

C’est du qualitatif qui ne permet pas de caractériser et encore moins comparer les performances.
On en arrive à dire que la mise en place d’un isolant sur un tube en cuivre permet quasiment de diminuer la résistance thermique tube air.
C’est à la fin celui qui frappe le plus fort sur la table qui a raison

Il faudrait prendre des hypothèses et faire ainsi des approches théoriques chiffrées.
Avec du quantitatif on arrive à comparer les performances et ajuster les hypothèses.

C’est juste une remarque sans lendemain destinée à faire avancer le schmilblick
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[invite2313209787891133]

On en arrive à dire que la mise en place d’un isolant sur un tube en cuivre permet quasiment de diminuer la résistance thermique tube air.

Pas quasiment, mais réellement sous certaines conditions. Les mesures que j'ai effectué aujourd'hui montrent que ce n'est pas le cas avec mon diamètre de tube et l'isolant que j'ai utilisé contrairement à ce que je pensais au départ, mais ce n'est pas forcément toujours le cas.
Pour finir je tiens à dire que je voulais simplement partager une réflexion et pas un pugilat ; si vous avez des questions, des remarques, si certains points vous semblent incohérents je veux bien me justifier, mais je ne répondrais pas à la provocation.

Bonjour,

Les explications reposent sur des données verbales non mesurables.

C'est amusant que tu dises ça...

[Tam]

Bonjour,
De mon côté, cette discussion m'aura fait cogiter sur la valeur de l'émissivité d'un tuyau de chauffage en cuivre, en fonction de son état de surface.

Je propose à ceux équipés de faire le test suivant avec une caméra thermique permettant de choisir l’émissivité de la source mesurée:
- coller le scotch qui va bien sur un tuyau et relever sa température.
- retirer le scotch et chercher la valeur d'émissivité permettant d'obtenir la même température.

Merci pour vos résultats.

[yves35]

bonjour,

je viens de remettre la main sur ma doc sebasol . Concernant les valeurs d'isolant (en mm) a mettre sur les conduites solaires, ce qui est préconisé par exemple pour une surface de 12 m² produisant 5500kwh/an (utile) avec un longueur de ligne de 25m(donc 50 m A-.R) dont 10m a travers des pièces chauffées pour une conduite en 18 mm et un isolant de lambda 0.04:
épaisseur d'isolation: non isolé, 20 mm, 30 mm, 40 mm 50mm
pertes: 3200kwh/an,750 kwh/an,620 kwh/an,550 kwh/an,510kwh/an
% de l'apport annuel: 62%, 15% , 12% 10.5% , 9.8%

la valeur préconisée est de 30 mm ,ils n'envisagent même pas 10 mm.Connaissant le surcout pour ajouter 10 mm et les kwh économisés il est possible de calculer l’optimum d'isolation .

Dans ton cas ,c'est du 10 mm d'épaisseur que tu as mis? si tu ne souhaite pas réinvestir il est possible de faire d'une pierre 2 coups: les fêtes de fin d'année approchent , ce sera l'occasion de se faire offrir des chocolats .. donc de récupérer le papier chocolat qui est en aluminium (il faut éviter de le froisser). Tu tapisseras donc la surface de tes conduites avec ce papier pour profiter de la basse émissivité de l'aluminium . Il faut envisager un consommation importante de chocolat: je te rappelle le numéro du SAMU :15

yves

[herve78500]

A Dudulle,
J'ai repris le calcul par le détail, notamment comme tu le suggères avec la loi de Stefan. Il y a plusieurs formules proposées.

Premier cas, le tube est nu:
tube cuivre Ø18 mm ext. Température cuivre en surface 47,5°C (273,15+47,5=320,15 K) dans une atmosphère à 14,8°C (287,95 K)
Tmoyen=304,05 K
a) la perte par rayonnement est par mètre de conduite est Φ1 = hr. S.( Ts − Ta ) après linéarisation de la formule de Stefan dans le cas où T et Ta sont proches.
l'émissivité du cuivre oxydé est 0,87 et hr= 4 ε.σ .Tm3 = 4x0,87x 5,675 10^-8 x 304,05³ =5,55
Φ1 = 5,55 x 3,1416 x 0,018 x 32,7 = 10,26 W par ml
b) la perte par convection est Φconv = hconv x S x (Ts-Ta)
avec hconv = coefficient d'échange superficiel par convection, qui pour une barre cylindrique est
hconv= 1,4 (v/D)^0,25 soit pour v=0,2 et D=0,018 hconv= 2,55
donc Φconv = 2,55x3,1416x0,018x32,7= 4,72 W par ml
Total des pertes 10,26+4,72=14,98 W par ml

Autres formules:
c) le calcul par l'outil en ligne xpair.com pour un tube nu le flux total (convection+rayonnement) est 23 W par ml
d) selon la formule proposée par Roger Cadiergues pour les tubes nus horizontaux le flux total (convection+rayonnement)
Φ = [15,3 + 0,11 Ts + 4,15 ((Ts - Ta) / D)^0,25]. D. (Ts – Ta) d'où Φ = 28 W par ml

Second cas, tube Ø18 mm ext. isolé avec une mousse, diamètre apparent 38 mm
La température en surface de l'isolant est 23,2°C (296,35 K) dans une atmosphère à 14,8°C (287,95 K)
a) la perte par rayonnement est (par ml de conduite): Φ = hr. S.( Ts − Ta )
hr= 4 ε.σ .Tm³ avec la température moyenne Tm= 292,15 K
et σ = 5,675 10^-8 constante de Stefan Boltzman
et ε = émmissivité, qui pour la mousse est ε = 0,95
hr= 4x0,95x 5,675 10^-8 x 292,15³ = 5,377
le flux thermique est donné par Φ = hr. S.( Ts − Ta ) = 5,377 x 3,1416 x 0,038 x (23,2-14,8) = 5,39 W par ml
b) La perte par convection est donnée par Φconv = hconv x S x ΔT
hconv= 1,4 (v/D)^0,25 soit pour v=0,1 et D=0,038 hconv= 1,78
et Φconv = hconv x S x ΔT = 1,78x3.1416x0.038x(23,2-14,8)=1,79 W par ml
Total des pertes 5,39+1,79=7,18 W par ml
Selon les 2 formules ci dessus, on a gagné 100-718/14,98= 52% par rapport à la situation initiale du tube non isolé

Autres formules:
c) le calcul par l'outil en ligne xpair.com pour un tube isolé avec mousse de 10 mm d'épaisseur le flux total (convection+rayonnement) est 2 W par ml
d) selon la formule proposée par R.Cadiergues pour 1 tube nu horizontal le flux total (convection+rayonnement)
Φ = k. S.( Ts − Ta ) et 1/k= ln(De/Di)/(2πλ) + 1/(π D h) avec De=Ø ext isolant et Di=Ø int isolant, λ conduct isolant=0,04
hr = 4,87+0,035 Ts+1,32 ((Ts-Ta)/D)^0,25 = 47,62, d'où 1/k= 3.344 ou k=0,299
et Φ = 0,299x3,1416x0,018(47,5-14,8)= 0,553 W par ml

Donc selon l'outil xpair.com en c) dans le premier et le second cas, on a gagné 100-200/23=91%
Et selon les formules de R Cadiergues en d) dans le premier et le second cas, on a gagné 100-55,3/28=98 %

N.B. : si le tube cuivre nu est poli, ni oxydé, ni recouvert de poussière, l'émissivité est 0,04 et hr = 0,255 d'où selon a)
Φ1 = hr. S.( Ts − Ta ) = 0,255 x 3,1416 x 0,018 x 32,7 = 0,471 W par ml, soit 30 fois moins, Total 4,72+0,471= 5,29 W par ml pour le tube nu
donc en utilisant a) pour le tube isolé, on a un total de 7,18 W par ml, dans ce cas on n'a rien gagné avec la mousse, on a même perdu
Il subsiste un doute sur la vitesse moyenne du fluide air à proximité du tube qui est inconnue, qui a été estimée et qui peut changer un peu les conclusions.

Quoi qu'il en soit l'émissivité de 0,04 n'est probablement constatée qu'en laboratoire et non dans les conditions réelles d'installation d'un chauffage central avec les 2 conduites aller et retour courant au plafond d'un sous-sol et sur une durée d'utilisation de 10 à 20 ans. Il me semble qu'il est préférable de considérer les autres formules pour lesquelles le gain d'isolation est sans appel.
A+
Herve

[invite2313209787891133]

Bonjour

hconv= 1,4 (v/D)0,25 soit pour v=0,1 et D=0,038 hconv= 1,78

A quoi correspond ce v , et cette valeur de 0.1 ?

[cornychon]

Citation Envoyé par cornychon Voir le message
On en arrive à dire que la mise en place d’un isolant sur un tube en cuivre permet quasiment de diminuer la résistance thermique tube air.

Pas quasiment, mais réellement sous certaines conditions. Les mesures que j'ai effectué aujourd'hui montrent que ce n'est pas le cas avec mon diamètre de tube et l'isolant que j'ai utilisé contrairement à ce que je pensais au départ, mais ce n'est pas forcément toujours le cas.
...

Tes résultats confirment ce que raconte Monsieur KODJAC dans son bouquin "TRANSMISSION DE LA CHALEUR ET THERMODYNAMIQUE"

"Epaisseur critique d’un revêtement isolant

L’addition d’une couche isolante à la surface extérieure d’une conduite de faible diamètre ne réduit pas toujours le transfert de chaleur.
Les calculs montrent que le flux thermique qui s’écoule radialement à travers un cylindre creux, est inversement proportionnel au logarithme du rayon extérieur, et que la quantité de chaleur dissipée de la surface extérieure est directement proportionnelle à ce rayon.
Ainsi, dans un tube cylindrique simple dont le rayon intérieur (ri) est fixé, un accroissement du rayon extérieur (ro), (par exemple l’épaisseur de la couche isolante) augmente la résistance thermique due à la conduction suivant une fonction logarithmique, et, en même temps diminue linéairement avec (ro) la résistance thermique de la surface extérieure.
Comme la résistance thermique totale est proportionnelle à la somme de ces deux résistances, la quantité de chaleur transmise peut augmenter si la couche isolante est ajoutée aux conduites dénudées.
Si par la suite, l’épaisseur de l’isolement est augmentée, les pertes calorifiques tombent graduellement au dessous de celle obtenue lorsque la surface est nue."

Signé KODJA Badr-el- dine, Ingénieur de l’école Nationale Supérieure du génie Marine (Paris) Docteur es Science

[invite2313209787891133]

C'est ce que je dis depuis mon 1er message

Je suppose qu'avec la surcouche on atteint l'épaisseur critique.

[SK69202]

http://www.google.fr/url?sa=t&rct=j&...57752919,d.d2k

[invite2313209787891133]

http://www.google.fr/url?sa=t&rct=j&...57752919,d.d2k

Oui, et alors ? cornychon a fini par tomber d'accord avec moi, pas besoin d'en rajouter une couche.

[herve78500]

La valeur de hconv =1,4 (v/D)^0,25 est une formule issue du document disponible sur le Net et intitulé: Transfert de chaleur édité par
TP - L3 Physique - Plate-forme TTE - C.E.S.I.R.E. - Université Joseph Fourier - Grenoble
Citation de la page 6:
"On peut cependant retenir que pour l’air, aux alentours de la température ambiante et en convection naturelle, h est donné par
h=1,4 (v/D)^0,25 avec D est le diamètre d’une barre (en mètre). Ceci donne des valeurs d’environ 5 W m⁻² K ⁻¹ . Pour l’eau, toujours aux alentours de la température ambiante, le coefficient h est environ 10 fois plus élevé."
v n'est pas défini dans le chapitre même, mais dans l'introduction, il est précisé que les échanges par convection vont dépendre de la vitesse moyenne du fluide (l'air) qui régit le comportement laminaire ou turbulent à proximité de la paroi d'échange.

PS: j'ai utilisé les mêmes manchons de mousse fendus pour isoler les canalisations dans ma chaufferie et bien entendu j'ai rencontré le même problème d'ouverture de la fente. Pour recouvrir l'isolant et le maintenir fermé, j'ai utilisé le ruban adhésif en aluminium mince qui est utilisé pour étancher les raccordements en fumisterie et pensant que cela ne pouvait que diminuer les pertes par rayonnement. Mais je n'ai aucun moyen d'en faire un bilan.
A+
Herve

[invite2313209787891133]

Donc tu as utilisé une valeur de v "au hasard " ? De toute façon cette formule n'est pas adaptée ici ; pour ce cas précis on peut utiliser l'approximation suivante :
Hc = 1.32 (Dt/De)^0.25
avec Dt le delta de t° et De le diamètre de la conduite.
On trouve Hc = 8.9W/m².°C pour le tube nu et 5.1W/m².°C pour le manchon en mousse.

Tu peux retrouver cette formule ici page 9 : http://docinsa.insa-lyon.fr/polycop/...d=160504&id2=4

[inviteaf295957]

juste un petit retour d’expérience, chez moi j'ai constaté qu’après avoir isolé les tuyaux (avec 2 couches de ce fameux machin gris en mousse) du chauffage central traversants le garage, la température du garage a baissé...

donc isoler les tuyaux change quelque chose...me semble t-il

[Tam]

Dudulle, Et si on passait aux conclusions pratiques, quitte à ce qu'elles soient un peu farfelues

1) Polir les tuyau et les traiter leur surface pour limiter leur rayonnement
2) Limiter la surface de contact tuyau / isolant. Idée: choisir des manchons d'un diamètre intérieur supérieur au diam du tuyau ; en imaginant des petites cales réparties sur la circonférence, on peu réduire cette surface à pas grand chose.
3) Recouvrir l'isolant d'un revêtement réfléchissant pour limiter son rayonnement
4) Fermer hermétiquement les manchons pour éviter une convection interne
...
Il reste les ponts thermiques au niveau des fixations des tuyau........................

Bref, dans ces conditions, tu continues à isoler tes tuyaux, non ??

[SK69202]

Dudulle, Et si on passait aux conclusions pratiques, quitte à ce qu'elles soient un peu farfelues

Contacter la répression des fraudes, les manchons isolants étant une escroquerie, car moins épais que l'épaisseur critique.

[invite2313209787891133]

C'est ce que je pensais au départ, mais le petit essai que j'ai commenté au message #16 montre que ce n'est pas le cas et que j'ai fais une interprétation erronée des premières mesures effectuées. Je trouve toutefois que la problématique reste intéressante.

[invite2313209787891133]

Bonjour

Bonjour,
De mon côté, cette discussion m'aura fait cogiter sur la valeur de l'émissivité d'un tuyau de chauffage en cuivre, en fonction de son état de surface.

Je propose à ceux équipés de faire le test suivant avec une caméra thermique permettant de choisir l’émissivité de la source mesurée:
- coller le scotch qui va bien sur un tuyau et relever sa température.
- retirer le scotch et chercher la valeur d'émissivité permettant d'obtenir la même température.

Merci pour vos résultats.

Je viens d'emprunter une camera thermique au boulot pour le faire. J'ai pris un seul cliché, 2 points de mesures (1 sur le scotch et l'autre sur le cuivre) et j'ai modifié l'émissivité en post traitement pour retrouver la température mesurée sur le scotch à 0.95.

L’émissivité du cuivre nu est donc proche de 0,1. Donc en ce qui concerne tes idées :
- Polir le cuivre n'y changera pas grand chose.
- Laisser une lame d'air entre le cuivre et l'isolant augmente la résistance thermique radiale, mais augmente aussi la surface, donc pas sur que ce soit valable
- Recouvrir le manchon d'une couche à faible émissivité est une bonne idée, on devrait réduire la déperdition encore de moitié, par contre il faut le faire soit même (avec de la couverture de survie par exemple). A l'occasion je tenterai l'expérience.
- Fermer hermétiquement le manchon me semble une nécessité.
- Pour les ponts thermiques j'ai regardé à la camera, et ils n'ont pas l'air négligeables, par contre je n'ai pas de solution simple pour estimer la perte que cela représente.

[herve78500]

J'ai repris les calculs avec la formule proposée par l'INSA et transmise par Dudulle,
Tube nu
b) la perte par convection est Φconv = hconv x S x (Ts-Ta)
avec hconv = coefficient d'échange superficiel par convection,
selon doc INSA est en régime laminaire hconv= 1,32 (ΔT/D)^0,25 soit pour ΔT=47,5-14,8=32,7 et D=0,018 hconv= 8,62
vérif. Laminaire*: Grashof Gr= l³ ρ² g ΔT/(T μ²) = 0,018³x1,275²x9,81x32,7/(320.15 1,15x10^-3) = 0,0082, OK laminaire
donc Φconv = 8,62x3,1416x0,018x32,7= 15,94 W par ml
Total des pertes 10,26+15,94=26,2 W par ml
Tube avec isolant
b) La perte par convection est donnée par Φconv = hconv x S x ΔT
selon doc INSA, en régime laminaire hconv= 1,32 (ΔT/D)^0,25 soit pour ΔT=23,2-14,8=8,4 et D=0,038 hconv= 5,09
et Φconv = hconv x S x ΔT = 5,09x3.1416x0,038x8,4= 5,1 W par ml
Total des pertes 5,39+5,1=10,49 W par ml
Conclusion:
Selon les 2 formules ci dessus, on a gagné 100-1049/26,2= 59,96% par rapport à la situation initiale du tube non isolé
Mais la perte par rayonnement reste supérieure à la perte par convection

Dans ces conditions on se demande pourquoi les fabricants ne proposent pas le même manchon mais avec surface extérieure métallisée.
La couverture de survie ou une couche extraite d'un isolant mince multicouches pourrait convenir, mais comment le coller simplement? C'est pourquoi le ruban adhésif pour fumisterie me parait une solution plus facile.
A+

[SK69202]

C'est pourquoi le ruban adhésif pour fumisterie me parait une solution plus facile.

Aluminium ménager, moins cher...

[herve78500]

OK pour l'aluminium ménager mais on le colle comment sur le manchon, tout en le maintenant sous tension pour éviter que la fente du manchon ne reste ouverte?

[SK69202]

Scoth pare vapeur alu, pas donné lui.

[Tam]

Bonsoir,
@Dudulle, merci pour ta manip et tes photos, elles sont particulièrement significatives !

Tu as donc du diviser l’émissivité par 9,5 pour obtenir la même t° sur le scotch et directement sur le tuyau de cuivre.
La photo visible montre un état de surface classique -pas spécialement "brillant"-, je n'imaginais pas que l’émissivité serait aussi basse.

Encore par curiosité, est-ce qu'une modification en direct plutôt qu'en post-traitement donne le même résultat ?

En cherchant sur le web, j'ai trouvé une mesure semblable sur du cuivre ICI . La t° réelle sur le scotch est de 126°F (52°C) alors que sur le cuivre elle semble être de 69°F (20°6).

The emissivity on the camera is set 0.95 for these pictures.

The manifolds are made from brass and the pipes coming into the two manifolds are copper. Copper actually has an emissivity of anywhere from 0.05 (polished) up to about 0.8 (oxidized) -- so, the camera emissivity setting is way off for these bare pipes.

If you look at the thermal images of the two copper pipes coming into the manifold from the right you will see a bright spot in each. The bright spot is a piece of painters tape wrapped around the pipe. The emissivity of the tape is about 0.95, so the temperature reading on the tape is a true one. The pipe right next to the tape is, of course, the same temperature as the tape, but shows a much lower temperature because the emissivity setting is not correct for the bare pipes. The right picture is the same with temperature labels on the tape showing 126F and on the pipe near the tape showing 69F. So, setting the wrong emissivity in this case results in a very large error in the temperature measurement on the pipes.

[Tam]

On constate sur cette photo que les tuyaux en cuivre rayonnent beaucoup moins que ceux en "plastique".

[invite2313209787891133]

J'ai repris les calculs avec la formule proposée par l'INSA et transmise par Dudulle (...)
Dans ces conditions on se demande pourquoi les fabricants ne proposent pas le même manchon mais avec surface extérieure métallisée.
La couverture de survie ou une couche extraite d'un isolant mince multicouches pourrait convenir, mais comment le coller simplement? C'est pourquoi le ruban adhésif pour fumisterie me parait une solution plus facile.
A+

Mais tu as gardé la valeur d’émissivité surestimée, si tu prend une valeur réaliste (entre le 0.07 de wiki et le 0.1 que j'ai mesuré) tu arrives à la même conclusion que celle qui m'a poussé à ouvrir ce sujet, à savoir que l'isolant semble apporter très peu de gain, ce que la mesure sur mon petit bout de tube ne confirme pas.
En ce qui concerne la couche de faible émissivité je pense que la couverture de survie est le plus simple : Ça ne coute presque rien, c'est solide et ça se manipule facilement. Dans l'industrie on recouvre l'isolant avec une couche d'aluminium, à la fois pour protéger la laine de la pluie mais également pour réduire encore les pertes.
Si les fabricants de mousse ne le font pas je pense que c'est simplement parce que les acheteurs ne se posent pas ce genre de question habituellement.

[invite2313209787891133]

Encore par curiosité, est-ce qu'une modification en direct plutôt qu'en post-traitement donne le même résultat ?

Pas tout a fait. Sur la camera tu vas juste pouvoir modifier la valeur d’émissivité, tandis qu'en post traitement tu peux ajuster d'autres paramètres qui permettent d'avoir une mesure qui tienne vraiment la route (les données que tu vois à droite des images). Sans ces ajustements les valeurs de température affichées ne sont pas très précises, et elles le sont d'autant moins que l'émissivité diminue.
En faits il faut savoir que l'image fournie par la camera n'est pas un simple jpeg reconstitué, mais un fichier qui contient réellement les valeurs de rayonnement IR mesurés, donc on ne perd pas d'information en post traitant.

[invite9cfc5b89]

Si on discute des bricolages a faire soi meme, decouper des isolants dans de la laine de bois est facile. On coupe des bandes qui s'ouvrent en deux et qu'on peut mettre autour des tuyaux. Pour moins d'un euro le metre lineaire, on a des epaisseurs d'isolants tres superieures a celles que je vois sur les manchons.

La forme n'est pas optimale ( section carree plutot que circulaire ) ce qui fait perdre un facteur pi/2=1,57 en pertes thermiques a epaisseur egale, mais comme on met un isolant 2 ou 3 fois plus epais, c'est bien meilleur au final.

[invite402f471e]

Le cuivre brut (oxydé) a une émissivité faible (difficile de la donner selon l'état de surface, plutôt dans les 0,2 j'ai vu). Il émet peu de rayonnement, donc il en réfléchit beaucoup, de façon spéculaire et donc irrégulière selon l'orientation. Même en ajustant les paramètres d'émissivité, de température d'environnement, ambiante... L'incertitude est très forte. En tout cas pour une mesure directement sur le cuivre nu avec des températures de cet ordre.
J'ai pas tout suivi votre fil c'est un gros morceau et mes notions se bornent à la thermographie appliquée au bâtiment mais il existe des manchons isolants avec couche d'alu, certains chauffagistes en posent, il faudra que je retrouve la marque.

[Tam]

Pas tout a fait. Sur la camera tu vas juste pouvoir modifier la valeur d’émissivité, tandis qu'en post traitement tu peux ajuster d'autres paramètres qui permettent d'avoir une mesure qui tienne vraiment la route (les données que tu vois à droite des images). Sans ces ajustements les valeurs de température affichées ne sont pas très précises, et elles le sont d'autant moins que l'émissivité diminue.[...]

Qu'as-tu ajusté en post-traitement ? Je n'ai pas vu de changement entre tes 2 photos hormis l'émissivité.

[Tam]

@cchristof, oui de mémoire, sur une caméra que j'avais manipulée il y a pas mal de tps, il me semble qu'en dessous d'une émissivité de 0,5 il y avait un message d'avertissement sur la perte de précision.

As-tu une source pour cette valeur de 0,2 ?

[invite2313209787891133]

Le cuivre brut (oxydé) a une émissivité faible (difficile de la donner selon l'état de surface, plutôt dans les 0,2 j'ai vu). Il émet peu de rayonnement, donc il en réfléchit beaucoup, de façon spéculaire et donc irrégulière selon l'orientation. Même en ajustant les paramètres d'émissivité, de température d'environnement, ambiante... L'incertitude est très forte. En tout cas pour une mesure directement sur le cuivre nu avec des températures de cet ordre.
J'ai pas tout suivi votre fil c'est un gros morceau et mes notions se bornent à la thermographie appliquée au bâtiment mais il existe des manchons isolants avec couche d'alu, certains chauffagistes en posent, il faudra que je retrouve la marque.

Certes, mais on voit qu'en ajustant l’émissivité à 0.1 on retrouve la température mesurée sur le scotch, ca veux dire que même en comptant le rayonnement reflété sur la conduite l’émissivité est au plus de 0.1.