Conseil pour mesurer une conductivité thermique

[invite54f59da2]

Bonjour,

j'aimerais savoir si quelqu'un connaît le moyen de mesurer une conductivité thermique. Je cherche à mesurer la conductivité thermique d'une tuile.

Merci d'avance pour toute éventuelle réponse...
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[invitebd2d4a07]

Tu ne peut pas le faire le façon "artisanale", il faut disposer de moyens experimentaux plutôt complexes.

Par contre ces données sont généralement facilement trouvables si tu connais la composition chimique de la tuile. Par exemple dans la page wikipedia:

http://fr.wikipedia.org/wiki/Conduct...3%A9_thermique


NB: il y a une remarque trés importante concernant la modification de la conductivité thermique avec la température et l'humidité.

[invite111cf9ee]

Salut

Ah mais ca peut peut-etre se faire a l'arrach je pense

tu as ta tuile
tu l'isoles avec genre de la laine de verre sur les cotes
tu lui appliques un courant electrique a une extremite
tu mesures l'ecart de temperature entre la ou il y a le courant et l'autre extremité
tu utilises la loi de Fourier
et tu trouves ta conductivité

quelqu'un peut confirmer le protocole?

[invite2313209787891133]

Bonjour

Il y a encore plus simple:
- On chauffe la tuile sur une face
- On mesure la température sur les 2 faces et la température ambiante.
- On détermine le flux de chaleur, on donc le lambda de la tuile.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite111cf9ee]

Hello

Oui mais non je pense qu'il faut isoler la tuile, parce que sinon il y a le coefficient d'echange par convection qui intervient
la temperature mesurée sera inferieure a celle de pure conduction, etant donné que l'air va refroidir
non?

[invite2313209787891133]

C'est justement le but de la manip; on mesure le delta entre les 2 faces, et le delta entre la face "froide" et l'ambiant.
Connaissant le coefficient d'échange convectif et radiatif on en détermine le flux.

[invitebd2d4a07]

Bonjour

Il y a encore plus simple:
- On chauffe la tuile sur une face
- On mesure la température sur les 2 faces et la température ambiante.
- On détermine le flux de chaleur, on donc le lambda de la tuile.

Le problème c'est qu'il faut que tu mesures la quantité de chaleur que tu apportes à la tuile ce qui n'est pas gagné... ou du moins fortement imprécis.

C'est justement le but de la manip; on mesure le delta entre les 2 faces, et le delta entre la face "froide" et l'ambiant.
Connaissant le coefficient d'échange convectif et radiatif on en détermine le flux.

Pour calculer le rayonnement de la tuile, il va te falloir "l'émissivité" de la tuile. Et plutôt que d'aller la chercher dans un bouquin, autant directement chercher la valeur de la conductivité.

Pour calculer la convection entre la tuile et l'environnement ça ne va pas être simple (et sourtout source de beaucoup d'incertitudes) puisqu'il ne s'agit pas de convection forcée mais de convection libre...

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Il faut partir d'une valeur de conductivité thermique estimée (voir post #2) et trouver un isolant thermique nettement meilleur que la tuile (mousse de polyuréthane, polystyrène expansé, etc.). De chaque côté on met une plaque métallique épaisse qui épouse bien la surface de la tuile. D'un côté on chauffe la plaque (avec une résistance électrique, par exemple) et de l'autre on recouvre le tout parfaitement avec l'isolant. Puis on mesure l'augmentation de la température avec le temps. À partir de la capacité thermique de la plaque et la vitesse d'augmentation de température, on déduit le flux qui traverse la tuile. Et à partir de ce flux, on calcule la conductivité.
Mais, attention, il faut que le temps de la manip soit très grand par rapport à la constante de temps du système pour pouvoir faire la supposition que le gradient de température est établi. Ceci affranchit de Fourier et de la capacité thermique de la tuile. Comme inconvénient, cela demande un très bon isolement du côté "récepteur".
Au revoir.

[invite2313209787891133]

Le problème c'est qu'il faut que tu mesures la quantité de chaleur que tu apportes à la tuile ce qui n'est pas gagné... ou du moins fortement imprécis.

Non, tu n'as pas compris; on mesure le delta entre la surface de la tuile et l'ambiant, on détermine le coefficient, donc on connait le flux.
On mesure ensuite le delta entre les 2 faces et connaissant le flux on calcule le lambda.

Pour calculer le rayonnement de la tuile, il va te falloir "l'émissivité" de la tuile. Et plutôt que d'aller la chercher dans un bouquin, autant directement chercher la valeur de la conductivité.

Pour calculer la convection entre la tuile et l'environnement ça ne va pas être simple (et sourtout source de beaucoup d'incertitudes) puisqu'il ne s'agit pas de convection forcée mais de convection libre...

En fait il n'y a pas besoin de rechercher l'emissivité, et la recherche du coefficient est bien plus simple en convection naturelle qu'en forcée. De toute façon il faut obligatoirement aller chercher une valeur ou une formule dans un bouquin à un moment, cet argument est un peu fallacieux.

[invited9d78a37]

bonjour

on peut se demander si Kevin recherche vraiment la conductivité ou plutôt la résistance thermique d'une tuile. En général, la conductivité thermique s'applique pour les matériaux et non les objets. La forme même de la tuile rend la mesure de la conductivité très approximative du fait de la faible épaisseur de l'échantillon et de sa courbure.
S'il faut mesurer la conductivité, autant demander au fabricant un échantillon cylindrique de la terre cuite utilisée.
Sinon, il parait plus judicieux de mesurer la résistance thermique, plus simple et plus proche des montages expérimentaux proposés ici, si c'est pour faire des calculs de déperdition de chaleur.

[invitebd2d4a07]

Non, tu n'as pas compris; on mesure le delta entre la surface de la tuile et l'ambiant, on détermine le coefficient, donc on connait le flux.
On mesure ensuite le delta entre les 2 faces et connaissant le flux on calcule le lambda.

Sisi, j'ai très bien compris.... (la thermique c'est mon métier pour info). Mais votre "estimation" du flux qui traverse la tuile à partir du flux entre la surface de la tuile et l'ambiance est irréaliste:

-D'abord vous n'avez aucune certitude que le flux évacué vers l'ambiance est égale au flux apporté de l'autre côté de la tuile.
- Ensuite la faible précision de votre estimation (convection naturelle c'est 20 à 30% d'erreur) ne vous permettra d'obtenir une mesure fiable dans des conditions expérimentales artisanales.

En fait il n'y a pas besoin de rechercher l'emissivité, et la recherche du coefficient est bien plus simple en convection naturelle qu'en forcée. De toute façon il faut obligatoirement aller chercher une valeur ou une formule dans un bouquin à un moment, cet argument est un peu fallacieux.

Le coefficient en convection naturelle n'est certainement pas plus simple à trouver que celui en convection naturelle. De plus la précision des corrélations de convection naturelle est bien plus faible que celle en convection forcée.

L'argument n'est pas fallacieux car je vous dit (2ème post) qu'il est plus simple d'aller chercher la conductivité thermique dans un bouquin plutôt que de lancer des manips très incertaines...qui de toute façon nécessite d'aller chercher d'autre constantes dans les bouquins.

[invite2313209787891133]

Sisi, j'ai très bien compris.... (la thermique c'est mon métier pour info).

C'est amusant, c'est mon métier aussi, il faut croire que les compétences pour pratiquer dans ce domaine sont variables.

Cette "estimation" est couramment employée pour déterminer la valeur U d'un mur par les thermiciens.


[QUOTE]Mais votre "estimation" du flux qui traverse la tuile à partir du flux entre la surface de la tuile et l'ambiance est irréaliste:

-D'abord vous n'avez aucune certitude que le flux évacué vers l'ambiance est égale au flux apporté de l'autre côté de la tuile.
- Ensuite la faible précision de votre estimation (convection naturelle c'est 20 à 30% d'erreur) ne vous permettra d'obtenir une mesure fiable dans des conditions expérimentales artisanales./QUOTE]

Il suffit de mesurer le delta entre face; on s'en tape de l'énergie qui s'en va sur les bords.
Une estimation à 20 à 30% près c'est déjà une estimation; une valeur dans une table serait de toute façon encore moins précise.

Le coefficient en convection naturelle n'est certainement pas plus simple à trouver que celui en convection naturelle. De plus la précision des corrélations de convection naturelle est bien plus faible que celle en convection forcée.

1ere fois que j'entends un truc pareil...Tu sais seulement de quoi tu parles ?

L'argument n'est pas fallacieux car je vous dit (2ème post) qu'il est plus simple d'aller chercher la conductivité thermique dans un bouquin plutôt que de lancer des manips très incertaines...qui de toute façon nécessite d'aller chercher d'autre constantes dans les bouquins.

Certes, mais la question de l'auteur est précisément "Conseil pour mesurer une conductivité thermique" et pas "comment trouver une conductivité dans un bouquin".
Si tu ne peux pas répondre à la question de l'auteur il est inutile d'intervenir.

[invite111cf9ee]

Bonjour,

mais oui dudulle, justement
il veut calculer seulement la conductivité
ca ne sert a rien de faire intervenir la convectivité et le rayonnement
au contraire, ca complique les calculs et c'est bcp plus dure de calculer un coeff d'echange convectif

C'est justement le but de la manip; on mesure le delta entre les 2 faces, et le delta entre la face "froide" et l'ambiant.
Connaissant le coefficient d'échange convectif et radiatif on en détermine le flux.

[invite2313209787891133]

Bonjour,

mais oui dudulle, justement
il veut calculer seulement la conductivité
ca ne sert a rien de faire intervenir la convectivité et le rayonnement
au contraire, ca complique les calculs et c'est bcp plus dure de calculer un coeff d'echange convectif

Pour calculer la conductivité il faudra forcément passer par le truchement d'une mesure "détournée"; et ça n'a rien de compliqué.

Voila par exemple ce qu'on pourrait faire:
- On pose la tuile sur une source de chaleur quelconque ayant une puissance stable.
- On peut éventuellement isoler le pourtour avec de la laine de verre pour limiter les effets de bord.
- On attend que l'ensemble soit stabilisé en température, on mesure la température coté chaud avec une sonde filaire (par exemple 50°C), la température de la face froide avec un thermomètre IR (par exemple 30°C) et la température ambiante (20°C).

Si la tuile est horizontale on prend un coefficient d'échange de 10W/m².°C (si elle est verticale on prend 8W/m².°C)
Le flux vaux ici 10 * (30-20) W/m²

Ce même flux traverse la tuile avec un delta de 50-30 = 20°C; on déduit une conductivité thermique de 100 / 20 = 5W/m².°C/épaisseur de la tuile.
Il n'y a qu'à multiplier cette valeur par 1/épaisseur en m pour avoir la conductivité en unité normales.

Bien sur cette mesure est une approximation, mais on arrivera tout de même à obtenir quelque chose de cohérent.

[invite111cf9ee]

Bonjour Dudulle

Mais je ne comprends pas tres bien pourquoi tu veux t'embeter a faire intervenir h?
Il ne serait pas plus simple d'isoler toute la tuile pour ne considerer qu'un cas conductif?

Mon idee etait de poser la tuile a plat. Tout serait entoure de laine de verre, ne laissant libre que les deux bords. Il ne reste alors qu'a mesurer les temperatures

Et puis, d'ou sortent ces valeurs de h?

[invite2313209787891133]

Bonjour

Bonjour Dudulle

Mais je ne comprends pas tres bien pourquoi tu veux t'embeter a faire intervenir h?
Il ne serait pas plus simple d'isoler toute la tuile pour ne considerer qu'un cas conductif?
Mon idee etait de poser la tuile a plat. Tout serait entoure de laine de verre, ne laissant libre que les deux bords. Il ne reste alors qu'a mesurer les temperatures

Et tu déduira la conductivité de quelle manière simplement à partir de températures ?

Et puis, d'ou sortent ces valeurs de h?

Ce sont des valeurs communément admises dans le cas d'un matériau avec une emissivité proche de 0.9 et pour des différences de températures de quelques dizaines de degrés maximum.

En toute rigueur on devrait utiliser une régression au cas par cas, mais l'approximation suffisamment bonne; et comme le demande ne semblait pas faire partie d'un exercice je n'ai pas voulu compliquer inutilement.

[invite111cf9ee]

Et tu déduira la conductivité de quelle manière simplement à partir de températures ?

Ah ok, tu veux dire qu'on peut utiliser un h admis par l'experience?
remarque oui, si c'est une bonne approximation, pas besoin de se prendre le chou.

Ah bah normalement, si on considere le cas basique, on a besoin que de la loi de Fourier non?
Donc Q=-lambda*S*dt/dx
S est connu, dx aussi et donc dt aussi, Q est la puissance elec donc lambda est calcule

non?

Selon moi, c'est tout ce dont on a besoin

[invite2313209787891133]

Ah bah normalement, si on considere le cas basique, on a besoin que de la loi de Fourier non?
Donc Q=-lambda*S*dt/dx
S est connu, dx aussi et donc dt aussi, Q est la puissance elec donc lambda est calcule

non?

Logiquement on devrait pouvoir procéder ainsi en effet, mais concrètement c'est inapplicable, car pour pouvoir mesurer la température le long de la tuile il faudrait que la déperdition par conduction avec la laine ne soit pas significative devant le flux transmit par conduction dans la tuile.

Grossièrement la conductivité de la tuile est 20x plus grande, mais pour pouvoir mesurer un deltaT avec précision il faudra effectuer ses mesures sur la longueur de la tuile; la déperdition dans la laine devient alors trop importante importante pour esperer mesure quelque chose.

Un petit exercice pour se rendre compte: On prend un petite barre de métal que l'on entoure d'une bonne épaisseur de chiffon sur une 20aine de cm. On chauffe une extrémité et on touche l'autre: On ne sentira même pas de chaleur, alors que la différence de conductivité entre le métal et le chiffon est beaucoup plus grande.

Par ailleurs la conductivité de la laine ne peut être connue avec précision; elle dépend de l'hygrométrie (qui s'équilibre avec celle de l'air) et de la façon dont elle est tassée.

[invite111cf9ee]

Logiquement on devrait pouvoir procéder ainsi en effet, mais concrètement c'est inapplicable, car pour pouvoir mesurer la température le long de la tuile il faudrait que la déperdition par conduction avec la laine ne soit pas significative devant le flux transmit par conduction dans la tuile.

Ah malin! Je n'y avais pas pense...

Mais bon, perso, quitte a faire des approximations, autant prendre la procedure la moins complique.
Je reste fixe sur Fourier parce que je me rappelle de certains TP ou on faisait comme ca pour mesurer une conductivite.
Mais en meme temps ca concernait des metaux donc surement moins d'erreur.

He Kevin032, on t'entends plus, a-t-on repondu a ta question?

[invite2313209787891133]

A ce niveau ce n'est même plus une approximation; si on veux une valeur utilisable je pense qu'il n'y a pas beaucoup d'autres possibilités que ma méthode (du moins avec les moyens dont dispose le particulier).