Augmentation de température dans une voiture

[Chabson]

Bonjour,

Etant bénévole dans la protection animale, en ce moment il y a beaucoup de campagne de sensibilisation sur les abandons avec notamment des tracts qui affirment que la température à l'intérieur d'une voiture peut atteindre 65°C en 30 minutes pour une température extérieur de 30°C.

Je cherche de l'aide afin de démontrer cette affirmation par curiosité et parce que ça fait appel à de vielles notions sur les flux de chaleur vu en BTS que j'ai hélas perdu mais que j'aimerai réactualiser un peu.

J'ai essayé de faire des recherches mais je suis vraiment largué sur le sujet c'est pourquoi, j'écris un topic sur le forum et je m'excuse par avance si ce sujet n'a rien à faire ici.

(Je suis preneur si vous avez des sites / pdf /cours dispo sur internet pour me remettre un peu dedans , je vais checker la bibliothèque physique du forum )

En vous remerciant et bonne journée !

Chabson
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[Coccinelleamoustaches]

Je pense que tu ne pourras pas démontrer un chiffre aussi précis dans le cas général (comment concluent-ils à 5° près ??).
Beaucoup de facteurs peuvent influer a priori : tronche de la voiture (proportion carrosserie/vitrage), peinture (noire plus absorbante au rayonnement), vitres teintées, traitement de surface, matériaux utilisés, etc...

Je n'ai rien lu dessus, mais a priori, d'instinct, je dirais que 2 phénomènes sont en jeu :
-la faible inertie thermique de la voiture (grande diffusivité thermique de la carosserie + faible épaisseur). Ca peut expliquer qu'on chauffe vite. Mais ça n'explique pas vraiment qu'on chauffe sensiblement plus qu'à l'extérieur
-ce qui explique le delta T intérieur/extérieur est le très célèbre effet de serre (les vitres sont telles qu'elles laisseront passer le rayonnement solaire, alors que le rayonnement provenant de l'intérieur de la voiture n'a pas la bonne longueur d'onde et reste coincé : c'est un "piège à chaleur")

Pour les quantifier, il faut des données sur les matériaux et sur la voiture.
Mais bon, si tu veux confirmer le fait que l'ordre de grandeur est réaliste, fais l'expérience toi-même; c'est encore le plus simple (à condition d'avoir une bagnole ce qui n'est pas mon cas ^^)

[Pio2001]

Bonjour,
L'effet de serre existe dans une voiture, mais il n'est pas prépondérant. La chaleur à l'intérieur s'explique avant tout par l'absence de convection. Le Soleil chauffe fortement les matériaux exposées à son rayonnement, et si l'air extérieur reste à 30 °C, c'est parce qu'il est en permanence remplacé par de l'air frais, plus lourd, qui descend des couches plus élevées de l'atmosphère.
Dans une voiture fermée, l'air ne circule pas, et prend la température de la carrosserie, qui est nettement plus élevée que la température de l'air extérieur.

[XK150]

Bonjour ,
Quand l'équilibre thermique est atteint , l'auto émet autant de chaleur qu'elle en absorbe . A partir de cet équilibre , on pourrait trouver T véhicule .
La partie absorbée , relativement simple à calculer en simplifiant , dépend de l'énergie du flux solaire et de l'émissivité de la peinture .
La partie réémise comprend 2 parties : une part par radiation - de nouveau relativement facile à calculer - mais aussi d'une part de conduction transférée
à l'air ambiant extérieur : seulement , cette part dépend de la température extérieure , mais aussi de la circulation de l'air inévitable autour de la carosserie ,
qui dépend du vent , même léger , de la forme de la carosserie , de ... .
Bon courage pour des calculs réalistes .

[A voir en vidéo sur Futura]

[Coccinelleamoustaches]

Intéressant Pio, effectivement, ça paraît logique !
L'air est à peu près transparent au visible, c'est donc le sol et ce qui le coiffe qui absorbe le rayonnement et chauffe.Il commence alors à chauffer l'air alentour et enclenche de fait un refroidissement par convection rendu possible grâce à la fraîcheur de l'air en altitude. Phénomène impossible dans une voiture puisque le haut est chauffé.

Merci pour cette explication importante et toute simple, mais à laquelle je n'avais jamais réfléchi

[f6bes]

Bjr à toi,
En gros ( enceinte fermée) cela s'apparente à un four...solaire !
http://i44.servimg.com/u/f44/11/64/21/69/img_3518.jpg
J'y ai explosé un thermométre à plus de...cent degrés !
J'ai réchauffé mon repas de midi de cette façon.
D'accord le volume de la voiture est plus conséquent !
Bonne journée

[Coccinelleamoustaches]

XK150, ce n'est pas un calcul d'équilibre dont on a besoin, mais un calcul instationnaire.
Il veut savoir en combien de temps on monte à telle température. L'équilibre ne t'apportera pas cette information.

[antek]

L'effet de serre existe dans une voiture, mais il n'est pas prépondérant. La chaleur à l'intérieur s'explique avant tout par l'absence de convection. Le Soleil chauffe fortement les matériaux exposées à son rayonnement, et si l'air extérieur reste à 30 °C, c'est parce qu'il est en permanence remplacé par de l'air frais, plus lourd, qui descend des couches plus élevées de l'atmosphère.
Dans une voiture fermée, l'air ne circule pas, et prend la température de la carrosserie, qui est nettement plus élevée que la température de l'air extérieur.

Je suis dubitatif.

Que l'effet de serre soit prépondérant ou pas, il participe significativement à l'élévation de température.
On ne peut quantifier que pour un modèle précis.

Pour l'air au sol remplacé par l'air de haute altitude (quelle est sa densité ?) en quelques heures je doute.

[Coccinelleamoustaches]

à noter d'ailleurs que f6bes semble lui aussi en désaccord avec pio puisque le modèle de four qu'il présente est sans conteste essentiellement gouverné par l'effet de serre.

En revanche, antek, ce n'est pas une question de "quelques heures" qui importe, je pense. Ce qui est important, c'est qu'il y ait circulation, et donc convection naturelle pour refroidir le sol. Je te l'accorde, elle sera d'autant plus importante que la vitesse de convection est grande (et donc le temps de renouvellement petit). Mais si on veut savoir le quel "temps caractéristique" de renouvellement serait suffisant pour faire redescendre notablement la température, il faut rentrer dans de l'étude qualitative. Il ne me paraît pas possible de dire "à vue de nez" que le temps de renouvellement doit être de quelques heures pour que le transfert soit significatif (revient à estimer "à vue de nez" la vitesse de convection nécessaire)

En revanche, avec cette nouvelle idée en tête, je commence à me poser des questions sur l'influence de cette boucle de convection à l'échelle planétaire... Ca doit avoir de grosses implications météorologiques... Et pourquoi ne voit-on pas les nuages monter ou descendre sous l'influence de cette convection ?

[antek]

En revanche, antek, ce n'est pas une question de "quelques heures" qui importe, je pense.

Mais si on veut savoir le quel "temps caractéristique" de renouvellement serait suffisant pour faire redescendre notablement la température, il faut rentrer dans de l'étude qualitative.

Et pourquoi ne voit-on pas les nuages monter ou descendre sous l'influence de cette convection ?

Si on admet l'hypothèse que l'air au sol ne monte pas plus haut en température parce que de l'air froid descend, il faut bien admettre que ce refroidissement se produit pendant la journée donc en quelques heures. Ou alors on admet que c'est par cette hypothèse qu'il fait moins chaud la nuit.
Hypothèse que je trouve farfelue.

. . . quantitative

Les nuages ne sont pas "promenés" comme ça.

[Coccinelleamoustaches]

Pas d'acc'

Ce qui compte c'est qu'il y ait un gradient de temperature, et que le fluide soit mis en mouvement. Il ne fault pas croire que le fluide a besoin de faire "tout le tour". Il n'y a pas que l'air tout en haut qui est plus frais. A partir du moment ou la boucle est en place, Elle refroidit le sol en continu grace au gradient vertical de temperature. C'est a dire qu'a partir du moment ou du fluide descend, il est forcement plus frais (gradient continu) et participle au transfert.
L'efficcacite du transfers depend essentiellement de la vitesse d'ecoulement et du gradient en question.

Mais encore une fois, impossible de concluresur la vitesse requise sans une étude quantitative (Effectivement)

Conceptuellement, la Remarque de pio tient le coup pour moi. Quantitativement, je ne saurais pas dire. Et les transferts al'echelle de la terre sont trop complexes pour que je puisse proposer un calcul comparatif realiste

[Pio2001]

Bonjour,
Il faut d'abord faire quelques recherches sur le web. Quelqu'un a certainement déjà fait le travail.

Il me semble, de mémoire, que c'était de l'ordre de 1/3 effet de serre, 2/3 chauffage direct. Pour une voiture ou une serre, je ne sais plus.
D'ailleurs, je crois que je l'ai lu dans ce forum !

[antek]

Ce qui compte c'est qu'il y ait un gradient de temperature, et que le fluide soit mis en mouvement.

Pour faire monter de l'air d'en bas ou descendre de l'air d'en haut c'est la densité qui importe, pas la température.
Dans un zone d'air stable (anticyclone) c'est une masse d'air chauffée par en-dessous qui peut monter.
Et ce n'est pas de l'air froid de haute altitude qui va descendre pour combler.

Mais je n'ai pas envie de me replonger dans la météo . . . j'arrête là.

[Coccinelleamoustaches]

Pour faire monter de l'air d'en bas ou descendre de l'air d'en haut c'est la densité qui importe, pas la temperature
.

Dans un gaz, la densite est conditionee par la temperature. Fais des recherches sur la convection naturelle si besoin. Tu Verras mieux ce que je te dis.

[sitalgo]

B'jour,

L'effet de serre existe dans une voiture, mais il n'est pas prépondérant. La chaleur à l'intérieur s'explique avant tout par l'absence de convection.

Que l'effet de serre soit prépondérant ou pas, il participe significativement à l'élévation de température.

En 1909, Robert Wood (j'ai fini par le retrouver) montra par l'expérience que changer la vitre d'une serre par un matériau transparent aux IR ne changeait rien (ou très peu j'imagine, je n'ai pas le résultat). Si c'est la conséquence de l'opacité aux IR long qu'on appelle effet de serre, cette effet est donc minoritaire.
Prenons deux système :
- Une boîte formant serre avec vitrage mais dont 2 côtés sont ouverts
- Une boîte fermée, mais la vitre est remplacée par une tôle
On constate que malgré un apport plus faible à cause de la tôle, la température est plus élevée. La réduction des pertes (convection) est le facteur primordial.

Tout dépend donc de ce qu'on entend par effet de serre, c'est pourquoi au GIEC on dit forçage radiatif pour le phénomène qu'ils étudient, effet de serre c'est pour le grand public.

Pour la petite histoire, étymologiquement, serre à la même origine que serrure (fermeture), une serre est un endroit fermé.

[antek]

En 1909, Robert Wood (j'ai fini par le retrouver) montra par l'expérience que changer la vitre d'une serre par un matériau transparent aux IR ne changeait rien (ou très peu j'imagine, je n'ai pas le résultat).

Tout dépend donc de ce qu'on entend par effet de serre, c'est pourquoi au GIEC on dit forçage radiatif pour le phénomène qu'ils étudient, effet de serre c'est pour le grand public.

Pour la petite histoire, étymologiquement, serre à la même origine que serrure (fermeture), une serre est un endroit fermé.

Sans connaitre le protocole je ne sais pas ce qu'il a montré.
On peut bien arriver à ce que l'effet de serre influence faiblement la température pour un modèle de voiture, encore faut-il préciser les conditions et le modèle.
Pour moi l'effet de serre existe et influence la température intérieure, c'est tout.

Pas de GIEC ici, on n'est pas dans l'étude de l'atmosphère.

Le sens physique actuel n'est pas donné par l'éthymologie, sauf à interpréter.

[Coccinelleamoustaches]

Euh... La pour le coup je suis tres perplexe sitalgo.
Je me souviens d'avoir fait un exo en cours de transfert radiatif ou l'on expliquait la temperature Interne d'une serre uniquement avec des considerations d'equilibre radiatif...
Si tu as une source solide, je suis curieux...

[sitalgo]

Euh... La pour le coup je suis tres perplexe sitalgo.

Tu ne devrais pas. J'ai seulement appuyé les propos de Pio qui semblaient te paraître pertinents.

Je me souviens d'avoir fait un exo en cours de transfert radiatif ou l'on expliquait la temperature Interne d'une serre uniquement avec des considerations d'equilibre radiatif...

Si c'est une serre "à poser" (faible hauteur) où la conduction des parois et la convection peuvent être négligées au vu de la surface vitrée, pourquoi pas.
Faut pas oublier que le verre est mauvais isolant (1,1; le béton 0,92 W/m.K, valeurs moyennes).

[Coccinelleamoustaches]

Tu ne devrais pas. J'ai seulement appuyé les propos de Pio qui semblaient te paraître pertinents.

Euh, non ^^
Pio proposait que l'effet de serre soit peu important dans une voiture. Toi, tu proposes de négliger totalement "l'effet de serre" dans une serre. Tu comprendras bien qu'instinctivement, ça éveille quelques réticences...
J'ai fait quelques recherches sur cette expérience. Pour ce que j'ai pu trouver, elle est aujourd'hui considérée comme erronée en dehors d'un cercle de climato-sceptiques. Wood n'a pas pris en compte la différence de conductivité des matériaux (il dit clairement avoir pris la même épaisseur, alors que les conductivités sont nettement différentes), ce qui est susceptible d'inverser la conclusion.
D'autre part, son protocole expérimental est très sibyllin. Il parle notamment "box temperature", alors que les inhomogénéités de température au sein de la boîte sont importantes et empêchent de définir une telle grandeur.

Plusieurs reproductions de l'expérience ont été tentées et tendent vers la conclusion d'une non répétabilité de cette expérience
Je te laisse par exemple ce lien publié par Stanford :
http://clim8.stanford.edu/WoodExpt/

Dans cette expérience, on peut conclure effectivement que le blocage de la convection reste un élément majeur dans l'élévation de la température. Cependant, le piégeage radiatif n'est pas négligeable pour autant

Cependant, ces expériences plus rigoureuses confortent effectivement l'idée de Pio : le premier mécanisme d'élévation de température dans la voiture (ou la serre) est le blocage de la convection.

Merci pour cette discussion intéressante Je retiendrai que le terme "effet de serre" est effectivement très mal adapté.

[RomVi]

Pas besoin de faire appel à des publications, et il n'y a même pas besoin de se préoccuper de ce qui se passe dans la boite ; il y a une différence fondamentale entre les 2 cas de figures.
Prenons l'exemple d'une boite avec un couvercle transparent au rayonnement solaire, de faible résistance thermique au regard des autres interfaces (cas d'une vitre ordinaire), et parfaitement isolée sur toutes ses autres faces.
Dans le cas d'un vitrage opaque aux IR la puissance totale reçue est restituée par le couvercle, qui va à la fois échanger par convection et rayonnement vers son environnement.
Dans le cas d'un couvercle transparent aux IR le couvercle échange de la même façon par convection, mais il ne rayonne pas, ou peu. En revanche le fond de la boite, plus chaud, rayonne directement vers l'environnement. La température d'équilibre dans la boite est donc forcément différente.

Pour ceux qui ont envie de reproduire facilement l'expérience de Wood on peut remplacer la vitre en halite, difficilement trouvable, par du film alimentaire étirable en PE. Pour remplacer la vitre en verre on peut prendre du film PVC prévu pour couvrir les livres.

[RomVi]

Pour revenir à la question initiale la modélisation est possible, mais il faut faire intervenir un grand nombre de facteurs. Une approche plus simple peut consister à mesurer l’élévation de température dans quelques voitures en plein soleil. Attention cependant au positionnement de la sonde, car la température ne sera pas du tout homogène dans le véhicule.

[sitalgo]

Pas trop eu le temps d'intervenir ces derniers jours.

Pio proposait que l'effet de serre soit peu important dans une voiture. Toi, tu proposes de négliger totalement "l'effet de serre" dans une serre. Tu comprendras bien qu'instinctivement, ça éveille quelques réticences...

Voici ce que j'ai écrit : «Robert Wood montra par l'expérience que changer la vitre d'une serre par un matériau transparent aux IR ne changeait rien (ou très peu j'imagine, je n'ai pas le résultat)»
Tu notes la partie soulignée car intuitivement je ne pense pas que ça ne change rien, ça ne signifie pas négliger. Je me doute bien que l'opacité aux UV ne peut qu'améliorer le système, le problème est la quantification.

Wood n'a pas pris en compte la différence de conductivité des matériaux (il dit clairement avoir pris la même épaisseur, alors que les conductivités sont nettement différentes), ce qui est susceptible d'inverser la conclusion.

Oui, c'est bizarre de faire une telle erreur.

[RomVi]

Généralement la conductivité de la vitre a peu voire pas d'impact dans ce genre de situation, à moins de prendre une très grande épaisseur.
Par exemple une vitre de 2mm en verre aura une conductivité de 0.8 / 0.002 = 400W/m²K, à comparer à 2 fois 10W/m²K des interfaces convectives.