Transfert Thermique

Le technicien en chaudronnerie et construction métallique rencontre la chaleur partout : parois de fours et de chaudières, tuyauteries de vapeur d’une huilerie, échangeurs d’une raffinerie, réservoirs et toitures exposés au soleil du Sahel, pièces qui refroidissent après soudage ou traitement thermique, armoires électriques de postes NIGELEC. Ce cours donne les outils pour analyser et calculer les transferts de chaleur sous leurs trois formes — conduction, convection et rayonnement — séparément puis combinées. Il privilégie les méthodes d’ingénieur : bilans d’énergie, analogie électrique, nombres adimensionnels et corrélations, ordres de grandeur, et prépare aux cours de tuyauterie, d’appareils à pression, de soudage (préchauffage) et d’isolation thermique.

Objectifs d’apprentissage

• Identifier les modes de transfert dans un système réel (four, moteur électrique, composant électronique, tuyauterie).
• Résoudre l’équation de la chaleur en régime permanent (mur, cylindre) et utiliser l’analogie électrique, y compris les résistances de contact.
• Traiter un régime transitoire simple (capacité localisée) et mettre en œuvre un schéma numérique aux différences finies.
• Calculer un coefficient de convection libre, forcée ou mixte à l’aide des nombres de Reynolds, Nusselt, Prandtl et Grashof.
• Calculer des échanges radiatifs (corps noir, corps gris, écrans, facteur de forme) et comprendre le rayonnement solaire et l’effet de serre.
• Dimensionner des isolations, ailettes et échangeurs simples, et le refroidissement d’un composant.

Prérequis

Analyse (dérivées, équations différentielles du premier ordre, logarithmes et exponentielles), thermodynamique et mécanique des fluides de base (S1-S2).

Plan du cours

1. Leçon 1 — Généralités et conduction en régime permanent
2. Leçon 2 — Conduction en régime transitoire et méthodes numériques
3. Leçon 3 — Convection libre, forcée et mixte
4. Leçon 4 — Rayonnement et transferts combinés : isolation, ailettes, échangeurs

Modalités d’évaluation

Volume horaire : 20 h de CM, 10 h de TD, 0 h de TP et 10 h de TPE ; 2 crédits. Contrôle continu (40 %) : quiz, séries de TD, mini-projet (bilan thermique d’une tuyauterie de vapeur ou d’un four). Examen terminal écrit (60 %) avec formulaire et tables de propriétés fournis.

Bibliographie

• Incropera F. P., DeWitt D. P., Bergman T. L., Lavine A. S., Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Wiley.
• Taine J., Petit J.-P., Transferts thermiques — Introduction aux transferts d’énergie, Dunod.
• Çengel Y. A., Ghajar A. J., Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Applications, McGraw-Hill.
• Bianchi A.-M., Fautrelle Y., Etay J., Transferts thermiques, PPUR.
• Sacadura J.-F. (coord.), Transferts thermiques — Initiation et approfondissement, Lavoisier.