A température ambiante, au toucher, un morceau de fer semble plus froid qu’un morceau de bois. Le fer étant un bon
conducteur thermique, une quantité de chaleur est rapidement transférée de la main vers le métal.
Par contre, le bois étant un mauvais conducteur thermique, les échanges de chaleur entre la main et le bois sont
lents, ce qui donne l’impression de toucher un objet pratiquement à la même température que la main.
Deux matériaux distincts de même température procurent des sensations de chaleur
différentes.
Les matériaux n’ont pas la même capacité à transmettre la chaleur, cela dépend de leur coefficient de conductivité thermique, noté λ (lambda) et dont l’unité est le W/(m.K).
La conductivité thermique (λ) est une caractéristique propre à chaque matériau. Elle indique la quantité de chaleur qui se propage par conduction thermique :
en 1 seconde,
à travers 1 m² d’un matériau,
épais d’un 1 m,
lorsque la différence de température entre les deux faces est de 1 K (1 K = 1 °C).
Matériaux
Conductivité thermique (λ) Valeurs pour une température de 20 °C en W/(m.K)
Conducteurs
Cuivre
390
Aluminium
237
Fer
80
Acier inoxydable
26
Granite
2,2
Verre
1,2
Béton
0,92
Eau
0,60
Bois de chêne
0,16
Isolants
Liège
0,04
Polystyrène expansé
0,036
Laine de verre
0,040
Air
0,024
Plus la conductivité est élevée, plus le matériau facilite la propagation de la chaleur. Dans le bâtiment, la norme
RT 2012 indique qu’un matériau est isolant pour une conductivité inférieure à 0,065 W/(m.K).
La conduction est le moyen par lequel la chaleur circule de proche en proche dans un matériau ou passe d'un corps à
un autre en contact physique direct, par simple interaction moléculaire. Les molécules du secteur le plus chaud
se heurtent vivement entre elles et transmettent leur énergie de vibration aux molécules voisines. Le flux de chaleur
va toujours des zones chaudes vers les zones froides. La conduction concerne plus particulièrement les solides car
il n’y a pas déplacement de molécules.
Prenons l'exemple d'une barre métallique que l'on chauffe à l'une de ses extrémités : l'agitation thermique des
atomes situés à l'extrémité chauffée de la barre augmente et se transmet de proche en proche dans la direction
inverse du gradient thermique.
Lorsque les molécules d'un fluide froid, tel que l'eau ou l'air, viennent au contact d'une paroi chaude, une partie
de l'énergie de vibration animant les molécules superficielles du solide se communique aux molécules voisines du
fluide. Le déplacement de chaleur au sein d'un fluide s’effectue par le mouvement d'ensemble de ses molécules
d'un point à un autre. Le fluide s'échauffe, se dilate, s'allège et s'élève. De nouvelles molécules plus froides
remplacent continûment les molécules ascendantes chaudes. Cela entraîne une agitation permanente du fluide
contre la paroi. La convection concerne plus particulièrement les fluides car il y a déplacement de molécules,
il ne peut y avoir de convection dans les solides ou dans le vide.
La convection a lieu par exemple lorsque l'on chauffe une casserole d'eau. Le gradient thermique vertical est dirigé
vers le bas. La masse volumique du fluide inférieur s'abaisse (car celui ci est plus chaud) et le fluide s'élève pour
être remplacé par du fluide plus lourd situé plus haut. La convection tente de s'opposer au gradient thermique par un
mouvement de fluide.
Les atomes, molécules et électrons libres des corps peuvent perdre, de façon spontanée ou au cours d’interactions,
une partie de leur énergie cinétique ce qui donne lieu à l’émission d’un rayonnement électromagnétique. Lorsqu’un
tel rayonnement est intercepté par la surface d’un corps, une partie est absorbée et se retrouve dans l’énergie
cinétique de ces composants, c’est –à dire sous forme de chaleur. Un transfert de chaleur s’opère ainsi (des corps
rayonnant les plus chauds vers ceux à plus basses températures) sans support matériel.
La température d’un objet placé en plein soleil augmente : il y a transfert d’énergie du soleil vers cet objet (sous
forme d’ondes ou de particules). Les radiations du soleil assurent un transfert d’énergie depuis la source jusqu’à
l’objet qui le reçoit. Ce transfert d'énergie peut s'effectuer même dans le vide, on l’appelle rayonnement.
Le rayonnement s’effectue sans déplacement de matière sous forme de rayonnements électromagnétiques ultraviolets
(UV), chromatique ou infrarouge (IR).
L’équilibre thermique entre deux corps de températures initiales différentes est atteint lorsque les deux corps sont
à la même température. Le corps de température plus élevée transfère de l’énergie thermique au corps de
température plus basse jusqu’à ce que les deux corps soient à la même température.
