La chaleur s’échappe (ou se transfère) de l’intérieur vers l’extérieur (température élevée vers température basse) par trois mécanismes (individuellement ou en combinaison) d’une maison :
- Conduction
- Convection
- Radiation
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- Conduction : chaleur se déplaçant à travers les murs d’une maison d’une température élevée à l’intérieur vers une température basse à l’extérieur.
- Convection : chaleur circulant dans les pièces d’une maison.
- Rayonnement : La chaleur du soleil entrant dans une maison.
Conduction
La conduction est un processus par lequel la chaleur est transférée de la zone chaude d’un objet solide à la zone froide d’un objet solide par les collisions de particules.
En d’autres termes, dans les solides, les atomes ou les molécules n’ont pas la liberté de se déplacer, comme les liquides ou les gaz, de sorte que l’énergie est stockée dans la vibration des atomes. Un atome ou une molécule ayant plus d’énergie transfère de l’énergie à un atome ou une molécule adjacent(e) par contact physique ou collision.
Dans l’image ci-dessous, la chaleur (énergie) est conduite de l’extrémité de la tige dans la flamme de la bougie plus loin vers l’extrémité plus froide de la tige, car les vibrations d’une molécule sont transmises à la suivante ; cependant, il n’y a pas de mouvement d’atomes ou de molécules énergétiques.
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Exemple de conduction
Une main tient une tige métallique au-dessus d’une bougie allumée. Les molécules chauffent rapidement à l’endroit où la flamme touche la tige. La chaleur se répand alors sur toute la tige métallique et la chaleur est alors capable d’être ressentie par la main.
En ce qui concerne le chauffage résidentiel, la chaleur est transférée par conduction à travers les solides comme les murs, les planchers et le toit.
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Exemple de conduction en ce qui concerne le chauffage résidentiel
Imaginez la section transversale d’un mur dans une maison. À l’intérieur de la maison, il fait 65°F et à l’extérieur, il fait 30°F. Deux flèches pointent de l’intérieur de la maison vers l’extérieur pour montrer comment la chaleur est transférée de l’intérieur de la maison vers l’extérieur à travers le mur par conduction.
Perte de chaleur à travers un mur solide par conduction
Convection
La convection est un processus par lequel la chaleur est transférée d’une partie d’un fluide (liquide ou gaz) à une autre par le mouvement de masse du fluide lui-même. Les régions chaudes d’un fluide ou d’un gaz sont moins denses que les régions plus froides, elles ont donc tendance à s’élever. Lorsque les fluides plus chauds s’élèvent, ils sont remplacés par des fluides ou des gaz plus froids provenant d’en haut.
Dans l’exemple ci-dessous, la chaleur (énergie) provenant de la flamme de la bougie s’élève et est remplacée par l’air froid qui l’entoure.
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Exemple de convection
Une main est tenue au-dessus d’une bougie allumée. Lorsque la bougie chauffe l’air, la chaleur monte vers la main. Finalement, elle devient trop chaude et la main s’éloigne de la bougie.
Dans le chauffage résidentiel, la convection est le mécanisme par lequel la chaleur est perdue par l’air chaud qui s’échappe vers l’extérieur lorsque les portes sont ouvertes, ou par l’air froid qui s’infiltre dans la maison par les fissures ou les ouvertures des murs, des fenêtres ou des portes. Lorsque l’air froid entre en contact avec le chauffage d’une pièce, il absorbe la chaleur et monte. L’air froid, étant lourd, descend au sol et se réchauffe, et ainsi réchauffe lentement l’ensemble de l’air de la pièce.
Instructions : Appuyez sur le bouton de lecture ci-dessous et observez ce qui arrive à l’air froid (flèches bleues) lorsqu’il entre dans la maison et rencontre l’air chaud (flèches rouges) provenant de la bouche de chauffage :
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Exemple de la convection en ce qui concerne le chauffage résidentiel
Imaginez une pièce avec une porte ouverte laissant entrer de l’air froid à gauche et un radiateur créant de la chaleur à droite. Lorsque le radiateur chauffe l’air qui l’entoure, celui-ci monte et est remplacé par de l’air frais. Une fois que l’air chaud atteint le plafond, il se déplace vers la gauche en direction de la porte ouverte, se refroidissant au fur et à mesure de son déplacement. L’air froid de la porte ouverte se déplace vers la droite, à travers le sol, vers le radiateur à chauffer. L’effet global est un courant de convection circulaire de l’air dans la pièce.
Radiation
La radiation est le transfert de chaleur par des ondes électromagnétiques à travers l’espace. Contrairement à la convection ou à la conduction, où l’énergie des gaz, des liquides et des solides est transférée par les molécules avec ou sans leur mouvement physique, le rayonnement n’a pas besoin de milieu (molécules ou atomes). L’énergie peut être transférée par rayonnement même dans le vide.
Dans l’image ci-dessous, la lumière du soleil voyage vers la terre à travers l’espace, où il n’y a pas de gaz, de solides ou de liquides.
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Exemple de rayonnement
Imaginez le Soleil et la Terre avec des flèches voyageant du Soleil à la Terre à travers l’espace. Les flèches représentent l’énergie qui se déplace vers la Terre par rayonnement, qui ne nécessite aucun support (atomes ou molécules) pour le faire.
Testez vous
D’abord, identifiez le type de perte de chaleur domestique illustré dans les images A-J comme étant soit : conduction, convection ou rayonnement. Ensuite, cliquez et faites glisser chaque image vers le bas dans la bonne catégorie au bas de l’écran.
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Test Yourself : Types de perte de chaleur
Identifiez le type de perte de chaleur (conduction, convection ou rayonnement) pour chacun des exemples suivants :
- La chaleur s’échappant par le toit d’une maison
- Le brûleur d’une cuisinière chaude
- L’eau bouillante
- Une lampe torche halogène produisant de la lumière et de la chaleur
- Une porte suspendue grande ouverte, laissant entrer l’air froid
- Un feu créant de la chaleur
- La chaleur s’échappant d’un mur
- Un miroir reflétant la lumière du soleil
- La chaleur s’échappant d’une fenêtre
- La chaleur s’échappant d’une cheminée
Réponses :
A. Conduction
B. Rayonnement
C. Convection
D. Rayonnement
E. Convection
F. Rayonnement
G. Conduction
H. Radiation
I. Conduction
J. Rayonnement
Réduire la consommation d’énergie
Il existe deux façons de réduire la consommation d’énergie.
- La façon la plus rentable est d’améliorer » l’enveloppe » de la maison – les murs, les fenêtres, les portes, le toit et les planchers qui enferment la maison – en améliorant l’isolation (pertes par conduction) et en scellant les fuites d’air avec du calfeutrage (pertes par convection).
- La deuxième façon de réduire la consommation d’énergie est d’améliorer l’efficacité de l’appareil de chauffage qui fournit la chaleur.
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Dessin linéaire d’une maison avec des flèches pointant vers l’extérieur des murs et du toit montrant la conduction & des flèches circulant dans un mouvement circulaire à l’intérieur de la maison montrant la convection.