Chapitres
Définitions sur la thermodynamique
La conductivité thermique
La conduction thermique, également appelée diffusion thermique, correspond à un mode de transfert thermique qui est provoqué par la présence d'un gradient de température entre deux régions qui composent un même milieu ou alors entre deux milieux qui sont en contact direct. Il va alors y avoir, contrairement à la convection, un transfert d'énergie thermique sans déplacement global de matière à l'échelle macroscopique. Il est alors possible d'interpréter ce mode de transfert thermique comme étant la transmission de proche en proche de l'agitation thermique. Autrement dit, un atome, voire une molécule, va céder une partie de son énergie cinétique à un atome, ou une molécule, qui est à son voisinage. 
Le transfert thermique
Ce qu'on appelle transfert thermique en sciences est plus couramment appelé chaleur dans la vie quotidienne. Un transfert thermique correspond à l'un des modes d'échange d'énergie thermique entre deux systèmes. Dans le cas du double vitrage, on parlera du système extérieur et du système intérieur (la maison). Cela correspond à une notion fondamentale de la thermodynamique et, contrairement au travail, les transferts thermiques correspondent à un bilan de transferts d'énergie dits microscopiques et désordonnées. Il est possible de distinguer trois type de transfert thermique, tous pouvant coexister :
- La conduction correspond à la diffusion progressive de l'agitation thermique dans la matière ;
- La convection correspond au transfert thermique qui accompagne des déplacements macroscopiques de la matières ;
- Et le rayonnement qui correspond à la propagation de photons.
Ainsi, la quantité de chaleur, notée Q et exprimée en joule, correspond à la quantité d'énergie qui sera échangée par le moyen de ces trois différents type de transfert. Une convention indique alors que, lorsque Q > 0, on dit que le système reçoit de l'énergie. De plus, il peut être intéressant de retenir que la thermodynamique fait appel au concept de chaleur afin de mettre en place le premier mais aussi de deuxième principe de la thermodynamique. Malgré tout cela, il reste de nombreuses ambiguïtés mais également de nombreuses confusions qui s'entretiennent. En effet, malgré le sens que l'on accorde à chaleur dans la vie quotidienne, le principe de chaleur au sens thermodynamique du mot n'a aucun lien avec la température. Cependant, il reste vrai que les transferts thermiques spontanées se font toujours du système le plus élevé en température vers le système le moins élevé en température même s'il reste possible de provoquer l'inverse grâce à une machine thermique comme un réfrigérateur. Il est d'ailleurs intéressant de noter que, lorsqu'il y a un changement d'état, le corps pur ne changera pas de température bien qu'il échange de l'énergie sous forme de chaleur.
Le choc thermique
Le choc thermique est un événement qui engendre des contrainte interne au sein des matériaux et qui peut donc les amener à éclater, même pour des matériaux durs et rigides. On peut illustrer cela avec l'exemple du verre qui est très sensible au choc thermique. En effet, en cas de choc thermique brutal, si le verre présente un impact ou une imperfection, celui-ci peut éclater et provoquer un bris de glace. C'est pour cela qu'il faut être prudent à l'état de son pare-brise en été avec la climatisation ou en hiver avec le chauffage ! Mais la roche est également un matériau sensible au choc thermique. En effet, dès la préhistoire, on a utilisé le phénomène de choc thermique afin de chercher des silex ou encore pour exploiter divers minerais de métaux. On appelle cela le dépilage par le feu, on utilisait cette méthode dans les mines anciennes. 
Chaleur de réaction
- Volume constant, on parle d'une transformation isochore, la thermodynamique montre que Q est égale à la variation d'énergie interne du système. On peut alors noter Qv = ΔU (c'est notamment le cas de la bombe calorimétrique)
- Pression constante, la chaleur est égale à la variation d’enthalpie : Qp = ΔH (ce qui représente le cas très fréquent des réactions effectuées à l’air libre).
Tables thermodynamiques
Les tables fournissent des valeurs dans des situations limitées (p, T particuliers, états standard, réactions de références) Mais on ne travaille pas forcément à la pression standard, à des températures correspondant à celles des tables, avec des réactions qui sont dans les tables. Et surtout, dans les réactions chimiques, les espèces chimiques sont mélangées !
La thermochimie
La thermochimie correspond à une branche de la physique chimie et permet l'étude des différents phénomènes thermiques dans des milieux réactionnels. On peut positionner cette branche, sur le plan disciplinaire, à l'interface entre la chimie et la thermodynamique. En chimie, il existe différents types de réactions : les réactions dites exothermiques et qui dégagent donc de la chaleur et les réactions dites endothermiques qui, quant à elles, absorbent la chaleur. Il est possible de déterminer et mesurer les chaleurs de réactions par calorimétrie à pression constante dans un calorimètre ou encore à volume constant dans une bombe calorimétrique. La bombe calorimétrique, inventée en 1881 par Marcellin Berthelot, est un outil permettant de mesurer le pouvoir calorifique d'une combustible. C'est pour cela que Marcellin Berthelot est considéré comme étant le fondateur de la thermochimie. Même s'il faudra attendre le XXe siècle que la thermochimie se développera considérablement. En appliquant le deuxième principe de la thermodynamique aux systèmes chimiques, il est possible de prévoir le sens des réactions mais aussi le positionnement des équilibres chimiques et ainsi de définir le rendement et la composition d'un système après la réaction.
Exercice d'application
Le béton extrudé qui est régulièrement utilisé en technique routière. Ce type de béton correspond à un béton extrudé qui est donc coulé en place à l’aide de machines à coffrages glissants, que l’on appelle machines à extruder ou extrudeuses. Le béton extrudé permet ainsi la réalisation de murets de sécurité, de bordures ainsi que de dispositifs de retenue sur des linéaires importants. ;
Le béton autoplaçant qui correspond à un béton de ciment capable, sous le seul effet de la pesanteur, de se mettre en place dans les coffrages même les plus complexes et très encombrés sans nécessiter pour autant des moyens de vibration qui permettent de consolider le mélange. On obtient ainsi un produit très homogène ;
Le béton cellulaire qui correspond à un bloc isolant réalisé en autoclave ;
On cherche à déterminer l'évolution du profil de température dans le mur en béton d'un bâtiment suite à une variation brusque de la température extérieure. On modélise le béton par un milieu homogène semi-infini x ≥ 0. La température initiale du béton et de l'extérieur est uniforme égale à T1. A t = 0, la température extérieure, pour x ≤ 0, prend la valeur constante T2.
- Quelle est l'équation vérifiée par la température T(x,t) dans le béton ?
- Justifiez mathématiquement que la fonction f(x/λ) est la dilatée d'un coefficient λ selon x de la fonction f(x) .
- On cherche donc la solution T(x,t) sous la forme T(u) avec u = x / (Dt)1/2 où D représente le coefficient de diffusion de l'équation de diffusion thermique. En déduire l'équation différentielle vérifiée par T(u).
- Résoudre cette équation en utilisant la fonction erf(x) définie par : [ text { erf } left( x right) = \frac { 2 } { \sqrt { pi } } int _ { 0 } ^ { x } exp left( - t ^ { 2 } right) text { d}t ]
- Représenter le profil de température dans le béton, et décrire son évolution.
- Quelle est la condition sur la durée d'évolution de la température extérieure pour que l'on puisse utiliser la notion de résistance thermique pour évaluer le flux thermique dans le béton d'épaisseur e ?
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