Convection dans la vie quotidienne

Dans la vie quotidienne, différents mécanismes provoquent sans cesse des différences de température. De l'échauffement des surfaces à l'activité physique qui nous fait transpirer, en passant par la lumière du soleil.

Une grande partie de ces différences de température sont finalement compensées par convection. La conduction thermique seule peut « uniquement » assurer un équilibre à l’intérieur des solides ou dans un fluide immobile ; dans de nombreux cas, on peut encore négliger les effets du rayonnement calorifique.

L'air présent partout dans l'environnement est rarement immobile, et cet effet est donc rarement négligeable. Selon l'application, on diminue ou augmente de manière ciblée la chaleur transférée par convection.

Augmenter / diminuer la convection :

Il existe principalement trois possibilités pour modifier la puissance thermique par convection :

1) Augmenter / diminuer la surface exothermique
2) Augmenter / diminuer le coefficient de transfert de chaleur
3) Augmenter / diminuer la différence de température entre la surface et le fluide

Exemples :

Les exemples donnés montrent de quelle manière la convection se manifeste dans la vie quotidienne et comment on peut l’influencer volontairement.

Montgolfière :

La portance permet à la montgolfière de flotter dans l’air. Son enveloppe renferme de l'air chauffé, qui monte vers le haut en raison de sa faible densité et porte le ballon. L'air chauffé a une différence de température par rapport à l'environnement, mais comme le ballon est aussi transporté dans l'air, il n'y a aucun mouvement relatif entre le ballon et l'air environnant. Seule une "convection libre" peut se produire.

Maison dans un environnement froid :

Les maisons situées dans des environnements froids diffèrent considérablement de celles situées dans les régions chaudes.

Ventilateur pour CPU :

Les processeurs informatiques (CPU) doivent être refroidis. Si ce n'est pas le cas, la chaleur détruit le processeur (B). Pour ce faire, on utilise la convection au moyen du ventilateur (A). Celui-ci est placé directement sur le processeur (flèches noires) et absorbe la chaleur pratiquement au point d'origine (flèche rouge).

La chaleur est conduite, près de là où elle apparaît, par de bons conducteurs de chaleur (faibles pertes par conduction thermique) en direction de multiples d'ailettes de refroidissement (grande surface). Ces dernières dissipent alors la chaleur dans l'air ambiant. La puissance de refroidissement est généralement régulée par l’écoulement d'air du ventilateur.

Moteur à combustion interne :

La chaleur qui se forme doit être dissipée. Le moteur dispose à cet effet d'un circuit de refroidissement à l'eau. La circulation continue de l’eau à l’intérieur est assurée par une pompe (non représentée). La chaleur du moteur à combustion interne est d’abord transmise à l’eau du circuit de refroidissement, avant d’être libérée dans l’air ambiant.

Comparé à l’air, l’eau s’échauffe beaucoup moins avec une absorption de chaleur identique. Le refroidissement du moteur à combustion interne est ainsi plus efficace.

Mais en contrepartie, il faut disposer d’une surface de refroidissement de l’eau beaucoup plus importante pour que la chaleur absorbée puisse être évacuée avec un différentiel de température relativement faible.