Qu'est ce que l'émissivité infrarouge ?

Comment ça fonctionne...? Quelle consommation ? Questions théoriques sur le chauffage et les émetteurs de chaleur électriques.

Qu'est ce que l'émissivité infrarouge ?

de jojo299 » Mer 26 Déc 2012 12:09

Bonjour à tous,

Je lance ce topic pour essayer de comprendre un peu mieux la notion d'émissivité des matériaux.

Celle-ci est souvent utilisée pour parler de l'avantage de certains matériaux dans la fabrication des radiateurs et en particulier pour les panneaux rayonnants de nouvelle génération. Ceux-ci affichent des parts de rayonnement très supérieures à la convection. Souvent entre 70% et 80%, et jusqu'à 93% annoncés par la marque Econoheat.


Le Larousse donne une définition très scientifique : "Rapport de l'existence énergétique d'un corps à celle du corps noir de même température."

Je suis donc allé voir sur Wikipedia qui est à peine plus compréhensible à mon niveau et en suivant un lien je suis arrivé sur le site du fabricant d'appareils de mesure Keller MSR. J'ai trouvé une explication un peu plus claire :

La mesure de l'émissivité :

Un pyromètre infrarouge sert à mesurer l’énergie thermique ou radiative émise par un objet et ensuite en déduire la température de l'objet en utilisant les équations de Planck. La quantité d’énergie transmise par l'objet dépend de l’émissivité du matériau.

Définition de l’émissivité :

La quantité d’énergie rayonnée par un objet est fonction de sa température mais aussi du matériau. L’émissivité sert à caractériser la faculté d’un matériau à émettre et à absorber l’énergie radiative.

En physique, un "corps noir" décrit un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend que de sa température. Cet objet réémet toute son énergie à toutes les longueurs d’ondes. Les objets réels réémettent une quantité d'énergie radiative toujours inférieure à celle d'un corps noir à la même température.

Le facteur d’émissivité ε représente le rapport entre l’énergie radiative ou flux Φr émis par l’objet sur l’énergie émise par le corps noir Φb à la même température.

ε = ΦR / Φs

L'émissivité est donc un chiffre entre 0 et 1, ou 0 et 100% sans unité.

L'énergie radiante étant de même nature que la lumière (onde électromagnétique), les règles de l’optique dans le spectre visible s’appliquent au domaine de l’infrarouge.

Facteurs ayant une influence sur l’émissivité :

- la nature du matériau
- l'état de surface (lisse, rugueux)

L'émissivité des métaux varie entre 5 et 90%.
Les métaux brillants ou très réfléchissants ont une émissivité plus faible.
Pour les métaux, l’émissivité augmente souvent aux longueurs d’onde plus courtes (élévation de température).


Ce que j'en déduis :

L'émissivité est assez proche de la capacité d'un matériau à être traversé par la lumière infrarouge. L'émissivité peut s'étudier sous différents angles :

- Le comportement d'un objet soumis à un flux radiant,
- Le comoprtement d'un objet chaud (c'est le cas des radiateurs qui m'intéresse...)

... à suivre ...
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Re: Qu'est ce que l'émissivité infrarouge ?

de jojo299 » Jeu 27 Déc 2012 11:05

Une expérience très intéressante que j'ai trouvé sur un blog américain :

Le métal nu a peu d'émissivité. Quand il est peint en blanc ou en noir peu importe la couleur nous dit-on, l'émissivité augmente fortement. En fait, s'il est peint en noir, le moteur pourrait surchauffé en cas d'exposition au soleil, mais cela n'influence pas l'expérience.

L'expérience relatée à pour objectif de refroidir un moteur, Ce qui resssemble beaucoup à un un radiateur électrique ;)

Les photos infrarouges :

Emissivité dans l'infrarouge

Dans les deux cas, le moteur ne brûle pas. Il équilibre ses échange et se stabilise à une température. Il évacue toute sa chaleur en partie par radiation et en partie par convection.

Acier nu :
Emissivité : 0,1
Température : 66°Celcius (150 degrés Fahrenheit)
Convection : 57 Btu /heure
radiation : 6 Btu/heure

Acier peint :
Emissivité : 0,9
Température : 48°C (118°F)
Convection : 30 Btu/heure
radiation : 33 Btu/heure


:geek: :ugeek: :P
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Re: Qu'est ce que l'émissivité infrarouge ?

de jojo299 » Jeu 27 Déc 2012 11:58

Pour info :

Le BTU (British Thermal Unit)est une unité anglo-saxonne qui représente une énergie.
Le BTU définie par la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température d'une livre anglaise d'eau d'un degré °F à la pression constante d'une atmosphère.

L'équivalence est approximative avec nos unités d'énergie.

1 BTU = 252/253 calories
1 BTU = 1054-1060 joules
1 BTU = 0.293-0.294 Wh
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Re: Qu'est ce que l'émissivité infrarouge ?

de jojo299 » Jeu 27 Déc 2012 12:04

La répartition convection/radiation est la suivante :

Acier nu :
Emissivité : 0,1
Température : 66°Celcius (150 degrés Fahrenheit)
Convection : 90%
radiation : 10%

Acier peint :
Emissivité : 0,9
Température : 48°C (118°F)
Convection : 47%
radiation : 53%
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Re: Qu'est ce que l'émissivité infrarouge ?

de Yvon » Jeu 27 Déc 2012 13:30

Bonjour Jojo !!

Très intéressant, ces mesures de rayonnements.

Il faut noter aussi que la température du moteur baisse avec l'augmentation de l'émissivité de sa surface.
Pas étonnant donc que tous les radiateurs soient peints !

Les questions qui viennent sont comment augmenter encore plus la quantité de flux infrarouge ?
En augmentant l'émissivité et certainement la conductivité ?

jojo299 a écrit:L'émissivité est assez proche de la capacité d'un matériau à être traversé par la lumière infrarouge. ...


Les rayonnements électromagnétiques ne traversent pas la matière opaque.

Les interactions rayonnement / matière

Lorsqu’un rayonnement électromagnétique atteint un objet, certaines longueurs d’onde sont absorbées tandis que d’autres sont réfléchies par l’objet (figure ci-dessous). Une partie du rayonnement peut éventuellement être transmise à travers l’objet si celui-ci est plus ou moins transparent, avec un changement de direction de la propagation du à la réfraction. La partie du rayonnement qui est absorbée modifie l’énergie interne de l’objet et produit de la chaleur qui sera réémise sous forme d’un rayonnement à une plus grande longueur d’onde.

Tous les objets sont ainsi caractérisés par un coefficient d’absorption, un coefficient de réflexion, et un coefficient de transmission qui expriment respectivement la part d’énergie absorbée, réfléchie et transmise. Ces trois coefficients ont des valeurs qui varient entre 0 et 1 et leur somme est toujours égale à 1, selon le principe de la conservation de l’énergie.


Cas particuliers :

    Un corps totalement opaque ne transmet pas le rayonnement, qui est en partie absorbé et en partie réfléchi.
    Un corps parfaitement transparent ne réfléchit pas le rayonnement, mais en absorbe et en transmet une partie.
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Re: Qu'est ce que l'émissivité infrarouge ?

de Alain » Jeu 27 Déc 2012 15:29

Des pistes pour fabriquer des panneaux à rayonnement majoritaire ...

Réduire tout ce qui peut favoriser la convection :
température élevée,
orientation vers le haut,
forme en cheminée,
état de surface lisse...

Favoriser ce qui peut augmenter le rayonnement IR :
émissivité,
conductivité...

A puissance égale, une meilleur conductivité thermique devrait augmenter la part de rayonnement car le radiateur va moins monter en température.

La conductivité de l''aluminium est beaucoup plus importante que celle de l'acier et il est beaucoup plus léger que la fonte ou le cuivre, ce qui explique sa large utilisation pour fabriquer les dissipateurs thermiques et les radiateurs.


La conductivité thermique des matériaux

Plus la conductivité thermique est élevée, plus la matière est conductrice de chaleur.
Plus la conductivité thermique est faible, plus le matériau est isolant.

La conductivité est officilelemnt exprimée en degrés Kelvin mais dans la pratique les degrés Celcius sont souvent utlisés.

La résistance thermique R en M².K/W dépend de l'épaisseur (e) et de la conductivité thermique (λ) du matériau :
R = e (en mètre) / λ. Plus un mur est épais plus il est isolant.
Alain
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Re: Qu'est ce que l'émissivité infrarouge ?

de jojo299 » Ven 28 Déc 2012 11:27

La température baisse lorsque l'émissivité augmente. Cela est logique.

Si la conductivité thermique augmente, j'imagine que l'effet sera aussi de baisser la température, en permettant un meilleur transfert d'énergie et par conséquence de diminuer encore un peu plus la part de la convection !!!
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Re: Qu'est ce que l'émissivité infrarouge ?

de Yvon » Dim 6 Jan 2013 12:12

SI vous repeignez un radiateur, faites bien attention à la peinture que vous allez utiliser !

Dans l'idéal un radiateur devrait avoir une couleur foncée, mate, le noir est la couleur idéale. C'est le cas des dissipateurs utilisés pour refroidir les circuits électroniques. Mais les couleurs banches sont plus discrètes dans une maison !

Et les fabricants de peinture vendent des peintures blanches avec des propriétés thermiques très performantes !
Il faut regarder sur le pot (quand il est indiqué) l'indice d'émissivité de la peinture. Plus le nombre est proche de 1 meilleure sera la diffusion de chaleur par rayonnement.

A éviter bien sûr, les peinture isolantes !!

Voir aussi ce sujet qui s'enrichit sur les peintures pour radiateurs rayonnants.
Yvon
 
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Re: Qu'est ce que l'émissivité infrarouge ?

de jojo299 » Mer 23 Jan 2013 12:00

Oui Yvon, l'émissivité dépend fortement de l'état de surface mais aussi d'autres facteurs.

J'ai glané quelques informations complémentaires :

L'émissivité MLB des matériaux bons conducteurs de chaleur est influencée par l’état de surface, l'oxydation et la température.

Le facteur d'émissivité des bons conducteurs thermiques croit avec la chaleur.

A une température donnée, l’émissivité des corps métalliques croît avec la rugosité et l’oxydation.

Rugosité :

L’émissivité est une fonction croissante de la rugosité.

Oxydation :

L’émissivité de l’acier et de l'aluminium oxydés décroît avec l'augmentation de la température, ce qui correspond au sens de variation des mauvais conducteur car dans ce cas c'est la couche d'oxyde qui est émissive.

Pour le cuivre le comportement est différent. Il conserve une émission métallique malgré l’oxydation. Dans le cas du cuivre, le film d’oxyde a peu d’influence sur l’émissivité. Le métal émet et non l’oxyde.


M.L.B. = mono-chromatique à large bande.

Références : Revue de Physique Appliquée (Paris) Volume 15, Numéro 9, septembre 1980
Page(s) 1469 - 1478. Seul un résumé est officiellement disponible mais en cherchant bien avec votre moteur de recherche préféré, elle est trouvable sur le web.
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Re: Qu'est ce que l'émissivité infrarouge ?

de Bigben » Dim 29 Déc 2013 16:24

:idea: :idea: :idea:

Eureka j'ai compris !

Sérieux, je ne comprenais pas en quoi la peinture pouvait influencer l'émissivité !! Mais c'est tout con ! Il faut se placer à l'intérieur du conteneur et du matériau et imaginer le flux thermique infrarouge comme une lumière qui traverse le métal pour aller vers l'extérieur. Si ce flux rencontre une couche de peinture métallisée, celle-ci étant réfléchissante autant du côté métal que du côté air ambiant, il est en partie renvoyé à l'intérieur du métal et donc du conteneur.
Bigben
 
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Re: Qu'est ce que l'émissivité infrarouge ?

de Patoche » Lun 9 Fév 2015 17:56

Bonjour,

Besoin d'une confirmation.

Dans longue liste de valeur ci-dessous, l'émissivité varie en rapport avec l'état de surface extérieur du radiateur (poli/rugueux, peint/non peint). Après ce constat, il est tentant de dire que le type de matériaux n'importe pas pour fabriquer un radiateur. Acier ou aluminium du moment qu'il est peint avec une laque noir (E= 0,95) lui donne une émissivité proche du maximum. Ce raisonnement est-il exact ?

Nom du Matériaux : Émissivité - Longueur d'onde µm

    Acier doux : 0,20 - 0,32
    Acier inoxydable : 0,32 3,4 - 5
    Acier inoxydable poli : 0,075
    Acier inoxydable meulé : 0,11
    Acier inoxydable sablé : 0,44
    Acier galvanisé (ancien) : 0,88 - 8 à 14
    Acier galvanisé (neuf) : 0,23 - 8 à 14
    Acier laminé à froid : 0,7 - 0,9
    Acier meulé : 0,4 - 0,6
    Acier nickelé : 0,11 - 8 à 14
    Acier oxydé : 0,7 - 0,9
    Acier poli : 0,07
    Acier doux terni : 0,70 3,4 à 5
    Alumine : 0,8
    Clinquant d'aluminium : 0,04
    Feuille d'aluminium : 0,09 à 0,04 - 3 à 10
    Aluminium anodisé : 0,77
    Aluminium abrasé : 0,83 à 0,94 - 2 à 5,6
    Aluminium oxydé : 0,2 à 0,55 - 3,4 à 5
    Aluminium oxydé : à 600°C 0,11 - 0,19
    Aluminium poli : 0,039 - 0,057 8 - 14
    Aluminium sablé : 0,210
    Anodisation noire : 0,82 - 0,88
    Antimoine poli : 0,28 - 0,31
    Plaque d'amiante : 0,94 à 0,96
    Matériaux à base d'amiante : 0,78
    Argent poli : 0,02 - 0,03
    Argile cuit : 0,91 - 8 à 14
    Asphalte : 0,93
    Basalte : 0,72
    Beryllium : 0,18
    Beryllium anodisé : 0,9
    Béton : 0,92
    Béton rugueux : 0,92 à 0,97 - 2 à 5,6
    Béton sec en chape : 0,95 - 5
    Béton aggloméré : 0,63
    Bois dur : 0,90 à 0,95 - 2 à 5,6
    Bois vernis : 0,93 - 3,4 à 5
    Bois séquoïa : 0,84 - 2 à 5,6
    Brique d'argile : 0,59 à 0,85 - 2 à 5,6
    Brique d'alumine : 0,68
    Brique commune : 0,81 - 5,6
    Brique vitrifiée : 0,86 - 5,6
    Brique à maçonner : 0,94 - 5
    Bronze poli : 0,1
    Bronze rugueux : 0,55 - 8 à 14
    Calcaire : 0,95 - 5
    Caoutchouc : 0,95 - 8 à 14
    Caoutchouc naturel dur : 0,91
    Caoutchouc naturel mou : 0,86
    Carbone fibreux : 0,77
    Carbone graphite : 0,98 - 8 à 14
    Carbone pur : 0,81 - 8 à 14
    Carton gris : 0,90 - 2 à 5,6
    Céramique : 0,95
    Charbon de bois : 0,91 - 8 à 14
    Chrome poli : 0,08 à 0,36 - 8 à 14
    Ciment : 0,54 - 8 à 14
    Contreplaqué : 0,83 à 0,98 - 2 à 5,6
    Coton tissé : 0,77
    Cuivre oxydé : 0,65 à 0,88 - 8 à 14
    Cuivre déposé par électrolyse : 0,03 - 8 à 14
    Cuivre poli : 0,023 - 0,052 8 - 14
    Cuivre recuit : 0,07 - 8 à 14
    Cuivre revêtu d'argent : 0,30 - 3,4 à 5
    Eau : 0,95 à 0,963
    Etain : 0,05 à 0,07 - 8 à 14
    Fer forgé lisse : 0,30
    Fer forgé terne : 0,70
    Fer rugueux : 0,87 à 0,95 - 8 à 14
    Fer oxydé : 0,5 à 0,9 - 8 à 14
    Fer laminé : 0,77
    Fer poli : 0,14 à 0,38
    Fer rouillé : 0,61 - 2 à 5,6
    Fibre de verre : 0,750
    Formica : 0,937 - 6,5 à 20
    Fonte brute de fonderie : 0,81 - 8 à 14
    Fonte décalaminée : 0,44 - 8 à 14
    Fonte fondue : 0,2 - 0,3
    Fonte oxydée : 0,6 à 0,95 - 8 à 14
    Fonte polie : 0,21
    Glace d'eau : 0,97 - 8 à 14
    Granite : 0,96 - 5
    Gravier en couche : 0,28 - 6,5 à 20
    Gypse : 0,85 - 8 à 14
    Huile epaisseur 1 mm : 0,27
    Huile epaisseur 2 mm : 0,46
    Huile epaisseur 5 mm : 0,72
    Huile couche épaisse : 0, 82
    Laiton abrasé : 0,20
    Laiton plaque laminée : 0,06
    Laiton terni mat : 0,22 - 8 à 14
    Laiton oxydé : 0,5
    Laiton poli : 0,03 à 0,05 - 8 à 14
    Marbre blanc : 0,95 - 6
    Mortier : 0,87 - 2 à 5,6
    Mortier sec : 0,94 - 5
    Neige : 0,8 - 8 à 14
    Nickel poli : 0,072 - 8 à 14
    Nickel oxydé : 0,59 à 0,86
    Noir de fumée : 0,96 - 8 à 14
    Or poli : 0,018 - 0,035
    Papier blanc : 0,68 à 0,90 - 2 à 14
    Papier noir brillant : 0,90 - 8 à 14
    Papier noir mat : 0,94
    Papier glacé : 0,55
    Papier plastifié blanc : 0,84 - 2 à 5,6
    Peau humaine : 0,98
    Peinture aluminium : 0,45
    Peinture blanche : 0,77 - 3,4 à 5
    Peinture Epoxy noire : 0,89
    Peinture Glycéro noire : 0,80
    Peinture à l'huile : 0,94
    Peinture Jaune cadmium : 0,33
    Peinture non métallique : 0,90 - 0,95
    Peinture plastifiée blanche : 0,84 - 2 à 5,6
    Peinture plastifiée noire : 0,95 - 2 à 5,6
    Peinture silicone noire : 0,93
    Peinture verte chrome : 0,70
    Peinture laque bakélite : 0,93 8 - 14
    Peinture laque blanche : 0,87 - 0,92 8 - 14
    Peinture laque marine Enamel : 0,90 - 8 à 14
    Peinture laque noire de Parson : 0,95
    Peinture laque noire brillante sur métal : 0,87
    Peinture laque noire mate : 0,97 - 8 à 14
    Plastique PVC : 0,91 à 0,93 - 2 à 5,6
    Plastique acrylique : 0,94 - 5
    Plastique blanc : 0,84 - 2 à 5,6
    Plastique noir : 0,94 - 2 à 5,6
    Platine poli : 0,054 à 0,104 - 8 à 14
    Plâtre : 0,86 à 0,9 - 2 à 5,6
    Plexiglas : 0,86 - 2 à 5,6
    Plomb oxydé : 0,4 à 0,6 - 8 à 14
    Plomb poli : 0,05 0,1 - 8 à 14
    Plomb pur non oxydé : 0,057 - 0,075
    Polypropylène : 0,97 - 2 à 5,6
    Polyuréthane en mousse : 0,6 - 5
    Porcelaine vitrifiée : 0,92 - 8 à 14
    PVC pour gaine de câbles : 0,95 - 3,4 à 5
    Quartz vitrifié : 0,93 - 8 à 14
    Sable : 0,76
    Sciure : 0,75
    Teflon de revêtement : 0,38
    Titane poli : 0,19
    Toile de jute : 0,87 - 2 à 5,6
    Tuile : 0,97
    Tungstène poli : 0,03 à 0,04 - 8 à 14
    Vernis : 0,93 - 2 à 5,6
    Verre : 0,92 - 8 à 14
    Verre poli : 0,94
    Verre Pyrex : 0,97- 6,5 à 20
    Zinc oxydé : 0,10
    Zinc poli : 0,03
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Re: Qu'est ce que l'émissivité infrarouge ?

de Favere » Sam 19 Nov 2016 23:09

jojo299 a écrit:Les photos infrarouges :

Emissivité dans l'infrarouge



Vraiment surprenant cette photo infrarouge :shock:

S'il suffit de peintre en noir une surface pour augmenter son émission infrarouge pourquoi les radiateurs sont-ils toujours blancs ?? Uniquement pour l'esthétique ?? Vraiment ?
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de Yvon » Dim 20 Nov 2016 14:08

Les fabricants de dissipateurs thermiques sont moins avares en information. J'ai lu que la couleur du revêtement n'influencerait qu'à hauteur de 3% la résistance thermique des matériaux comme l'alu et le cuivre. Par contre, l'état de surface a beaucoup d'influence sur le niveau de radiation.
Par exemple cet abaque qui peut être utilisé pour fabriquer des dissipateurs pour composants électroniques montre que le métal à l'état nu poli (brillant) est deux fois plus résistif à la dissipation de la chaleur.

Résistance thermique en fonction de l'état de surface

Variation de la résistance thermique d'une plaque de cuivre et d'une plaque l'aluminium en fonction de l'état de surface : brillant ou noir.

Après traitement et couleur :
L’après traitement et la couleur de la surface de refroidissement détermine le niveau de radiation de la chaleur. Une basse quantité de convection joue un rôle important dans la sortie finale. Les dissipateurs de chaleur sont souvent anodisés. Ce procédé augmente, sur un plan chimique, la radiation de chaleur sur la surface. Dans la plupart des cas, une couleur noire offre la meilleure performance.

Source : http://www.cats-france.fr/fr/produits/g ... e-chaleur/
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Re: Qu'est ce que l'émissivité infrarouge ?

de idealtherm » Mer 21 Déc 2016 22:31

Bonsoir,

L'émissivité est très importante à considérer lorsque l'on se penche sur les différents systèmes de chauffage rayonnant (plafond plafond chauffant, etc...)

Toutefois, une installation de chauffage est à considérer dans son ensemble. Son efficacité nait de la bonne association de systèmes pertinents, favorisant la conservation de l'énergie, la redirection des flux, etc...

Il est également primordial de discerner la puissance installée et la puissance restituée...

Merci d'avoir créé ce post qui ouvre de nouveaux horizons sur les systèmes de chauffages !

Cordialement,

--

http://www.ceilingo-solutions.com
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