Résistance thermique

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La résistance thermique d'un élément exprime sa résistance au passage d'un flux de chaleur ; dans le système SI, elle est donnée en K \over W (Kelvin par Watt). Cette notion n'est valable qu'en régime stationnaire, le régime transitoire faisant appel à la notion plus complexe de quadripôle thermique.

La résistance thermique Rth d'une plaque d'épaisseur L et de surface S vaut \frac{L}{K.S} où K est la conductivité thermique du matériau. Si les 2 faces de la plaque sont maintenues à des températures T1 et T2, le flux de chaleur traversant la plaque vaut (T1 - T2) / Rth.

Il s'agit ici de résistance thermique (son inverse étant la conductance thermique) qui s'exprime exclusivement dans les solides. Dans ce cas, on parle de transfert purement conductif. Si des fluides (gaz ou liquides) contribuent au tranfert, la résistance thermique globale fera intervenir la notion de transfert convectif.


Sommaire

[modifier] En électronique

Les éléments semi-conducteurs de puissance sont généralement montés sur des dissipateur thermiques (ou refroidisseurs) destinés à favoriser l'évacuation de l'énergie produite au niveau de la jonction anode-cathode pour les diodes, les thyristors, les triacs, et les GTO ou collecteur - émetteur pour les transistors bipolaires et les IGBT, ou drain - source pour les MOSFET . Dans ce cas, la résistance thermique entre la jonction et l'air ambiant est une somme de trois résistances thermiques :

Résistance thermique jonction-boîtier

Elle est donnée dans les feuilles de caractéristiques du constructeur. Voici quelques ordres de grandeur de résistances thermiques selon les types de boîtiers courants :

  • petits boîtiers cylindriques, plastiques ou métalliques (TO-39 / TO-5, TO-92, TO-18 ) : entre 20 et 175 °C/W ;
  • boîtiers intermédiaires plats, plastiques (TO-220, TO-126) : entre 2 et 6 C/W ;
  • boîtiers moyens de composants de puissance, plastiques ou métalliques (ISOTOP, TO-247, TOP-3, TO-3) : de 0,3 à 2 °C/W
  • boîtiers de composants modulaires de puissance : de 0,03 à 0,5 °C/W.

Le transfert thermique entre la jonction et le boîtier se fait essentiellement par conduction.

Résistance thermique boîtier-dissipateur thermique

Elle dépend de la surface de contact entre l'élément et le dissipateur et de la présence ou non d'un isolant électrique. Le transfert thermique entre le boîtier et le dissipateur se fait essentiellement par conduction. Par exemple pour un boîtier TO-3 : sans isolant, à sec : 0,25 °C/W ; sans isolant, avec graisse de silicone : 0,15 °C/W ; avec isolant mica 50 µm et graisse de silicone : 0,35 °C/W.[1]

Résistance thermique dissipateur thermique-ambiance

Le transfert thermique entre le dissipateur et l'air ambiant se fait essentiellement par convection : l'air ambiant vient lécher le dissipateur ; l'air chauffé à son contact s'élève, il est remplacé par de l'air plus froid et ainsi de suite. La résistance thermique dépend de la surface du dissipateur, de son type (plat, à ailettes, etc.), de son orientation (les parties verticales dissipent mieux les calories que les parties horizontales), de sa couleur (le noir rayonne plus que le brillant). Elle peut être diminuée en forçant une circulation d'air (comme dans les ordinateurs personnels) ou en faisant circuler de l'eau dans des tuyaux prévus à cet effet. La résistance thermique est donnée par le constructeur.

Pour plus de renseignements détaillés concernant les ordres de grandeur des résistances thermiques et un exemple d'utilisation :

Icône de détail Article détaillé : Loi d'Ohm thermique.

[modifier] Dans le bâtiment

Dans le domaine du batiment on peut trouver la définition de la résistance thermique d'un matériau (par exemple un isolant) intrinsèque, c'est à dire en ne tenant pas compte de la surface exposée[2] :

R_{{th}} = {e \over (\lambda)}

où :

  • e est l'épaisseur en mètres
  • lambda est la conductivité thermique en W.K-1.m-1
  • R est la résistance thermique en K.m2.W-1

Le R est petit a petit abandonné dans les données réglementaires au profit du coefficient de transmission thermique U, qui prend aussi en compte la mise en oeuvre du produit. Des batailles marketing sont toujours d'actualité (2008), comme pour la laine de verre, pour laquelle le R, affiché dans les documents des fabricants, est plus favorable au U.

[modifier] Préconisations ADEME / RT 2000

  • Toitures et combles : 4,35 (ou 4,5)
  • Murs extérieurs : 2,5
  • Sol sur terre plein : 1,4 (ou 1,5)
  • Sol sur local non chauffé : 3,3
  • Ouvrants et vitrages : 0,4

[modifier] Préconisations bioclimatiques

[modifier] Notes et références

  1. ↑ Transisrors de puissance, Thomson CSF - Sescosem, 1975, pp. 77- 81
  2. ↑ ADEME - l'isolation thermique dans l'habitat individuel

[modifier] Voir aussi

[modifier] Liens internes

[modifier] Lien externe

  • [1] Modélisation thermique des composants de puissance [pdf]


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