Radiateur

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Un radiateur est un dispositif qui permet l'échange de chaleur entre deux milieux. Il a pour fonction, soit d'évacuer la chaleur d'un objet pour éviter sa surchauffe, soit de chauffer un espace ou un objet. Le radiateur opère généralement par convection, mais aussi par rayonnement, c'est à ce dernier mode de transfert thermique qu'il doit son nom.

Ancien radiateur à eau chaude domestique en fonte

Domaines d'utilisation[modifier | modifier le code]

Les domaines d'utilisation des radiateurs sont très vastes. Les radiateurs sont utilisés dès qu'il y a la nécessité d'échanger une grande quantité de chaleur dans un volume restreint.

Radiateur domestique[modifier | modifier le code]

Un radiateur domestique

Les radiateurs domestiques ont pour but de chauffer un local et le maintenir à une certaine température de confort. Il existe plusieurs types de radiateurs domestiques.

Pour transférer efficacement de la chaleur, un radiateur doit être constitué d'un matériau ayant une forte conductivité thermique (d'où l'utilisation courante de métal) et posséder une grande surface de contact entre les deux systèmes, ce qui explique les formes souvent complexes employées afin de maximiser les échanges thermiques. On fait parfois usage de convection forcée (ventilateur).

La dissipation de chaleur par rayonnement dépend fortement de la température (en T4, cf loi de Stefan-Boltzmann).

D'autres facteurs interviennent dans le maintien d'une température de confort : l'isolation du bâtiment et des pièces, la présence de vanne thermostatique, etc.

Radiateur à eau alimenté par chaudière[modifier | modifier le code]

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Le radiateur à eau est le plus ancien. Un fluide caloporteur est chauffé dans une chaudière et ensuite amené dans un élément qui va communiquer la chaleur de ce liquide à son environnement, essentiellement par transferts radiatifs et convectifs. Voici une liste des contraintes techniques expliquant la forme et le fonctionnement d'un radiateur :

  • transférer un maximum de chaleur du liquide vers son environnement :
    • optimiser les formes des surfaces de contact fluide caloporteur-paroi et paroi-environnement afin de maximiser les échanges de chaleur et minimiser le volume du radiateur.
  • avoir une inertie thermique élevée. Cela permet d’accumuler beaucoup de chaleur et de la relâcher lentement : l’environnement est chauffé « doucement ». Dans le cas contraire, une pièce deviendrait très chaude lorsque la chaudière fonctionne et très froide lorsque la chaudière est arrêtée.
  • avoir un liquide avec un maximum d’énergie calorifique :
    • limite la baisse de la température du liquide entre la sortie de la chaudière et le radiateur
    • permet d’avoir un débit plus faible (moins de chute de pression)
  • minimiser les bulles d’air qui diminuent la surface d’échange liquide caloporteur/interface (ces bulles ont aussi tendance à faire du bruit lorsqu’elles passent dans les tuyaux) :
    • la solution est de faire rentrer l’eau par le bas du radiateur. Elle va le remplir lentement et chasser l’air par le tuyau de sortie. Dans ce cas l’air sera évacué en desserrant la molette de raccordement en haut du radiateur (et en la resserrant dès que l’eau suintera). Parfois, la purge est automatique et se fait au niveau de la chaudière.
  • éviter que les saletés s’accumulant au bas des radiateurs n'obstruent les tuyaux :
    • ici aussi, la solution est de faire entrer le fluide caloporteur par le bas : les grosses saletés décantent plus vite que l’eau ne les soulève et arrivent donc moins facilement dans les tuyaux.
  • assurer un chauffage homogène dans toute la maison en dépit de la chute de pression :
    • une vis (pouvant être assimilée à un robinet) réglable permet de faciliter ou freiner l’entrée de l’eau dans le radiateur. Resserrer la vis des radiateurs proche de la chaudière permet d’éviter que toute l’eau du circuit passe par le radiateur, court-circuitant ainsi toute la maison. Ouvrir la vis du radiateur en bout de circuit (et donc avec peu de pression) permet de faciliter la rentrée de l’eau (et donc le chauffage) dans le radiateur.
  • bloquer les entrées d’air froid d’une pièce :
    • choisir un emplacement favorisant les échanges thermiques entre le radiateur et son environnement (ainsi, l'une des raisons pour lesquelles les radiateurs sont fréquemment placés sous les fenêtres est que cela permet d'augmenter le phénomène de convection naturelle)
  • Marche/arrêt et réglage de la puissance d'un radiateur :
    • cette fonction est remplie par le robinet en sortie de radiateur (en haut) à tourner à la main (tourner dans le sens des aiguilles d’une montre ferme le radiateur).

Radiateur électrique[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Chauffage électrique.

Tous les radiateurs dont la propagation calorifique est convective sont à nettoyer de temps en temps. Dès que cette convection est assisté ou forcée c'est très régulièrement.

Convecteur 
Un convecteur est un caisson de section souvent rectangulaire (horizontale ou verticale) et de dimension variée selon la puissance. Il est placé en général à 20 cm du sol. Les parties hautes et basses sont ouvertes (parfois grillagées); la grille basse est l'entrée d'air frais et la haute la sortie d'air chaud. la circulation de l'air s'effectue par convection naturelle. À l’intérieur du radiateur le chauffage de l'air est effectue par des résistances munies d'ailettes afin d'augmenter la surface de diffusion.
Radiateur à Convection assisté
son fonctionnement général est identique au convecteur, décrit ci-dessus. La différence étant la circulation de l'air qui est plus ou moins augmenté par une petite turbine.
Radiateur à Convection forcée
La totalité de l'air traversant est mise en mouvement forcé et le flux est rarement vertical vers le haut. Très souvent ce flux est projeté ou à flux oscillant. Il est parfois à sens anti-méthodique vers le bas (par exemple les rideau d'air chaud de l'entrée des magasins). La turbine peut être aussi bien axiale que radiale. Autres exemples : aérothermes, radiateur soufflant, etc.
Radiateur rayonnant ou radiant 
Un chauffage radiant électrique diffuse la chaleur sous forme de rayonnement par l’intermédiaire d’une plaque métallique chauffée électriquement. Les radiateurs rayonnants produisent une chaleur transmise par rayons infrarouges, diffusée de manière homogène et rapide. Le chauffage par rayonnant étant plus efficace que les radiateur électriques ordinaires, ils ont un meilleur rendement de diffusion. Ces appareils électriques sont les plus couramment utilisés dans les habitations[1].
Radiateur à inertie 
Les chauffages à inertie sont des radiateurs utilisant des corps de chauffe solides (inertie sèche) ou liquides (inertie à fluide caloporteur). Le principe est de garder le plus longtemps possible la chaleur produite électriquement dans le cas des chauffages électriques pour la diffuser dans l'habitat le plus longtemps possible. Les radiateurs à inertie font partie des modes de chauffage dits à chaleur douce[2].
Radiateur à accumulation 
Un radiateur à accumulation chauffe quasi continuellement. Pour ce faire, il utilise la chaleur emmagasinée la nuit au tarif heures creuses pour la restituer le jour. Généralement équipé de briques réfractaires, il émet de la chaleur en journée sans consommer d'énergie[3].
Radiateur infrarouge 
Idéal pour les grandes superficies ou les pièces à haut plafond, un chauffage à infrarouge fonctionne comme les rayons du soleil. Ils sont conçus pour minimiser au maximum l'effet négatif de convection. Ces chauffages peuvent atteindre des rendements de 80 %[4].
Radiateur halogène 
Il faut distinguer le « chauffage infrarouge long » et les « radiateurs halogènes » souvent commercialisés sous le nom de radiateur à infrarouge. Les chauffages halogènes aussi appelés « halogène » sont utilisés comme chauffage d'appoint pour de petites surfaces types salles de bain.
Radiateur à bain d'huile 
Il existe aussi des radiateurs à bain d’huile, dans lesquels le chauffage est assuré par des résistances électriques. La capacité calorifique de l’huile étant plus faible que l’eau, il faut moins d’énergie pour la chauffer. Le radiateur est ainsi plus rapide à monter en température.[réf. nécessaire]

Radiateur automobile[modifier | modifier le code]

Radiateur de moteur de voiture
Article connexe : Bouchon de radiateur.

Les moteurs à explosion équipant la plupart des véhicules automobiles génèrent énormément de chaleur inutile. La quasi-totalité des moteurs récents sont équipés d'un circuit de refroidissement, et donc d'un radiateur d'automobile inventé en 1897 par Wilhelm Maybach et amélioré par Samuel Brown (en).

Dans ce cas, un liquide de refroidissement circule dans le bloc moteur ainsi que dans la culasse, passant au plus près des zones de production de chaleur, son but est de maintenir à une température optimum le corps du moteur (entre 75 °C et 95 °C[5]). Ce fluide caloporteur est forcé par une pompe centrifuge dans des durits jusqu'à un radiateur, monté généralement face à la route, l'air extérieur au véhicule traverse le radiateur transférant l'énergie indésirable du moteur à l'air ambiant. Ce radiateur peut être en aluminium, ou en cuivre, qui bien que plus lourd, dissipe mieux l'énergie[6]. Il est généralement formé d'un faisceau de tubes verticaux entrecroisés, garnis d'ailettes dans lesquels l'eau de refroidissement circule. En hiver, on utilise un liquide antigel pour protéger le système de refroidissement et le moteur.

On trouve ce type de radiateur sur les motos et d'autres véhicules à moteur.

Dispositifs associés pour la régulation de la température[modifier | modifier le code]

Plusieurs dispositifs permettant d'améliorer le fonctionnement d'un radiateur en régulant la température du fluide caloporteur :

  • Le flux d'air passant au travers du radiateur peut être accéléré par un ventilateur, en outre à l'arrêt complet du véhicule, Le ventilateur peut être entraîné électriquement, et dans ce cas, il est souvent couplé a un thermocontact commandant son démarrage. Ou il peut être aussi entrainé mécaniquement avec la pompe à eau. Il est souvent aspirant, mais peut être monté soufflant, ce qui est plus efficace, mais pose des problèmes d'encombrements[5].
  • Le calorstat permet au moteur d'atteindre sa température optimum de fonctionnement plus rapidement en créant un circuit fermé ne passant pas par le radiateur jusqu'à ce que la température prévue[7] soit atteinte.

Autres utilisations dans le domaine automobile[modifier | modifier le code]

Dans d'autres cas, le fluide caloporteur peut être de l'huile, provenant du moteur, de la boîte de vitesses ou du pont.

Une autre utilisation du radiateur en automobile est sous forme d'échangeur air/air (souvent couplé à un dispositif de suralimentation), pour diminuer la température de l'air d'admission, permettant d'améliorer le rendement de son cycle thermodynamique. En compétition, certains de ces échangeurs reçoivent des buses projetant de l'eau froide.

Composant électronique[modifier | modifier le code]

Exemple de radiateurs utilisés pour le refroidissement en électronique.
Radiateurs couplés à des ventilateurs (ventirads) pour le refroidissement de microprocesseurs.

L'électronique et l'informatique produisent de la chaleur qu'il est nécessaire de dissiper sous peine d'endommager le matériel. Ces domaines utilisent des petits radiateurs appelés dissipateur thermique qui peuvent être couplés à des ventilateurs (voir photo ci-dessous). Dans ce domaine on parle d'aircooling ou de Refroidissement à air.

Autres domaines d'utilisation[modifier | modifier le code]

Le radiateur principal de la station spatiale internationale peut évacuer 75 kW de chaleur qui est véhiculée par un circuit dans lequel coule de l'ammoniac
  • Aéronautique : radiateur sur les ailes d'avion pour les empêcher de geler ;
  • Industrie : dissipation de chaleur générée par un processus industriel ;
  • Astronautique : des radiateurs sont utilisés pour évacuer la chaleur générée par les composants électroniques (tous les engins spatiaux) et l'activité humaine (engins habités).

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Choisir son radiateur rayonnant, sur le site Les-chauffages.com
  2. Fonctionnement d'un radiateur à inertie - Les-chauffages.com
  3. Choisir son radiateur à accumulation - Les-chauffages.com
  4. Choisir son radiateur infrarouge - Les-chauffages.com
  5. a et b Patrick Michel, La Préparation des voitures de Rallye - Traction Groupes N et A, ETAI, coll. « Auto-Savoir », 2007 (ISBN 978-2-7268-8528-4) p. 157
  6. Voir Applications mécaniques et électriques du cuivre
  7. Le type de calorstat doit parfois être remplacé en cas de fonctionnement dans des environnements très froids ou très chauds

Annexes[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]