Dans les environnements industriels soumis à des températures extrêmes, le choix des matériaux est un enjeu stratégique majeur. Parmi ces matériaux, les textiles haute température occupent une place de choix, utilisés dans une variété d’applications allant de la protection contre le feu à l’isolation thermique. Au cœur de leur efficacité se trouve une propriété souvent méconnue, mais cruciale : la conductivité thermique. Prêts à approfondir vos connaissances sur cette caractéristique thermique et à en comprendre les enjeux pour faire des choix de solutions textiles qui amélioreront votre ROI, la durabilité de vos installations et la sécurité de vos opérateurs ? Suivez le guide !
Qu’est-ce que la conductivité thermique ?
La conductivité thermique est une mesure de la capacité d’un matériau à transférer la chaleur, aussi appelée conduction thermique. Imaginez que vous teniez une barre de métal à une extrémité tandis que l’autre est exposée à une flamme. La conductivité thermique correspond à la vitesse à laquelle la chaleur se déplace de l’extrémité chauffée à votre main.
D’un point de vue mathématique, elle est représentée dans les calculs par la lettre grecque λ (lambda), et définie comme la quantité de chaleur (en Watts) qui passe à travers un matériau d’une épaisseur donnée, dans un temps déterminé sous un gradient de température stable.
À épaisseur et température égales, un métal est un excellent conducteur pour la chaleur, sa conductivité thermique est élevée, tandis que la fibre de verre a une conductivité thermique beaucoup plus faible, c’est un isolant.
Mais pourquoi est-ce si crucial dans le choix des textiles haute température ? La réponse est simple.
Si le textile conduit trop rapidement la chaleur, il peut ne pas offrir une protection suffisante dans des environnements à haute température, comme dans les industries métallurgiques ou aérospatiales.
À l’inverse, une faible conductivité thermique signifie que le textile retient la chaleur, ce qui peut être idéal pour l’isolation, mais moins adapté dans des contextes où la dissipation de la chaleur est nécessaire.
Comprendre la conductivité thermique est donc essentiel pour choisir un textile qui non seulement répond à vos besoins spécifiques, mais assure également sécurité et efficacité là où c’est le plus nécessaire.
source : Université Ibn Khaldoun – Tiaret
Résistance thermique, isolation et conductivité, des notions clés dans les applications hautes températures
La résistance thermique, représentée par la lettre R, est l’inverse de la conductivité thermique. Elle mesure la capacité d'un matériau à résister au passage de la chaleur, c’est-à-dire à isoler, et s’exprime en mètres carrés Kelvin par Watt (m².K/W).
Pour les plus matheux d'entre vous, voici la formule exacte de la résistance thermique
R=e
Avec :
- R la résistance thermique en m².K/W
- e l’épaisseur du matériau en m
- la conductivité thermique en W/m. K
C’est souvent cette valeur qui est utilisée dans le BTP et dans certaines applications grand public, et elle est directement liée à la conductivité thermique.
Dans les applications industrielles, une bonne isolation thermique est souvent synonyme de haute résistance thermique, permettant de protéger les équipements et le personnel des températures extrêmes.
Donc vous l’aurez compris, pour améliorer la résistance thermique et l’isolation de vos installations (et donc généralement votre rendement), vous avez le choix :
- Augmenter l’épaisseur d’isolant
- Choisir un matériau avec une meilleure résistance thermique (ou une conductivité thermique faible).
Quand vous faites du calorifugeage, il suffit d'additionner les résistances thermiques de tous les matériaux pour connaître la résistance thermique totale.
Calcul du coefficient de transmission thermique : la science derrière le rideau
Le calcul du coefficient de transmission thermique n’est pas seulement pour les geeks de la thermodynamique. C’est un autre indicateur clé relié à la conductivité et qui permet de choisir le bon matériau.
Le coefficient de transmission thermique, noté U, est calculé en considérant la conductivité thermique, l’épaisseur du matériau, et la différence de température de chaque côté du matériau.
Sinon, vous pouvez juste retenir que c’est l’inverse de la résistance thermique :
U = 1R
Tout simplement…
Donc un faible coefficient U signifie une meilleure résistance thermique et donc une meilleure isolation.
Chez Ferlam Technologies, nous utilisons ces données pour dimensionner les références que nous conseillons à nos clients en fonction de leurs besoins et les exigences spécifiques de leurs applications industrielles.
L’importance de la conductivité thermique dans le choix des textiles techniques
Lorsqu’on parle de textiles résistant à des températures élevées, il est facile de se concentrer uniquement sur leur capacité à supporter la chaleur sans se détériorer.
Cependant, cette perspective omet un aspect fondamental : la façon dont se propage la chaleur à travers ces matériaux. C’est ici que la conductivité thermique entre en jeu.
Dans les applications nécessitant protection et sécurité (personnel, machines…), un textile à faible conductivité thermique comme la fibre de verre est vital. Il offre une barrière protectrice entre la source de chaleur et l’utilisateur ou l’installation, réduisant ainsi le risque de brûlures et augmentant le temps d’exposition tolérable. C’est un facteur non négligeable pour la sécurité des travailleurs et la durabilité des composants exposés à des conditions extrêmes.
Dans des applications de type isolation énergétique ou calorifugeage, il est aussi nécessaire de choisir des matériaux avec une faible conductivité thermique. Un textile isolant doit conserver la chaleur, à l’intérieur d’une tuyauterie par exemple, pour maximiser le rendement d’une installation et protéger ce qui se trouve en « face froide » du calorifugeage.
Dans les domaines de pointe comme l’aéronautique ou l’industrie spatiale, la précision dans le choix des matériaux est primordiale. Un textile avec une conductivité thermique inappropriée pourrait compromettre l’intégrité de composants essentiels ou affecter la performance globale du système.
Que ce soit pour des applications de convoyage, d’isolation ou de protection, la maîtrise de la conductivité thermique est donc un enjeu majeur pour choisir la bonne solution textile.
Textiles haute température et conductivité thermique
Dans l’univers des textiles haute température, chaque matière possède des propriétés uniques, en particulier en ce qui concerne cette caractéristique. Examinons de plus près certains des textiles les plus couramment utilisés et leurs propriétés thermiques distinctives.
Les RCF ou fibres céramiques réfractaires
Réputées pour leur excellente résistance à la chaleur extrême, les fibres en céramique présentent une faible conductivité thermique, ce qui les rend idéales pour l’isolation dans des environnements à températures élevées. Elles sont souvent utilisées dans les fours industriels et l’isolation des véhicules spatiaux. Leur principal défaut reste leur dangerosité pour l’organisme.
La fibre de verre et ses dérivés
Les textiles en fibre de verre haute température cardée et leurs dérivés offrent une bonne résistance à la chaleur et une conductivité thermique modérée, les rendant utiles dans des applications telles que les rideaux de protection contre le feu et le calorifugeage. Leur polyvalence les rend populaires dans de nombreux secteurs industriels.
La fibre d’aramide
Connus pour leur résistance à la chaleur et leur durabilité, les tissus en fibre d’aramide sont dotés d’une conductivité thermique qui favorise à la fois la protection et le confort. Ils sont fréquemment utilisés dans les équipements de protection individuelle et les combinaisons de pilotes de course, mais aussi pour de nombreuses applications industrielles (notre spécialité d’ailleurs).
Chez Ferlam Technologies, nous proposons aussi des solutions en aramide recyclé pour les industriels qui cherchent à la fois l’efficacité thermique, une meilleure rentabilité et la diminution de leur impact sur l’environnement.
Fibre de Carbone, Graphite, Preox et Inox
Avec une conductivité thermique plus élevée, ces matériaux sont choisis pour des applications nécessitant une dissipation rapide de la chaleur. Ils trouvent leur place dans les industries exigeant une haute performance thermique, comme dans certains composants aéronautiques.
Tableau comparatif de la conductivité thermique des fibres textiles haute température
Parce qu’une image vaut parfois plus que 1000 mots (environ 1500 dans le cas de cet article), voici un tableau comparatif de la conductivité thermique pour différentes fibres textiles.
Applications industrielles où la conductivité thermique est un facteur de choix déterminant
Dans les industries lourdes comme l’industrie métallurgique, la conductivité thermique est souvent prise en compte dans la protection contre les éclaboussures de métal en fusion : une faible conductivité thermique est essentielle pour protéger efficacement les équipements et le personnel.
De même, dans l’industrie aérospatiale, où les variations drastiques de températures sont monnaie courante, les solutions textiles doivent non seulement avoir une conductivité thermique faible, mais elles doivent le rester sur un large gradient de température.
Dans l’aérospatiale toujours, les textiles à base de fibre de carbone peuvent être utilisés à la fois comme isolant thermique et comme dissipateur de chaleur dans les boucliers thermiques. Ces solutions permettent de lutter contre la chaleur rayonnante et conserver l’intégrité des installations et équipements.
Mais l’application industrielle où la conductivité thermique est la plus importante reste le calorifugeage où l’isolation impacte directement la performance énergétique et donc le rendement des installations.
Vous l’aurez compris, la conductivité thermique n’est pas une propriété lambda (vous avez le jeu de mots ?), c’est un élément clé qui influence directement le choix d’une solution textile haute température. Chez Ferlam Technologies, nous maîtrisons cette propriété pour l’ensemble de nos solutions et nous développons des textiles qui répondent aux exigences les plus strictes des environnements industriels à haute température. Pour en savoir plus sur nos produits et la façon dont ils peuvent répondre à vos besoins spécifiques, n’hésitez pas à nous contacter.
