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Les conversions d'énergie

Energie rayonnante (radiative) -> énergie thermique

L'absorption

Lors de la conversion  d’une énergie de rayonnement en énergie thermique, on parle du phénomène d’absorption. Il se produit lorsqu’un rayonnement électromagnétique rencontre un corps. Une partie de ce rayonnement sera réfléchie (notée ρ), une autre sera transmise (notée τ), et une autre sera absorbée (notée α) puis réémise, sous forme de chaleur. On notera que la somme des parts réfléchie, transmise et absorbée est toujours égale à 1 (α + ρ + τ  = 1). La quantité d’énergie convertie sera donc directement fonction de ces paramètres. Le coefficient α va donc piloter la proportion d’énergie de rayonnement convertie en chaleur. Il est compris entre 0 et 1. Un α de 1 signifiera que toute l’énergie est absorbée, tandis qu’un α de 0 voudra au contraire dire qu’elle est entièrement réfléchie ou transmise.

Un corps opaque de couleur sombre (α proche de 1, ρ et τ proches de 0) absorbera quasiment toute l’énergie qu’il reçoit, tandis qu’un miroir (α et τ proches de 0, ρ proche de 1) n’absorbera quasiment rien mais réfléchira toute l’énergie.

Un corps transparent et clair (τ proche de 1, ρ et α proches de 0) n’absorbera quasiment rien non plus, mais transmettra une grande part de l’énergie.

Le schéma suivant montre l’exemple d’un verre teinté (semi-transparent). L’énergie incidente (i) est divisée en 3 parts distinctes : réfléchie ρ, absorbée α, et transmise τ. Avec i = α + ρ + τ. On voit aussi l'exemple d'un matériau opaque, moyennement réfléchissant (exemple : aluminium dépoli).

Pour ce type de verre, le coefficient d’absorption α peut typiquement prendre une valeur de 0,4. Si l’on « arrose » ce verre avec  un flux électromagnétique (pas forcément de la lumière) de 1000 W/m² (Watt par mètre-carré), 400 W seront ainsi convertis en chaleur pour chaque m² de verre. Le reste sera transmis ou réfléchi.

Remarques : pour cet article, nous nous somme placé dans l’hypothèse du corps gris, à l'équilibre thermique. Pour simplifier, cela signifie qu’un corps émet autant d’énergie qu’il n’en absorbe, et que ses propriétés ne dépendent pas de la longueur d'onde du rayonnement.

On retiendra aussi que les trois coefficients (α, ρ et τ) sont en réalité des fonctions de la longueur d’onde (ou, bien sûr,  de la fréquence).

     

      Energie chimique -> Energie rayonnante
      Energie chimique -> Energie mécanique
      Energie chimique -> Energie électrique
         L'oxydo-réduction
    
 Energie chimique -> Energie thermique
         La combustion

      Energie mécanique -> Energie thermique
         Les frottements
      Energie mécanique -> Energie chimique
      Energie mécanique -> Energie hydraulique
         Le pompage
      Energie mécanique -> Energie électrique

      Energie électrique -> Energie thermique
         L'effet Joule
      Energie électrique -> Energie chimique
      Energie électrique -> Energie rayonnante
      Energie électrique -> Energie mécanique

      Energie thermique -> Energie électrique
         L'effet Seebeck
         La turbine à vapeur et l'alternateur (indirect)
      Energie thermique -> Energie chimique
      Energie thermique -> Energie rayonnante
         Incandescence
         Rayonnement infrarouge
      Energie thermique -> Energie mécanique

      Energie rayonnante -> Energie électrique
         L'effet photovoltaïque
      Energie rayonnante -> Energie chimique
      Energie rayonnante -> Energie thermique
         L'absorption

      Energie hydraulique -> Energie mécanique

      Energie nucléaire -> Energie thermique

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