Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet.

• La production de chaleur

  La production et le transport de chaleur peut être réalisée de différentes manières, notamment par :

  • Combustion : elle nécessite de réunir 3 éléments : un combustible, un comburant, une énergie d'activation en quantités suffisantes. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion
    • Il existe 3 grandes catégories de combustibles :
      • Combustible solide (par exemple le bois pour une cheminée à foyer ouvert ou à fermé, le charbon pour une chaudière…)
      • Combustible liquide (fioul...)
      • Combustible gazeux (gaz naturel, propane ou butane…)
    • Le comburant est généralement l’air ambiant
    • La chaleur est généralement l’énergie d’activation. Par exemple, ce sera une étincelle (de l’allume-gaz, de la pierre du briquet ou d’un appareil électrique qui se met en route ou s’arrête), l’électricité, la pression…
  • Thermodynamique (pompe à chaleur)
  • Effet joule dans : c’est la manifestation thermique de la résistance électrique quand il se produit un passage d'un courant électrique dans un matériau conducteur. On constate alors une augmentation de l'énergie interne du conducteur et généralement de sa température.
    Le chauffage ohmique est basé sur l’effet joule. Le produit à chauffer sert de résistance, et l’énergie est transformée en chaleur dans le produit.
  • Induction électromagnétique (production et transmission à distance d'énergie électrique ou magnétique dans des corps ou un circuit, sous l'influence d'un aimant ou d'un courant. La cuisson par induction fonctionne grâce à des inducteurs placés sous forme de bobines de cuivre, en dessous d'une plaque en vitrocéramique. Les inducteurs agissent comme des aimants produisant un champ électromagnétique qui se concentre sur le récipient posé.)
  • Etc.

• Le chauffage des locaux

  Le chauffage est utilisé pour maintenir ou améliorer des conditions d'ambiances, pour les personnels administratifs ou de production. Dans ce cas, l'objectif du chauffage est d'améliorer le confort thermique ou de garantir des conditions d’ambiance.

  Un système de chauffage comprend généralement :

  • Une source de chaleur comme par exemple une chaudière, un poêle ou une pompe à chaleur.
    Un système de chauffage fonctionne à partie d’une énergie primaire : fossile comme le fioul, le charbon, le gaz…) ou électrique (provenant de centrales nucléaires, de barrages hydrauliques...). Les énergies renouvelables comme le bois , le solaire, la géothermie... sont également des sources utilisées pour le chauffage
  • Un émetteur de chaleur pour échanger l'énergie thermique entre la source de chaleur et l'espace à chauffer.
    Cet émetteur peut être statique comme un radiateur, un convecteur, un plancher chauffant ou dynamique comme un ventilo-convecteur, une centrale de traitement d'air, un aérotherme.
    Dans le premier cas, l'émetteur transmet sa chaleur par convection et/ou rayonnement. Dans le deuxième cas, c'est un ventilateur qui pulse l'air au travers d'une batterie chaude et qui transmet la chaleur au milieu ambiant par mouvement d'air.
    Ces deux éléments peuvent être confondus (par exemple un convecteur électrique produit et transmet sa chaleur)
  • Un ou plusieurs systèmes de transport de la chaleur : le transport de la chaleur est réalisé le plus souvent au moyen d'un fluide présentant une capacité calorifique élevée, appelé fluide caloporteur.
    Les fluides caloporteurs les plus répandus sont : l’eau chaude, l’air pulsé ou une huile

  On peut citer les types de chauffage suivants :

  • Chauffage rayonnant
    
    • Panneaux radiants lumineux
    • Tubes rayonnants sombres
    • Panneaux rayonnants
    • Planchers chauffants
  • Chauffage à air chaud
    
    • Aérothermes gaz
    • Aérothermes à fluide thermique
    • Générateurs d’air chaud
    • Générateurs de ventilation tempérée
  • Les chauffages par radiateurs à eau chaude alimenté par une ou plusieurs chaudières, les convecteurs électriques, les climatisations... pour les pour les locaux administratifs

• Le chauffage des produits

  L’utilisation de la chaleur comprend principalement pour la fabrication des produits :

  • Le tempérage (opération qui consiste à maintenir un produit à une température voisine de son point de congélation (28 à 31°) de manière à obtenir une bonne cristallisation permettant le moulage) ou la décongélation (opération pour ramener un corps ou un produit congelé à une température supérieure à 0°C)
  • Le séchage (procédé qui sépare un liquide d'un solide, d'un semi-solide, voire d'un liquide par évaporation.) ou la déshydratation (perte ou l'élimination de l'eau d'un corps ; on parle de dessiccation pour une déshydratation totale)
  • La concentration (opération qui consiste à éliminer une partie plus ou moins importante de l'eau qu'une solution aqueuse contient par évaporation ou ébullition sous une pression donnée)
  • La cuisson (technique par laquelle on transforme un matériau en l'exposant à la chaleur)
  • La polymérisation (réaction chimique ou le procédé permettant la synthèse de polymères à partir de molécules, en général sous l'action de la chaleur et de la pression) ou la vulcanisation procédé chimique consistant à incorporer un agent vulcanisant à un élastomère brut pour former après cuisson des ponts entre les molécules)
  • La distillation (procédé de séparation de mélange de substances liquides dont les températures d'ébullition sont différentes. Elle permet d’en séparer les constituants sous l'effet de la chaleur)

  On peut citer 3 principales catégories de technologies :

  • Convection (mode de transfert qui implique un déplacement de matière dans le milieu – exemple, la cuisson des pâtes dans l’eau chaude)
  • Conduction thermique (mode de transfert thermique provoqué par une différence de température entre deux deux milieux en contact)
  • Rayonnement par ondes électromagnétiques (micro-ondes, hautes fréquences, infrarouges…)

• La production de froid

  Produire du froid est un terme incorrect car en fait, on retire la chaleur existante à un milieu.
  On peut mettre en œuvre plusieurs principes :

  • L'absorption d'un gaz par un liquide : c'est à l'aide de l'ammoniac et de l'eau qu'ont été réalisés le premiers réfrigérateurs par absorption
  • L'évaporation d'un liquide : c'est ce principe qui est à la base, aujourd'hui, de la plupart des installations frigorifiques

  La thermodynamique étudie les transformations des systèmes et les relations entre les phénomènes thermiques et mécaniques, avec comme notions de base : la chaleur, la température, l'énergie interne, l'enthalpie, l'entropie, la réversibilité.
  Dans une transformation thermodynamique le fluide passe par plusieurs états successifs.
  Les machines thermodynamiques transforment le travail en chaleur, c’est-à-dire font du chaud ou du froid à partir d'un objet en mouvement : pompe à chaleur, réfrigérateur, climatiseur, etc.

  Principes de la machine thermodynamique

  

  Schématisation du cycle thermodynamique

  1. A l’évaporateur : la chaleur prélevée à l’extérieur est transférée au fluide frigorigène qui se vaporise
  2. Le compresseur électrique aspire le fluide frigorigène vaporisé
  3. La compression élève la température du fluide frigorigène
  4. Au condenseur : le fluide frigorigène cède sa chaleur à l’eau du circuit de chauffage ou directement à l’air du lieu à chauffer
  5. Le fluide frigorigène se condense et revient à l’état liquide
  6. Le détendeur abaisse la pression du liquide frigorigène qui amorce ainsi sa vaporisation

  Le cycle thermodynamique

  

  Graphique du cycle frigorifique

  • Les applications du froid dans l’industrie

    L’utilisation du froid dans les locaux

    La climatisation ou le rafraîchissement des locaux est utilisé pour maintenir ou améliorer des conditions d'ambiances, pour les personnels administratifs ou de production. Dans ce cas, l'objectif est d'améliorer le confort thermique ou de garantir des conditions d’ambiance.

    Les matériels les plus fréquemment rencontrés sont :

    • Climatisation mobile
    • Climatisation individuelle (mono ou multi splits)
    • Climatisation autonome
    • Armoire de climatisation / unité de toiture (roof-top)
    • Groupe de production de froid (chillers), destiné aux collectifs…

    L’utilisation du froid dans le procédé de fabrication

    Le froid est nécessaire au bon fonctionnement de certains équipements et systèmes de production, pour éviter la surchauffe.

    L’utilisation du froid pour les produits

    Le froid est utilisé dans les procédés de fabrication pour séparer (ex : hydrocarbures), en agro-alimentaire pour la transformation, fabrication, congélation etc

    La chaîne du froid ou chaîne frigorifique regroupe l'ensemble des opérations logistiques et de production (fabrication, transport, manutention, stockage) visant à maintenir un ou des produits alimentaires ou pharmaceutiques à une température donnée pour assurer le maintien de sa salubrité ou ses qualités gustatives.

    Les matériels les plus fréquemment rencontrés sont :

    • Tunnel de congélation
    • Chambre froide
    • Groupe de production de froid (ex. GMS ou process)
    • Etc.