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Systèmes de refroidissement

La chaleur et la température sont deux concepts si étroitement liés qu’ils peuvent familièrement être utilisés comme synonymes, mais, à proprement parler, la température quantifie la vitesse ou l’énergie avec laquelle les atomes de la matière se déplacent, tandis que la chaleur représente le transfert de cette énergie entre deux matières en contact l’une de l’autre et à différente température.

Le principal environnement de travail des aéronefs se trouve à des milliers de mètres d’altitude, là où les changements des conditions thermiques exigent le recours à des systèmes adaptés de contrôle des températures. Mais les avions sont également exploités au sol…

Un objet qui se trouve à une température plus élevée de celle pour laquelle il a été conçu rencontrera tôt ou tard un problème de fonctionnement. Sur les appareils électroniques, par exemple, la trajectoire des électrons deviendrait incontrôlable et les signaux seraient transmis de façon inopinée. Par ailleurs, une température excessive peut faire passer une matière de l’état solide à l’état liquide, un changement d’état connu sous le nom de fusion qui se produit lorsque les atomes se déplacent tellement que les liaisons qui les unient se brisent. Ce phénomène peut survenir dans certains aéronefs ou sur certains composants qui traversent l’atmosphère sous un angle inapproprié ou à une vitesse inadaptée, généralement en raison d’une perte de contrôle, et a pour conséquence de provoquer immanquablement leur destruction.

Concernant les êtres vivants, nous avons nous aussi besoin de niveaux de température bien définis pour que notre métabolisme ne souffre pas. Parvenir à ce confort est fondamental dans les avions de transport de passagers. Toutefois, les médias nous font parfois part de problèmes rencontrés avec un animal de compagnie transporté dans une zone non réfrigérée, et par conséquent non adaptée, comme la soute.

Il ressort donc clairement que plusieurs systèmes de refroidissement s’avèrent nécessaires pour gérer la chaleur et éviter les problèmes découlant de l’excès de température. Ces systèmes pourraient être classés comme suit :

Refroidissement de la cabine

Dans la plupart des cas, les avions volent à des milliers de mètres au-dessus du sol et disposent de cabines pressurisées pour compenser la baisse du niveau d’oxygène dans l’air. En outre, l’air extérieur qui règne à ces altitudes est froid, à savoir des dizaines de degrés au-dessous de zéro, et il est donc nécessaire de créer une atmosphère intérieure avec un contrôle de température similaire au système de climatisation de nos maisons, à la grande différence que l’air ne provient pas d’une simple unité extérieure installée sur une terrasse ou un balcon, mais d’un système complexe chargé de comprimer l’air qui pénètre à travers les moteurs. Ce traitement permet de faire monter la température comme l’expliquait un remarquable billet publié il y a quelque temps sur ce blog (voir billet).

Refroidissement de la structure

En règle générale, la structure de l’avion n’a pas besoin d’un système de protection de température spécifique puisque la plage de fonctionnement du matériau est habituellement assez étendue. Seuls certains aéronefs stratosphériques, tels que les navettes spatiales, ont recours à des protections thermiques supplémentaires. Plusieurs mécanismes sont actuellement utilisés, comme celui consistant à ajouter des plaques spéciales sur le fuselage capables de supporter les hautes températures provoquées par la friction produite lors de la rentrée dans l’atmosphère.

Refroidissement des équipements.

Les équipements peuvent être refroidis de deux manières différentes : en projetant de l’air à l’aide de ventilateurs de soufflage ou en aspirant l’air au moyen de ventilateurs dits d’extraction. Le principe physique consiste à tirer profit de la convection thermique pour que l’air absorbe la chaleur des objets qu’il entoure. L’utilisation de ventilateurs provoque un afflux d’air non chauffé autour de l’air ambiant.

De plus, il convient de souligner que l’eau possède un pouvoir réfrigérant supérieur à celui de l’air grâce à sa chaleur spécifique plus élevée, à savoir la quantité d’énergie qu’une substance peut absorber avant de voir sa température augmenter. C’est pourquoi cet élément est utilisé pour refroidir les voitures ainsi que les ordinateurs. Sur les véhicules automobiles, l’eau est mélangée à d’autres additifs aux seules fins d’éviter sa congélation à des températures inférieures à 0 °C. Mais son utilisation dans les avions reste problématique en raison de son poids plus élevé, un paramètre à prendre sérieusement en considération dans ce secteur.

Pour finir, il est à noter qu’outre le refroidissement, un attrait supplémentaire des systèmes de gestion de la chaleur actuellement développé et expérimenté consiste à réutiliser l’énergie thermique pour la transformer en énergie électrique. Les économies de carburant sont un autre facteur très apprécié dans cette industrie et il ne fait aucun doute que cette technologie sera mise en œuvre d’ici quelques années.

 

 

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21/01/2019

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