1. Transfert de chaleur 1D (conduction) [septembre 2023]
La séquence vidéo ci-dessous montre l'évolution de la température de jour en jour dans une pièce délimitée par deux parois en béton.
La pièce est remplie d'air et le tout est initialement à 0°C. Les surfaces extérieures des parois sont soumises à l'évolution diurne des températures, suite à l'ensoleillement. La paroi de gauche est exposée directement au soleil, alors que la paroi de droite est à l'ombre, d'où une fluctuation plus faible des températures et une température moyenne inférieure (20°C contre 30°C pour la face ensoleillée).
Le modèle, bien que simplifié (une seule dimension spatiale, uniquement conduction à travers béton et air), est très instructif. Il montre une stabilisation progressive des températures dans la pièce vers les températures moyennes extérieures, pondérées par la distance.
Animation : Propagation des ondes thermiques à travers les parois (modèle 1D)
2. Transfert de chaleur 2D (conduction) [septembre 2023]
Pour une modélisation plus complète, un modèle 2D a été implémenté avec la même physique que le précédent (conduction pure).
La visualisation montre l'évolution des températures avec une échelle colorimétrique (bleu pour le froid, rouge pour le chaud). On observe les variations diurnes dans les parois et la pénétration progressive des ondes thermiques dans la pièce.
Animation : Transfert de chaleur 2D par conduction uniquement
Cette modélisation reste limitée car elle ne tient pas compte de la convection naturelle : l'air chaud, moins dense, devrait monter, créant des mouvements convectifs qui modifient significativement le transfert thermique.
3. Transfert de chaleur 2D (conduction/convection) [automne 2023]
L'objectif de cette modélisation avancée est de simuler les transferts thermiques complets à travers les parois d'une pièce, en incluant les phénomènes de convection naturelle dans l'air.
Configuration géométrique
- Pièce bidimensionnelle de 5 m × 3 m
- Murs latéraux et dalle en béton
- Plafond en bois
- Conditions aux limites : températures variables simulant l'ensoleillement diurne
Physique modélisée
Le modèle combine :
- Conduction dans les matériaux solides (loi de Fourier)
- Convection naturelle dans l'air (équations de Navier-Stokes pour fluide incompressible)
- Couplage thermique aux interfaces air/solide
Animation : Transfert de chaleur 2D complet avec conduction et convection (échelle logarithmique)
L'échelle logarithmique permet de visualiser simultanément les températures dans les parois (plus élevées) et dans l'air (plus basses).
Animation : Températures de l'air uniquement (échelle linéaire)
Détails techniques
- Résolution : 750×450 cellules (≈6.6 mm)
- Pas de temps : 80 pas par seconde
- Durée simulée : 5 premières heures
- Méthode numérique : Staggered grid avec solveur multigrille pour la pression