Phénomène de transfert - Définition

Introduction

Un phénomène de transfert (ou phénomène de transport) est un phénomène irréversible durant lequel une grandeur physique est transportée par le biais de molécules. C'est un phénomène transversal présent dans tous les domaines de la science et en ingénierie. Tous les phénomènes de transport ont pour origine l'inhomogénéité d'une grandeur intensive. C'est la tendance spontanée des systèmes physiques et chimiques à rendre uniformes ces grandeurs qui provoquent le transport. Ainsi ce type de phénomène décrit certaines propriétés comme :

• la viscosité : transfert de quantité de mouvement dû à une inhomogénéité de vitesse,
• la diffusion moléculaire : transfert du nombre de particule ou transfert de masse dû à une inhomogénéité de densité particulaire,
• la diffusion thermique : transfert thermique (ou chaleur) si la température n'est pas uniforme,
• la conductivité électrique : transfert de la charge électrique en cas de différence de potentiel.

Un transfert est caractérisé par une densité de flux de la grandeur transférée, déterminée par la relation suivante :

où le gradient est le gradient de la grandeur transférée. On obtient le flux en multipliant la densité de flux par la surface au travers de laquelle s'effectue le transfert. La constante sert à inclure les caractéristiques du système dans lequel a lieu le transfert (diffusion, radiation) ainsi que celles liées aux forces agissantes sur le système (convection).

Diffusion

Diffusion de la quantité de mouvement

Le comportement des fluides newtoniens obéit à la loi suivante, dite de Newton :

On peut faire apparaître la diffusivité de la quantité de mouvement ν, ou viscosité cinématique, par une modification de la loi de Newton :

avec

Diffusion massique

Loi de Fick:

Le coefficient de diffusion D_ab est spécifique pour l'espèce a dans le milieu b.

Diffusion thermique

Loi de Fourier:

Appelée plus communément conduction thermique, cette équation peut être modifiée pour en faire apparaître la diffusivité thermique α:



avec

Diffusion de charge

Loi d'Ohm :

Appelée plus communément conduction électrique, cette équation peut être modifiée pour en faire apparaître la diffusivité électrique, D_±, par une modification de la loi d'Ohm:



avec

Autre

Des équation semblables peuvent être définies pour le champ gravitationnel :

Densité de flux gravitationnel:

Dans le cas d'un champ gravitationnel, on peut parler de transfert de graviton et ainsi associer ce phénomème à un phénomène de transfert.

Rayonnement

Le rayonnement se fait à l'aide d'onde électromagnétique et est de ce fait réserver au transfert thermique. Dans ce dernier cas, le rayonnement est principalement dépendant de la température du corps chaud et n'est plus influencé par un quelconque gradient.

Convection

La convection se différencie de la diffusion par l'origine du transfert. Pour la diffusion, cette origine (qui est également la force motrice) est le gradient. Pour la convection, cette origine est une force externe. Ainsi par exemple, la convection thermique implique un déplacement de matière qui permet à l'énergie thermique d'être transférée. Pour la matière, le transfert convectif d'un composé est dû à un déplacement du milieu qui le contient.

Convection naturelle

La convection naturelle, aussi appelé convection gravitationnelle , est due à la gravité et implique des différences de densité (ces dernières pouvant être causées par une différence de température ou une différence de concentration) dans un milieu homogène.

Convection forcée

Le transfert est dû à une force externe d'origine mécanique le plus souvent (pompe, différence de niveau,...) et est plus rapide que la convection naturelle.