Méthode disque chaud (hot disk) (détermination de la conductivité thermique et de la capacité thermique)
Les caractéristiques thermophysiques des substances sont à la base des calculs et des modèles. Elles sont absolument indispensables à la détermination de données significatives encore plus poussées en matière de sécurité, comme par exemple pour l’évaluation d’une génération de chaleur ou d’une quantité de chaleur spécifique par le biais des températures mesurées. Une technique utilisée pour la détermination de certaines de ces données thermophysiques est la méthode de la source plane transitoire (disque chaud) conformément à la norme ISO 22007-2.
A l’aide d’une telle mesure Hot Disk, il est possible, à partir d’une série de mesures, de déterminer la conductivité thermique λ, la diffusivité thermique a ainsi que la capacité calorifique spécifique par unité de volume s. La capacité calorifique spécifique par unité de volume est convertie en capacité calorifique spécifique cp à partir de la densité en vrac préalablement mesurée.
Pour effectuer cette mesure, on place la substance à tester dans une forme spéciale à volume variable et on en quantifie la masse afin de calculer la densité en vrac de l’échantillon relativement au volume concerné. On introduit ensuite la sonde du disque chaud en position horizontale et de manière centrée dans l’éprouvette remplie. La sonde sert d’une part de source de chauffage et d’autre part de capteur de température dynamique. A l’aide d’une énergie de chauffage électrique déterminée (mW) et à raison d’une durée de mesure prédéfinie (s), on fournit une quantité d’énergie définie à la sonde placée au milieu de l’éprouvette, tout en mesurant parallèlement les variations de température de l’échantillon à tester.
Les données de mesure ainsi recueillies, telles que la capacité thermique, peuvent être par exemple utilisées pour l’évaluation d’une expérience de mesures adiabatiques en panier métallique, ou encore pour l’évaluation d’une expérience d’accumulation de chaleur et de pression adiabatique. La connaissance de la capacité thermique précise d’un échantillon permet également de déterminer des caractéristiques de sécurité encore plus précises.
Il est possible d’exploiter d’une manière encore plus approfondie la caractéristique de la diffusivité thermique a, en l’utilisant notamment en association avec certains paramètres cinétiques (principe d‘Arrhenius, cinétique d’ordre zéro) issus d’une expérience d’accumulation de chaleur et de pression adiabatique. Ceci permet de calculer des valeurs pour la SADT ou TDAA (self accelarating decomposition temperature – ou température de décomposition auto-accélérée) par application du principe de l’explosion thermique selon la théorie de Frank Kamenetskii, selon les différentes tailles de récipients.
[1] ISO 22007-2 (2015-08-01): Plastics – Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity, Part 2: Transient plane heat source (hot disc) method
[2] Kotoyori, Takashi: Diffusion and Heat Transfer in Chemical Kinetics. 1st
Edition. Elsevier Science, 2005
[3] Frank-Kamenetskii, David A. ; Appleton, John P. (Hrsg.): Diffusion and
Heat Transfer in Chemical Kinetics. 2nd Enlarged and Revised Edition. Plenum Press, 1969