Frigo : plus rempli = plus d'électricité ? — Les-mathematiques.net The most powerful custom community solution in the world

Frigo : plus rempli = plus d'électricité ?

Bonjour,

Toutes choses égales par ailleurs, un réfrigérateur rempli consomme-t-il plus, moins ou autant, d'électricité que ce réfrigérateur, mais vide ?

Je veux bien sûr parler du régime permanent, portes closes, donc en s'abstenant d'ouvrir le réfrigérateur pour en prendre des choses, ou bien rajouter des masses plus chaudes qui seraient à refroidir.

Merci,
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Réponses

  • Bonjour.

    A priori, un peu plus, puisqu'il a fallu refroidir les denrées. Mais c'est le contraire si tu le remplis de surgelés. Après, la consommation d'un frigo est liée :
    * au refroidissement des produits qu'on y met (d'où la consigne de laisser refroidir les plats avant de les y mettre)
    * au nombre d'ouvertures des portes et au temps d'ouverture
    * à la qualité de l'isolation
    * à l'aération du "radiateur", en particulier pour les frigos "intégrés"
    * et bien sûr à la température extérieure.

    Cordialement.
  • Salut marsup,

    Ça fait longtemps que je n'ai pas fait de physique, mais à mon avis, dans les conditions que tu décris, ça ne change rien. Le frigo reçoit une certaine puissance (quantité d'énergie par unité de temps) de l'extérieur du fait de l'isolation imparfaite. Celle-ci dépend (au moins) de la qualité de l'isolation (où la « surface de contact » compte évidemment) et de la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur (...). Cette puissance et la capacité thermique du contenu détermineraient la vitesse de réchauffement de ton frigo s'il était éteint et plus froid que l'extérieur. Mais comme tu te places en régime permanent, le système de refroidissement doit compenser précisément cet apport d'énergie en piquant de la chaleur à l'intérieur avec la même puissance (*). Je ne vois pas en quoi ce qu'il y a à l'intérieur pourrait jouer un rôle.

    En régime non permanent, c'est évidemment différent (la capacité thermique du contenu va jouer un rôle important).

    J'espère n'avoir point dit de bêtises. ;-)

    (*) Je parle du nombre de Watts que le contenu du frigo fournit au système de refroidissement. Celui-ci étant imparfait, au total, il consommera (électricité) et émettra (thermique) une puissance supérieure en régime permanent (effet Joule dans les conducteurs électriques, rendement du cycle thermodynamique...).
  • Bonjour,

    D'un côté,
    On doit bien supposer que la température à l'extérieur est supérieure à celle à l'intérieur du réfrigérateur.
    Le contenu plein irradie plus que l'air déplacée. (C'est une hypothèse naturelle pour un contenu typique.)

    Cette perte doit être compensée.

    Mais,
    La chaleur spécifique du contenu est plus grande (de plusieurs ordres de grandeurs) que celle de l'air déplacée.

    Cette énergie stockée rend plus facile le maintien de la température.

    Donc :
    L'énergie (et donc la quantité d'électricité consommée) est inférieure pour le réfrigérateur plein plutôt que vide.

    Une simple mesure le confirmera. Elles sont sans doute effectuées par les fabricants.
  • YvesM,

    en régime permanent (température d'équilibre dans le frigo, on n'ouvre pas la porte), l'énergie perdue n'est que celle qui passe à travers les parois, donc elle ne dépend que de la température sur la face interne (température du réglage du frigo) et de la température sur la face externe. Je ne vois pas ce que le remplissage du frigo change.
    Par contre, le moteur fonctionnant par a-coups, ces températures ne sont pas constantes, en particulier celle intérieure. Suivant le fonctionnement du moteur, il est possible qu'il y ait une différence en fonction du remplissage, mais je ne vois pas d'argument qui permette d'aller dans un sens ou dans un autre.

    Cordialement.
  • Bonjour,

    La radiation du contenu est plus grande que celle de l'air déplacé.

    La température à l'intérieur est constante. Elle varie à l'extérieur.

    La quantité de chaleur du contenu rend plus facile le travail du frigo pour maintenir la température.

    Le contenu change deux choses : chaleur spécifique et radiation.
  • Heu ... la radiation du contenu peut réchauffer les parois internes, ce qui augmente la transmission à travers les parois. mais à l'équilibre, la température des parois est (théoriquement) celle mesurée par le thermostat, elle ne dépend pas du contenu.

    C'est bizarre, tu sembles
    * penser que le froid c'est du rayonnement
    * oublier qu'in frigo c'est une enceinte calorifugée.

    et tu fais une affirmation bizarre : "La quantité de chaleur du contenu rend plus facile le travail du frigo pour maintenir la température. " Justification ???

    Rappel : S'il y a plus dans le frigo, quand la température a augmenté (disons de 2°), pour la ramener à la consigne, il faut plus d'énergie. Le moteur travaille moins souvent (plus grande inertie thermique) mais plus longtemps (plus grande inertie thermique). Où gagne-t-on ?

    Cordialement.
  • Bonjour,

    Dans ton premier paragraphe, tu écris, à l’équilibre, ...

    Justement, cet équilibre est une balance entre l’énergie perdue par radiation et fournie par le moteur du frigo.

    Plus de radiation, c’est plus d’énergie qui quitte le frigo et plus de travail pour le moteur.

    On reste à l’équilibre mais le frigo consomme plus.

    Mais ce phénomène n’est pas le plus important.

    Quelle énergie faut-il fournir pour maintenir à l’équilibre thermique une masse de chaleur spécifique donnée ?

    Je trouve que c’est le paramètre principal. Et qu’on trouve donc une énergie moindre.

    Tu as le droit de ne pas être d’accord. Je n’ai pas écrit d’équations car je préfère un raisonnement qualitatif.

    J’espère que @marsup possède des mesures. On verra bien. Comme la chaleur spécifique du contenu diffère grandement de celle de l’air, la mesure doit être facile.
  • Ah non, moi, je n'ai absolument aucune information du tout ! Je n'avais que la question !

    Personnellement, il me semble, comme brian a très bien expliqué, que le contenu du frigo, tant qu'on ne l'ouvre pas ; ça ne change rien, puisqu'il s'agit de contrer l'infiltration de chaleur, qui est surfacique, et qui ne concerne que le frigo, pas les tomates et l'emmental à l'intérieur !
  • Bonjour,

    Ceci est rigoureusement faux.

    Le frigo doit maintenir la température à l’intérieur du frigo constante.

    Le contenu, même à cette température, perd de l’énergie par radiation.

    Cette énergie n’est pas la même que celle de l’air déplacé.

    Donc le bilan énergétique diffère (par ce paramètre parmi d’autres).

    Et la consommation ne peut pas restée inchangée.

    Cherchons donc sur le net. Je suppose que ce genre de mesure est faite par les fabricants.
  • "Quelle énergie faut-il fournir pour maintenir à l’équilibre thermique une masse de chaleur spécifique donnée ".
    Une bonne façon de ne pas traiter la question. On oublie que c'est un frigo, c'est tout de suite plus simple. On oublie que l'essentiel du flux de chaleur est la conduction à travers les parois, c'est tout de suite plus simple.

    Et je ne suis pas physicien, mais j'ai un frigo !

    Cordialement.
  • Bonjour,

    https://www.futura-sciences.com/maison/questions-reponses/electricite-consommation-energie-vaut-il-mieux-frigo-vide-frigo-plein-7917/

    @gerard0 : Je te trouve bien agressif ce soir. Une question est posée. Je donne mon analyse rapide. C’est tout.
  • Tu n'es pas non plus très facile à suivre, en fait ,YvesM !
  • Bonsoir,
    en pratique, trop et mal remplir le frigo, cest l'empêcher de fonctionner correctement parce que la conduction ne va pas se faire correctement.
  • Bonjour,

    @marsup :

    Pour étudier ce problème, je fais un bilan énergétique.

    Le frigo fournit de l’énergie pour maintenir la température intérieure constante.

    On cherche la différence entre plein et vide.

    Vide veut dire plein d’air.
    Plein veut dire plein de tomates, fromages et autres. Disons de l’eau.

    Quelles différences thermiques entre un litre d’eau et un litre d’air, dans le frigo, à température constante et égale ?

    L’une est la radiation : c’est à dire une perte d’énergie émise par rayonnement thermique.
    L’autre est la chaleur spécifique : il faut beaucoup plus d’énergie pour élever la température de 1 degré d’un litre d’eau que pour élever la température de 1 degré d’un litre d’air.

    La question est donc de savoir quelle est l’impact énergétique de la radiation et de la chaleur spécifique.

    Pour la radiation : de la chaleur s’échappe du frigo, donc le frigo compense et consomme plus.
    Pour la chaleur spécifique : le litre d’eau est beaucoup plus difficile à chauffer (par l’extérieur), donc le frigo a moins d’énergie à fournir.

    Au total, c’est la chaleur spécifique qui l’emporte. Comment le sait-on ? On connaît les ordres de grandeurs. La radiation est relativement faible.

    Donc un frigo plein consomme moins d’énergie parce que la chaleur spécifique du contenu aide à maintenir la température intérieure constante (car les déviations sont faibles).
  • Je trouve moi aussi ton raisonnement difficile à suivre, YvesM.

    Qu'il faille plus d'énergie pour élever d'un degré un litre d'eau ou un litre d'air, il me semble qu'on s'en fiche. Si cette énergie n'est pas restituée par le litre d'eau ou d'air, sa température va s'élever (et/ou la matière va changer d'état). Si l'on veut garder la température constante, l'énergie en question doit être évacuée, or pour faire baisser d'un degré un litre d'eau, il faut que le système de refroidissement travaille nettement plus que pour faire baisser d'un degré un litre d'air. Donc à puissance constante du système de refroidissement, ça va prendre plus de temps pour un litre d'eau que pour un litre d'air. Ceci compense précisément le gain que tu crois voir (« l'extérieur a plus de mal à réchauffer un litre d'eau qu'un litre d'air »). Les chaleurs spécifiques du contenu changent l'inertie thermique du frigo. Au plus, le remplir de vivres va faire baisser la fréquence des cycles de fonctionnement du moteur (mais si l'on considère ça, c'est qu'on ne respecte déjà plus l'hypothèse idéale du régime permanent).

    En faisant un bilan d'énergie au niveau de la surface du frigo, il me semble que ce qu'il y a à l'intérieur ne change rien en régime permanent : le flux d'énergie entrant doit sortir, sinon la température du système va varier (ou bien, on pourrait avoir des changements d'état comme eau <-> glace, ce qui contredirait également l'hypothèse de régime permanent). Et ce flux ne dépend guère que de la qualité de l'isolation et de la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur du frigo — pas de la capacité thermique du contenu.
  • Bonjour,

    Une chose est de raisonner juste, une autre est de trouver les fautes des autres.

    Régime permanent ne signifie pas le même nombre de cycles.

    Le frigo n’est pas sans échange thermique : l’intérieur est froid et l’extérieur est chaud. De la chaleur va constamment passer de l’extérieur vers l’intérieur. Et le frigo consomme de l’énergie pour rétablir la température à l’intérieur.

    Donc il y a échange de chaleur entre intérieur et extérieur.
    Dans le bilan énergétique, le moteur du frigo fournit un travail mécanique et consomme l’électricité.

    La consommation d’électricité compense donc l’échange de chaleur.

    Un litre d’eau rayonne plus qu’un litre d’air (même à la même température). Ce rayonnement à deux composantes : l’une va rester à l’intérieur (et ne contribue pas à l’échange de chaleur), l’autre passe à l’extérieur.
    Donc le frigo travaille plus pour compenser cette perte.

    Je ne sais pas l’expliquer mieux.

    Un litre d’eau possède une chaleur spécifique bien plus grande que le litre d’air. Quand de la chaleur passe de l'extérieur à l’intérieur, elle augmente la température bien moins pour l’eau. Le frigo a moins d’effort à faire. On peut le voir comme moins de cycles.

    Donc le frigo consomme moins d’énergie.

    Je ne sais pas l’expliquer bien sans faire les calculs.

    Prenons un cas limite, pour voir :
    Nous remplaçons l’air par un matériau dont la chaleur spécifique est infinie. Sa température est constante et égale à celle du frigo en régime permanent.
    Si en plus ce matériau ne rayonne pas, alors le frigo reste à température constante sans rien consommer en électricité.
    En effet, il faudrait une énergie infinie à l’extérieur pour changer la température de l’intérieur.
    Dans ce cas la consommation d’électricité est nulle et donc moindre que pour le frigo vide.

    Non ?
  • YvesM,

    À part cette phrase étrange :
    Régime permanent ne signifie pas le même nombre de cycles.
    (je n'ai certainement rien dit de tel), le début de ton message ne fait qu'énoncer des généralités que j'ai déjà indiquées dans mon premier message ici.

    Passons à ceci :
    Un litre d’eau rayonne plus qu’un litre d’air (même à la même température). Ce rayonnement à deux composantes : l’une va rester à l’intérieur (et ne contribue pas à l’échange de chaleur), l’autre passe à l’extérieur.
    Donc le frigo travaille plus pour compenser cette perte.
    Le rayonnement du litre d'eau vers l'extérieur est une perte d'énergie pour le litre d'eau. Cette perte le refroidit, et/ou le fait passer à l'état solide (glace). Ta composante du rayonnement qui va à l'extérieur cause donc un refroidissement de l'intérieur du frigo. Et tu nous racontes que le frigo doit travailler plus pour « compenser cette perte » ? Le frigo travaille plus pour réchauffer ce qui se trouve à l'intérieur, c'est ça ?!

    La suite :
    Un litre d’eau possède une chaleur spécifique bien plus grande que le litre d’air. Quand de la chaleur passe de l'extérieur à l’intérieur, elle augmente la température bien moins pour l’eau. Le frigo a moins d’effort à faire. On peut le voir comme moins de cycles.
    Pas du tout. S'il a fallu apporter une énergie $E$ pour faire augmenter la température d'un litre d'eau d'un degré, il faudra pomper la même énergie pour le faire revenir à la température initiale. Et cette quantité $E$ est plus importante que celle qu'il faut pomper pour faire baisser d'un degré un litre d'air. L'énergie qui entre doit sortir, sinon la matière qui la reçoit change (en température et/ou en état ici).

    Ton cas limite avec une « chaleur spécifique infinie » ne me semble pas aider à raisonner ici : si la masse de ce matériau est non nulle (on l'espère !), tu ne peux pas changer sa température sans un apport d'énergie « infini ». Donc pour commencer, tu ne pourras jamais l'amener à la température souhaitée, même avec 1000 centrales nucléaires pour alimenter ton « frigo »...
  • Bonjour,

    Tu raisonnes mal.

    On se fout de la préparation du système.

    On demande, dans le régime permanent, quelle consommation électrique est plus grande.

    Tu ne peux te perdre dans des considérations inutiles sur comment atteindre le régime permanent.

    Si ça t’aide, sache que les mesures effectuées confirment la moindre consommation quand le frigo est plein. Comment tu l’expliques ? Je te suggère de répondre à cette question et on comparera nos réponses. C’est plus productif.
  • Tu es gonflé de faire croire que je m'occupe de la préparation du système alors que ce dernier paragraphe n'était là que pour montrer l'intérêt que je trouve à ton cas limite ô combien étrange de matériau à « chaleur spécifique infinie ». Tu es encore plus culotté de prétendre que je raisonne mal et me perds dans des considérations inutiles, sachant que tu t'es complètement fourvoyé sur plusieurs points (cf. supra).

    Quant à tes mesures, je ne les connais pas, mais ce n'est pas parce qu'on aurait mesuré telle ou telle chose que des raisonnements faux qui iraient dans le sens de ces mesures deviendraient par magie corrects.

    De telles mesures pourraient peut-être s'expliquer par un phénomène que j'ai déjà mentionné : avec un système à thermostat bébète, plus la capacité thermique du contenu est grande, plus la fréquence des cycles de refroidissement va être basse. Or il y a certainement un coût énergétique à chaque arrêt ou remise en marche du compresseur. À fréquence de cycle plus basse, ce coût (moyenné sur une période de temps « longue ») est évidemment plus faible. Il pourrait également y avoir des raisons plus complexes liées au rendement du cycle thermodynamique : celui-ci est peut-être plus efficace si les changements de température sont lents.

    Mais tout ceci sort de l'hypothèse de départ : le régime permanent. Un appareil qui change de température, un compresseur qui s'allume et s'éteint régulièrement, ce n'est pas du régime permanent. Il y a donc fort à parier que les mesures que tu évoques, à supposer qu'elles soient bien réelles et reproductibles, ne s'appliquent pas à la situation que j'ai considérée au départ (i.e., avant qu'on ne commence à parler de cycles).

    De toute manière, je n'espérais pas te convaincre. J'ai exposé mes arguments, chacun peut les juger sur pièce et se faire sa propre opinion.
  • Bien, il paraît que je suis agressif !! Effectivement, pour certains, une contradiction, le fait de dire qu'on n'est pas d'accord, est une agression.
    Mais quand un intervenant se contente de redire son affirmation de départ, sans répondre vraiment aux objections en traitant de leur contenu, puis finit par annoncer " sache que les mesures effectuées confirment la moindre consommation quand le frigo est plein." sans donner la moindre référence, je considère qu'il ne s'agit plus d'un débat, mais d'une discussion sans utilité.

    Je vous laisse ...
  • Bonjour,

    @gerard0 : J'ai donné un lien qui donne le résultat. Tu peux en trouver d'autres sur le net. Le mieux serait de trouver une notice de fabricants mais je n'y arrive pas. Comme la consommation est donnée dans la notice technique et qu'lle dépend du contenu, je suppose que ce contenu est normé pour le test.

    @brian : Quand tu écris à la fin : "Donc pour commencer, tu ne pourras jamais l'amener à la température souhaitée, même avec 1000 centrales nucléaires pour alimenter ton « frigo »...", n'es-tu pas en train de parler de la préparation du système ?

    Mon exemple limite est clair. Si le contenu reste à température constante, l'apport électrique nécessaire pour maintenir la température est nulle. Et donc la chaleur spécifique du contenu intervient.

    Vous avez le droit de ne pas être d'accord avec cette modélisation. Je ne cherche pas à vous persuader.

    Penser à regarder les mesures...
  • Je n'avais pas vu la référence, qui n'est d'ailleurs qu'une affirmation de journaliste scientifique. Et qui dit le contraire su le frigo est "trop rempli".

    N'importe comment, remplir un frigo pour ne jamais l'ouvrir est une drôle d'idée :-)
  • @YvesM

    Je répète ce que j'ai déjà écrit :
    Moi a écrit:
    Tu es gonflé de faire croire que je m'occupe de la préparation du système alors que ce dernier paragraphe n'était là que pour montrer l'intérêt que je trouve à ton cas limite ô combien étrange de matériau à « chaleur spécifique infinie ».

    Pour revenir au sujet (rien à voir donc avec le cas étrange où le frigo serait rempli d'une matière à « chaleur spécifique infinie »), le lecteur pourra lire les opinions et raisonnements donnés sur physics.stackexchange.com.
  • Bonjour,

    Une autre référence : https://www.engie.be/fr/blog/conseils-energie/conseils-diminuer-consommation-energie-frigo/
    Je cherche toujours des mesures, mais je doute que les fabricants de frigo et les associations de consommateurs se trompent. Un frigo vide consomme plus.

    Si j'ai le temps, je vais lire ceux qui proposent le contraire ou disent pas de différence.

    C'est souvent une question de modélisation du système (quand ce n'est pas un raisonnement faux).

    Par ailleurs, mon raisonnement avec la chaleur spécifique montre que la différence doit être énorme puisque la chaleur spécifique et la densité de l'eau sont bien plus grandes que celles de l'air : on devrait donc mesurer une grande différence de consommation (disons au moins 20% si ce n'est 50% ou encore plus)...
  • Bonjour,

    J'ai posé simultanément hier la question au Guichet du Savoir, service de la bibliothèque de Lyon.

    Ils me répondent la même chose que YvesM (enfin sans les références au rayonnement thermique, dont la pertinence me semble particulièrement douteuse !)

    https://www.guichetdusavoir.org/viewtopic.php?t=85496&classement=recentes

    Eux-mêmes me renvoient vers la bibli de Genève http://institutions.ville-geneve.ch/fr/bm/interroge/archives-questions-reponses/detail/question/est-il-vrai-quun-congelateur-a-moitie-vide-consomme-plus-delectricite-quun-congelateur-plei/

    où on lit : enfin une référence (dans un bouquin) qui répond vraiment à la question :
    Jean-Paul Blugeon, dans son livre "Economiser l’eau et l’énergie chez soi : guide pratique des solutions simples et rentables", http://bit.ly/1oTaeMc indique que « Frigo et congélateur consomment 25 à 30% de l’électricité spécifique, soit jusqu’à plus de 1000 kWh par an. ». Il explique ensuite que « plus un appareil est rempli et moins il consomme : du fait de la forte inertie thermique du contenu, le thermostat déclenche moins souvent le compresseur. Or, ce dernier consomme beaucoup plus au début de chaque cycle marche/arrêt. »
  • Amusant, ton lien, YvesM :
    engie.be a écrit:
    Un réfrigérateur vide consomme davantage. Pour combler l’espace, placez-y des boîtes vides ou des bouteilles.
    (le gras est de moi)

    Des boîtes vides ? L'air (ou le vide ?!) dans les boîtes vides aurait-il une chaleur spécifique supérieure à celle de l'air situé dans le frigo hors des boîtes vides ? :-D

    Conclusion : ce conseil vise simplement à éviter de faire sortir de l'air froid immédiatement remplacé par de l'air plus chaud de l'extérieur lorsqu'on ouvre la porte. Il est donc totalement HS pour le sujet de ce fil.
  • du fait de la forte inertie thermique du contenu, le thermostat déclenche moins souvent le compresseur. Or, ce dernier consomme beaucoup plus au début de chaque cycle marche/arrêt.
    C'est très précisément la première explication que j'ai proposée dans mon troisième paragraphe ici pour tenter d'expliquer les mesures évoquées par YvesM. Mais qui dit cycles marche/arrêt du compresseur dit que ce n'est pas du régime permanent.

    Le bilan énergétique évoqué dans mon premier message est effectué sur un modèle en régime permanent où, à chaque instant, le système de refroidissement extrait du frigo précisément la même puissance que celle qui entre du fait de l'isolation imparfaite couplée à la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur du frigo. Je l'ai d'ailleurs dit de manière assez explicite dans ce même premier message :
    Moi a écrit:
    Mais comme tu te places en régime permanent, le système de refroidissement doit compenser précisément cet apport d'énergie en piquant de la chaleur à l'intérieur avec la même puissance (*).

    Edit : je rajoute un extrait de mon deuxième message qui dit la même chose que J.-P. Blugeon et précise les hypothèses que j'ai utilisées avant :
    Moi a écrit:
    Les chaleurs spécifiques du contenu changent l'inertie thermique du frigo. Au plus, le remplir de vivres va faire baisser la fréquence des cycles de fonctionnement du moteur (mais si l'on considère ça, c'est qu'on ne respecte déjà plus l'hypothèse idéale du régime permanent).
  • Oui, en effet brian, tu as bien dit ça plus haut.

    Au plan thermodynamique pour la chaleur, l'énergie ne dépend pas du contenu du frigo.

    Mais le moteur n'est pas linéaire.

    Il consomme moins :
    • en faisant moins de cycles plus longs
    • qu'en faisant plus de cycles moins longs.

    Gérard a aussi un peu dit la même chose :
    Suivant le fonctionnement du moteur, il est possible qu'il y ait une différence en fonction du remplissage, mais je ne vois pas d'argument qui permette d'aller dans un sens ou dans un autre.

    J'ajoute que si je me rappelle bien, le rayonnement thermique, c'est ce qui fait que le métal à la forge devient rouge, orange, jaune, blanc brillant. On a un peu de mal à croire sérieusement que ce phénomène soit très significatif à l'échelle d'une bouteille d'eau autour de 0 degrés dans un frigo...
  • Bonjour,

    @brian : "Mais qui dit cycles marche/arrêt du compresseur dit que ce n'est pas du régime permanent."

    Sans cycle, comment fait le frigo pour maintenir la température intérieure ?
    Si tu interdis le cycle du compresseur, tu sembles interdire tout contrôle de température.

    J'essaie de comprendre.
  • (Oui, en effet, en régime permanent, il y a quand même les cycles, comme quand on entend le frigo gargouiller en plein milieu de la nuit, alors qu'on n'y a pas touché depuis des heures.)
  • Le rayonnement thermique est très important dans la perception de la sensation chaud/froid, y compris avec des choses qui sont loin d'un fer rouge ou blanc. Si tu te tiens nu(e) dans une pièce où murs, sol et plafond sont froids, tu as froid même si l'air ambiant n'est pas très froid. Avec la même température de l'air mais des murs, sol et plafond plus chauds (par exemple l'été), la sensation n'est pas la même. Ceci s'explique par le fait que ton corps perd de la chaleur en rayonnement correspondant à sa matière et à une température d'environ 37°C (sans doute un peu moins pour la peau), et les murs, sol et plafond rayonnent différemment selon leur matière et leur température (ils rayonnent plus s'ils sont plus chauds ; pour le modèle idéal du « corps noir », il y a un facteur $T^4$ avec $T$ en Kelvin). C'est la différence entre ce que tu émets et ce que tu reçois qui compte.

    Quand tu glisses ta main dans un four chaud pour mettre ou retirer un plat, tu sens fortement le rayonnement des parois même si elles ne sont pas rouges (le rayonnement doit être majoritairement dans les infrarouges). Dans ce cas, ta main reçoit bien plus en rayonnement thermique qu'elle n'émet. Meme chose si tu es immobile en plein soleil : en bloquant les rayons avec la main, un carton, une casquette, etc., tu sens immédiatement la différence alors que tu n'as pas modifié la température de l'air.

    Ceci n'est que l'aspect rayonnement des transferts thermiques. De manière générale, il y a aussi les aspects de conduction au sein d'un matériau et de conducto-convection avec l'air ou le fluide ambiant qui s'y superposent.
  • - Toto, je peux savoir pourquoi tu as mis le chat dans le frigo ?
    - C'est pour économiser l’électricité et sauver la planète !

    e.v.
  • Évidemment qu'avec un vrai frigo, il y a des cycles. J'ai déjà dit ce qui se passait dans ce cas. Le modèle que j'ai considéré au départ était sans cycle : c'est un modèle plus simple qu'un vrai frigo typique. Il a évidemment ses limites. En revanche, dire :
    Si tu interdis le cycle du compresseur, tu sembles interdire tout contrôle de température.
    est faux dans l'absolu. Ce n'est pas parce que la plupart des frigos font des alternances de tout ou rien ($\approx$ signal créneau/carré) qu'on ne peut pas faire autrement. On sait contrôler la vitesse de rotation d'un moteur ; il est donc possible de faire fonctionner le compresseur de manière beaucoup moins « hachée » : en l'occurrence, à vitesse constante si ni la consigne, ni la différence de température entre intérieur et extérieur ne changent, et que personne n'ouvre la porte.
  • @ev

    Le chat dans le frigo a son utilité pour garder les bières au frais en cas de coupure de courant pas trop longue, car il augmente l'inertie thermique du contenu du frigo. Si c'est pour éviter de faire sortir de l'air froid lorsque tu ouvres la porte, des boîtes vides suffisent (lien fourni par YvesM).

    (Je précise que je n'ai testé aucune de ces techniques. :-D)
  • Enfin une citation qui donne une bonne raison :
    Jean-Paul Blugeon, dans son livre "Economiser l’eau et l’énergie chez soi : guide pratique des solutions simples et rentables", [bit.ly] indique que « Frigo et congélateur consomment 25 à 30% de l’électricité spécifique, soit jusqu’à plus de 1000 kWh par an. ». Il explique ensuite que « plus un appareil est rempli et moins il consomme : du fait de la forte inertie thermique du contenu, le thermostat déclenche moins souvent le compresseur. Or, ce dernier consomme beaucoup plus au début de chaque cycle marche/arrêt. »
    .
    La fantaisie du rayonnement de ce qui est dans le frigo ne pouvait me convenir, tant que le frigo reste fermé, les échanges avec l'extérieur ne dépendent que de la température extérieure et de la température intérieure (régulée) et du système frigorifique.

    J'ai aussi un frigo quasiment vide qui n'est ni fermé, ni branché. Il consomme vraiment peu !

    Cordialement.
  • brian a écrit:
    Le rayonnement thermique est très important dans la perception de la sensation chaud/froid, y compris avec des choses qui sont loin d'un fer rouge ou blanc.
    Ah ok, je pensais le contraire. Je me coucherai moins bête. https://cache.media.eduscol.education.fr/file/Pluridisciplinaire/89/3/RA19_Lycee_G_1er_ES_T2_Bilan_thermique_corps_humain_1167893.pdf

    En effet :
    les pertes par rayonnement thermique compte tenu de sa température, le corps émet
    des rayonnements infrarouges, dont la puissance est proportionnelle au coefficient
    d’émissivité du corps humain. Ce mode de thermolyse représente environ 60 % des pertes
    d’énergie thermique du corps humain dans des conditions usuelles
    [...]
    Les pertes par convection représentent en moyenne environ 15 % des pertes d’énergie
    thermique du corps.

    Je rappelle quand même que la puissance rayonnée est en $\sigma \cdot T^4$. https://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_Stefan-Boltzmann

    Pour $T_0 = 273K$, $T_1 = 273 + 37K$, on a donc $\frac{T_0^4}{T_1^4} = \big(1 + \frac{37}{273}\big)^{-4} = 60\%$.

    Donc moitié moins pour la bouteille d'eau que pour nous. Et comme dit gerard, la puissance lumineuse irradiée reste probablement à l'intérieur du frigo. (si j'ai bien compris ?)
  • @marsup

    Ton quotient $\frac{T_0^4}{T_1^4}$ ne tient pas compte du quotient des émissivités de la surface extérieure de la bouteille d'eau et de la peau... que j'ignore. Je suppose cependant que l'ordre de grandeur doit être correct.

    Concernant les radiations à l'intérieur du frigo :
    • elles ne peuvent traverser directement la paroi comme le feraient des infrasons ou des ondes radio assez longues (la longueur d'onde majoritaire des rayonnements dans le frigo lumière éteinte doit être de l'ordre de $\frac{2898}{276} \approx 10\, \mu\mathrm{m}$, correspondant à un milieu transparent à 3 °C en équilibre thermodynamique avec les corps opaques qui l'environnent, et cette longueur d'onde est bien plus petite que l'épaisseur de la paroi) ;
    • elles peuvent être absorbées ou (inclusif) réfléchies par les parois ou toute autre chose qu'il y a dans le frigo ;
    • celles qui sont absorbées font augmenter la température(*) de la matière qui absorbe (qui pourra alors rayonner un peu plus fort...) et cet apport d'énergie peut ensuite circuler au sein du matériau par conduction... donc éventuellement repartir hors du frigo sous forme de rayonnement ou par conducto-convection avec l'air autour du frigo. Il me semble cependant que cela doit être très faible — une bonne isolation signifiant très peu de conduction.

    (*) Ou peuvent provoquer un changement d'état tel que glace -> eau.
  • Bonjour Brian.

    Une fois le frigo fermé et à sa température nominale, les seuls échanges avec l'extérieur sont "celles qui sont absorbées" et la chaleur prise par l'air ou les denrées entreposées au contact des parois et des supports qui touchent la paroi. Le deuxième cas me semble d'ailleurs être nettement plus important quand le frigo est bien rempli.
    Il faut aussi considérer que les produits entreposés sont secs : Sinon l'évaporation produit de la glace sur les parties plus froides du frigo, glace dont la fabrication coûte de l'énergie au moteur. Enfin, assez rapidement, cette glace diminue l'efficacité du moteur.
    Donc on est dans un modèle théorique : Frigo rempli de produits "secs" (pas de légumes dans le bac, pas de récipient non hermétique) qui ne touchent pas les parois, et grilles en plastique pour limiter la conduction. Rien à voir avec l'usage habituel des frigos.

    Cordialement.
  • Bonjour Gerard0,

    Je suis assez d'accord avec ce que tu as dit, en n'oubliant pas le transfert d'énergie vers le système de refroidissement (que tu as peut-être classé dans « la chaleur [négative, dans ce cas] prise par l'air ou les denrées entreposées au contact des parois et des supports qui touchent la paroi »). Mais je ne suis pas tout à fait sûr : dans ce que j'ai écrit, y a-t-il un point avec lequel tu es en désaccord ?
  • Non, non, je l'aurais dit. J'avais été surpris par ton " Il me semble cependant que cela doit être très faible" avant de comprendre que tu parlais uniquement de la partie "radiation".

    Cordialement.
  • Oui, ce petit bout de phrase se rapporte aux radiations qui viennent de l'intérieur du frigo, sont absorbées par la paroi interne, y apportant une énergie qui transite (difficilement !) par conduction vers la paroi externe, d'où elle peut filer vers l'extérieur soit par radiation, soit par conducto-convection.
  • Bonjour,

    Je mets juste ça là pour ne pas oublier : https://fr.wikipedia.org/wiki/Couverture_de_survie#Utilisation
    Effectivement, généralement, la surface dorée a une capacité d'absorption de la chaleur de 50 % et la face argentée reflète à 90 % le rayonnement infrarouge1. Du fait de sa température, un corps humain est émetteur de rayonnement thermique dans le domaine de l'infrarouge (proche de 10 micromètres). Pour lutter contre l'hypothermie, la surface dorée doit être à l'extérieur1,2. Ainsi, le rayonnement infrarouge intérieur est conservé, et une partie de celui provenant de l'environnement extérieur est absorbé et complète l'apport calorifique. Pour lutter contre l'insolation, il est conseillé de placer la face argentée à l'extérieur, celle-ci réfléchissant le rayonnement infrarouge à 90 %1.

    Du coup, je ne comprends pas à quoi servent les pulls en laine, si c'est par rayonnement thermique qu'on prend froid ou chaud. :-S Je pense que je vais ouvrir un autre fil.
  • Ben... le pull en laine (+ maillot de corps en-dessous au minimum) doit bloquer l'essentiel des rayons infrarouges émis par ta peau. Une partie est absorbée par la laine, l'autre réfléchie. La partie absorbée réchauffe le vêtement, et cette chaleur te revient dessus par rayonnement, conduction ou conducto-convection (via la couche d'air entre la peau et le vêtement). Une partie s'échappe aussi vers la face externe du pull en laine, mais pas beaucoup car la laine est pleine de toutes petites bulles d'air plus ou moins enfermées entre les fibres, ce qui fait d'elle un bon isolant thermique (encore mieux : les poils du ventre de la demoiselle ci-dessous (:D).

    Un avantage non négligeable, si tu n'es pas immobile sur un brancard : les vêtements permettent d'évacuer un peu la transpiration, alors que cela semble très difficile avec la couverture de survie !

    Une grandeur intéressante pour étudier la sensation de froid ou de chaud lorsqu'on touche un matériau : l'effusivité thermique (cf. le barycentre de températures dans le paragraphe Sens physique). Cela dit, ce n'est sans doute pas directement applicable ici, car le contact entre la peau et le maillot ou pull en laine n'est pas un joli contact plan contre plan (en revanche, il serait avisé de demander la constante de l'autre lorsqu'on rencontre quelqu'un sur Internet :-D).121842
  • Bonjour,

    @marsup :

    Un pull en laine retient l'air entre les fibres de la laine (il empêche l'écoulement libre de l'air) ; la chaleur du corps émet du rayonnement thermique, qui chauffe l'air retenu. De plus cette couche d'air retenu empêche l'air froid de venir un contact du corps.

    Le pull ne chauffe donc rien. Il retient la chaleur émise par le corps et fait obstacle à l'air froid extérieur.

    Un pull plus épais retient plus d'air et fait obstacle par une plus grande épaisseur d'air retenu.

    Enfin, les alpinistes de hautes montagnes ne veulent pas porter des vêtements trop épais. Ils utilisent l'astuce de la couche d'air un peu différemment : il multiplie les couches de vêtements légers : c'est l'air retenu entre les couches qui est chauffé. Il suffit de quatre couches/ vêtements l'un sur l'autre pour une protection étonnante contre le grand froid.
  • Donc vous avez l'air de dire que c'est facile de retenir le rayonnement thermique infrarouge ?

    Je croyais que le coup des couches d'air servait à éviter la conduction-convection-diffusion (la partie portée par la loi de Fick ? C'est très loin pour moi, tout ça !)

    Pour moi, un pull en laine, c'était le même principe que la laine de verre ou bien que le double vitrage, mais apparemment, c'est un phénomène plutôt optique ?

    Pour que l'air soit réchauffé par le rayonnement thermique, ne faudrait-il pas qu'il soit opaque, un peu comme les T-shirt blancs ou noirs ?
  • Bonjour,

    Le principle de la serre à légumes montre que l'air n'a pas beoin d'être opaque pour être réchauffé par rayonnement thermique.

    La laine marche comme j'ai indiqué: rien d'optique...

    D'ailleurs si tu augmentes la taille des mailles du pull, tu verras qu'il ne sert à rien (pour la chaleur...)

    Regarde les vêtements spécialisés pour alpinistes ou chambres froides : plusieurs couches, fines et légères, etc.
  • À mon avis, il y a les deux effets combinés (évidemment, si un doigt passe entre deux mailles, la lumière et les infrarouges passent aussi...).

    - Une fibre de laine mesure de 13 à 80 micromètres de diamètre, à comparer aux longueurs d'ondes dominantes du rayonnement infrarouge émis par un corps autour de 30 °C : entre 9 et 10 micromètres. Et dans un pull en laine, il n'y a pas une seule fibre mais un réseau complexe de fibres sur le trajet des rayons lumineux.

    - données spectrométriques : https://spectra.cs.ut.ee/textile-fibres/wool/ (ce sont les nombres d'onde autour de 1000 cm-1 qui nous intéressent ici) ;

    - comparaison avec la laine de verre qui laisse bien passer les radiations si sa densité n'est pas assez élevée ;

    - il y a peut-être des choses « intéressantes » dans cet article si quelqu'un peut y accéder (JSTOR) : A Heat Balance Model for Sheep and Its Use to Predict Shade-Seeking Behaviour in Hot Conditions. 8-)
  • Celui-ci ? Moi, j'y ai accès.
  • Infrarouge, c'est long ou bien short wave ?
  • Bonjour,

    Long.
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