Conductivité thermique
Aussi : Conduction thermique, Conductibilité thermique, λ (Lambda)
La conductivité thermique décrit la capacité d'un matériau à transporter l'énergie thermique en son sein, et s'exprime en watts par mètre et par kelvin (W/(m·K)).
La conductivité thermique (symbole λ, unité W/(m·K)) est une propriété des matériaux qui indique à quelle vitesse un solide, un liquide ou un gaz transporte l'énergie thermique d'une zone plus chaude vers une zone plus froide. Plus la valeur de λ est élevée, plus le matériau conduit efficacement la chaleur. Les métaux précieux comptent parmi les meilleurs conducteurs thermiques qui soient — une propriété aussi recherchée dans l'industrie que pertinente pour le calcul de la valeur de fusion des alliages.
Principes physiques
Dans les métaux, le transport de chaleur s'effectue principalement par les électrons libres, et non par les seules vibrations du réseau cristallin (phonons). C'est pourquoi les bons conducteurs électriques sont généralement aussi de bons conducteurs thermiques — ce lien est décrit par la loi de Wiedemann-Franz :
λ / σ = L · T
Ici, σ est la conductivité électrique, T la température absolue (en kelvins) et L le nombre de Lorenz (≈ 2,44 × 10⁻⁸ W·Ω/K²). Cette loi s'applique assez bien aux métaux purs à température ambiante.
Comparaison des métaux précieux
L'argent arrive en tête des métaux purs avec 429 W/(m·K) et constitue ainsi le meilleur conducteur thermique métallique connu. Le cuivre suit de près avec 401 W/(m·K) — c'est pourquoi le cuivre, moins coûteux, domine dans les dissipateurs thermiques et les échangeurs de chaleur. L'or atteint 318 W/(m·K) et est utilisé là où la résistance à la corrosion prime, notamment dans l'aérospatiale et la microélectronique. Le platine et le palladium se situent nettement plus bas, autour de 72 W/(m·K), mais se distinguent par leur résistance aux hautes températures.
| Métal | λ en W/(m·K) | Application principale (thermique) |
|---|---|---|
| Argent | 429 | Contacts, pâtes, brasage |
| Cuivre | 401 | Dissipateurs thermiques, échangeurs |
| Or | 318 | Microprocesseurs, aérospatiale |
| Platine | 72 | Thermocouples, hautes températures |
| Palladium | 72 | Catalyseurs, électrodes |
Importance pratique
Dans l'électronique, la conductivité thermique détermine l'efficacité du refroidissement des processeurs et des semi-conducteurs de puissance. Les pâtes thermiques à base d'argent et les couches frittées sont considérées comme l'état de l'art pour les puces à haute performance. Dans le domaine de la bijouterie et des alliages, chaque métal d'alliage modifie la valeur de λ : l'argent sterling (925) conduit déjà sensiblement moins bien que l'argent pur, car les défauts du réseau cristallin perturbent le mouvement des électrons.
La conductivité thermique influence également le test de fusion de la glace appliqué à l'argent : l'argent pur conduit si bien la chaleur qu'un glaçon posé sur un lingot d'argent fond nettement plus vite que sur la plupart des autres métaux — un simple test de plausibilité à la portée de tous.
À retenir
L'argent est le meilleur conducteur thermique métallique parmi les éléments connus ; le cuivre et l'or suivent avec un certain écart. Cette propriété fait des métaux précieux des matériaux indispensables dans l'électronique haute performance, l'aérospatiale et les applications thermiques — bien au-delà de leur rôle en tant que métal précieux de placement.