Propriété d'un matériau qui quantifie la vitesse de conduction thermique à travers celui‑ci ; s'exprime habituellement comme le flux de chaleur par unité de gradient de température (k dans la loi de Fourier, q = -k ∇T).

Principe

Dans le régime continu, le flux thermique est proportionnel au gradient local de température ; la constante de proportionnalité est la conductivité thermique. Dans les milieux anisotropes, elle s'exprime par un tenseur d'ordre deux. La dépendance en température et les mécanismes microscopiques de transport déterminent k.

Démonstration

Conduction thermique stationnaire unidimensionnelle le long d'une barre uniforme de section A et de longueur L entre deux températures T1 et T2 : q = -k A (T2 - T1)/L. Un métal à k élevé comme le cuivre présente un flux q bien plus important qu'un polymère à k faible soumis au même gradient.

Mauvaise application

Confondre conductivité thermique et diffusivité thermique ou capacité calorifique ; appliquer des valeurs bulk de k à l'échelle micro/nano sans tenir compte du transport balistique (phonons) ; supposer l'isotropie pour des cristaux anisotropes.

Conséquence

L'utilisation correcte de k permet de prévoir les flux et champs de température par conduction, de choisir des matériaux pour la gestion thermique et de calculer des résistances thermiques dans des empilements de couches.

Inversion

La faible conductivité thermique (grande résistance thermique, c'est‑à‑dire isolation thermique) est le régime inverse : on conçoit des matériaux pour empêcher le transfert thermique plutôt que pour le favoriser.

Limite

S'applique dans le régime continu (diffusif) et aux matériaux où les variables thermodynamiques locales sont définies. Exclut les régimes dominés par le transport balistique de phonons/électrons, les effets non locaux forts ou les situations où les changements de phase/réactions chimiques dominent le transfert thermique.

Tension sémantique

Souvent confondue avec la diffusivité thermique (α = k/(ρ c_p)) qui combine conductivité et stockage, et avec la conductance de contact thermique (propriété d'interface et non de volume).

Synthèse

La conductivité thermique est la mesure continue de la capacité intrinsèque d'un matériau à transmettre l'énergie thermique par unité de gradient de température ; c'est la constante de proportionnalité de la loi de Fourier, à utiliser en tenant compte de l'échelle, de l'anisotropie et de la dépendance en température, et distincte des propriétés de stockage ou d'interface.