L'échauffement aérodynamique ( ou cinétique) d'une structure en mouvement relatif dans l'air ne devient significative que pour des vitesses de l'ordre de la vitesse du son et au-delà.

La question se pose surtout pour des objets se déplaçant à grande vitesse dans l'atmosphère ( avions supersoniques, entrée de satellites dans l'atmosphère, météorites.)
On rencontre la formule empirique suivante qui dans une certaine limite peut donner un ordre de grandeur du phénomène:

\(T_d=T_s (1+0.2M^2)\) , \(T_s\) température statique, \(T_d\) température dynamique en degré Kelvin, M nombre de Mach

( j'ignore son domaine de validité; on la rencontre dans des documents sur l'aviation)

Le phénomène peut être limitatif pour la vitesse des avions supersoniques sans protection spéciales. Un supersonique comme Concorde avait une vitesse limitée à 2.2 Mach, la structure était portée à une température max pouvant atteindre localement 150°C dans un vol à l'altitude de croisière où la température statique est de l'ordre de -56°C. Il avait fallu développer des alliages spéciaux dans le contexte de l'époque pour garantir la tenue des structures.
Pour des vitesses beaucoup plus élevées des systèmes de protection sont indispensables ( cf. les tuiles de protection des navettes spatiales américaines; le deuxième accident mortel de la navette Columbia en 2003 au retour sur terre est liée à la détérioration locale de cette protection pendant la phase de décollage)

Et si la plupart des météorites de petite taille se désintègrent avant de toucher le sol, c'est en raison de l'échauffement aérodynamique.

Dans une turbine à gaz, le phénomène existe sans doute mais doit être négligeable. Il est possible que là où les vitesses d'impacts sont maximales ( je pense par exemple au bord d'attaque des aubages mobiles du dernier étage), il y ait un certain échauffement dû à ce phénomène. Il faut voir aussi que la température d'équilibre va dépendre des capacités d'évacuation de la chaleur par conduction dans la structure.

La température d'un gaz reflète, au niveau microscopique, la distribution de Maxwell-Boltzmann des vitesses des molécules du gaz . A température ambiante de 25°C, la vitesse moyenne des molécules est pour l'air de l'ordre de 500 m/s et cette vitesse moyenne varie comme la racine carrée de la température exprimée en °K .
Le mouvement relatif d'une structure dans l'air décale la distribution des vitesses vues localement et c'est ce décalage qui est pour l'essentiel la cause de l'échauffement, qui est bien un phénomène aérodynamique et non un frottement au sens de deux solides frottant l'un sur l'autre. On se rend compte que lorsque la vitesse relative approche la vitesse du son (qui dépend elle-même de la température et vaut 340 m/s à l'ambiante) , elle devient du même ordre de grandeur que la vitesse moyenne des molécules.

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Edité par Sennacherib 19 décembre 2018 à 10:08:18

AndréChatta

11 décembre 2018 à 12:25:15

Bonjour,

Je voudrais savoir si la température des parois d'une turbine à gaz augmente en raison du frottement et de la vitesse du gaz qui traverse la turbine en plus de la température de ce gaz.

Merci