Le rover américain Persévérance, qui s'est posé sur la planète Mars le 18 février 2021 dans
le cratère Jezero, est un véhicule de la taille d'une voiture et équipé de multiples capteurs et
instruments de mesure.
Mars possède une température de
surface moyenne de - 53 °C.
Sur Mars, le rover Persévérance est
soumis aux grands écarts de
température de l’atmosphère
martienne. Une température moyenne
de 10 °C est maintenue au cœur du
rover, afin de préserver le bon
fonctionnement des ordinateurs.
Plusieurs matériaux composent le rover. Parmi eux se trouvent l'aluminium et l'aérogel,
un matériau semblable à un gel considéré comme un solide et dont la capacité
à isoler thermiquement est remarquable.
Transfert thermique.
1. Schématiser le sens du transfert thermique s'opérant entre l'intérieur et l'extérieur du
rover Expliquer ce sens.
Le transfert thermique s'effectue du corps le plus chaud ( l'intérieur ) vers le corps le plus froid.
2. Citer le principal mode de transfert thermique intervenant dans cette situation. Préciser
s'il existe d'autres modes de transfert thermique.
La conduction.
Autres modes de transfert : la convection et le rayonnement.
Caractéristiques d'un matériau.
Une partie du rover a dû être isolée pour les besoins de la mission. La pièce en
aluminium, partie du système, possède une longueur L de 40 cm, une largeur ℓ de 15 cm
et une épaisseur e
Al de 0,85 cm.
3. Calculer la résistance thermique de cette pièce avant isolation, sachant que le flux
thermique traverse son épaisseur.
R = e / (
lAl S) =8,5 10
-3 / (237 x0,40 x0,15)=5,98 10
-4 ~6,0 10
-4 W
-1 K..
4. En déduire le flux thermique correspondant.
F = (T
int -T
ext) / R =(10 +53) / (
5,98 10-4 )~1,05 10
5 ~1,1 10
5 W.
On rajoute à cette pièce une couche d'aérogel de 3,5 cm d'épaisseur, notée e
aérogel
5. Calculer la résistance thermique de la couche d'aérogel rajoutée ainsi que la résistance
thermique de l'ensemble.
R = e / (laéro S) =3,5 10-2 / (0,0015 x0,40 x0,15)=3,99 102 W-1 K..
Résistance thermique totale : 3,99 102 W-1 K..
6. En déduire le flux thermique à travers l’ensemble (pièce en aluminium et couche
d’aérogel) et le comparer au flux thermique en absence d'aérogel.
F = (Tint -Text) / R =(10 +53) / (3,99 102 )~0,16 W.
Ce flux est 6,5 105 fois plus faible qu'à travers l'aluminium.
7. Indiquer comment varie le flux thermique global lorsqu'on :
• double la surface (longueur × largeur) de l'ensemble (pièce en aluminium
et couche d’aérogel). Justifier votre réponse ;
Si S double, la résistance thermique est divisée par 2. Le flux thermique double.
• double l’épaisseur de l'ensemble (pièce en aluminium et couche
d’aérogel). Justifier votre réponse.
Si l'épaisseur double, la résistance thermique double.
Le flux thermique est divisé par 2.