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Science fondamentale

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Article principal

Définition

La SCIENCE FONDAMENTALE étudie les principes et les idées qui ont fait avancer l’industrie du chauffage.

Le pouvoir des connaissances scientifiques

1. Image de Lord Kelvin, physicien, a conçu l'échelle de température Kelvin

1. Le physicien Lord Kelvin a conçu
l’échelle de température Kelvin.
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Tout au long du Moyen Âge, les artisans et les inventeurs ont travaillé très fort, améliorant leur art, leurs méthodologies et les processus autant qu’ils ont pu, mais sans les avantages des connaissances scientifiques. Par conséquent, au seizième siècle, les réussites techniques ont rencontré une impasse. On avait besoin de nouvelles avancées dans les connaissances, les principes et les concepts pour aller de l’avant.

Francis Bacon (1561-1626) allait amorcer une nouvelle ère scientifique en insistant sur le fait que les décisions techniques devaient reposer sur l’expérience et les preuves. Les faits, et non les fantaisies, allaient désormais être les fondations sur lesquelles on allait ériger les connaissances. La croissance exponentielle de la science et des technologies jusqu’au vingt-et-unième siècle reposera sur ce qu’on a appelé l’« esprit scientifique ».

En conséquence, les avancées dans le domaine du chauffage central automatique reposeront sur la recherche scientifique des géants du temps : William Thompson, appelé plus tard Lord Kelvin (1824-1907), dans le champ de la thermodynamique et Bernoulli (1700-1782) dans le champ de l’écoulement des fluides.

Le domaine de la thermodynamique en génie, fondée sur la loi naturelle, l’observation et les calculs mathématiques, traite de l’échange d’énergie entre les systèmes mécaniques et thermiques. Lord Kelvin, dans son allocution à l’Institut des ingénieurs civils (Institute of Civil Engineers), le 3 mai 1883, établit le bien-fondé de la production des connaissances scientifiques : « Quand vous pouvez mesurer ce dont vous parlez et l’exprimer en nombres, vous en savez quelque chose. » De la même façon, le travail de Bernoulli sur l’écoulement des fluides fournira la base définitive sur laquelle s’appuiera la conception technique dans le domaine de la mécanique des fluides.

Galerie Photos

 2. Image de Daniel Bernoulli 3. Image de Francis Bacon 4. Pages d'un livre décrivant les sciences et les mathématiques de la thermodynamique 5. Une page décrivant l'écoulement du fluide

Quelques faits

« Les découvertes et les connaissances scientifiques ont été obtenues seulement par ceux qui les cherchaient sans aucune utilité concrète, quel qu’ai pu être leur objectif. » –Max Planck

Les principes du flux de chaleur :
l’écoulement par gravité de l’eau chaude et de l’air chaud

1. Image de la fenêtre givrée avec de la glace

1. La vue à travers une fenêtre couverte de
givre. Cliquez sur l'image pour plus
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La chaleur n’est tout simplement rien de plus que l’énergie produite par une vibration d’atomes. Plus les atomes vibrent, plus l’eau devient chaude. Quand vous mélangez de l’eau chaude et de l’eau froide, l’énergie trouve un point d’équilibre et produit de l’eau tiède, un premier pas vers le réchauffement du radiateur et ensuite de l’air dans la pièce.

Des matériaux chaud et froid entrant en contact l’un avec l’autre produisent un « transfert de chaleur ». Cet écoulement va toujours d’une température plus haute à une température plus basse. Nous obtenons un gaz de combustion à haute température en brûlant du combustible à l’intérieur d’une fournaise de maison qui entre en contact avec un échangeur de chaleur en métal, lequel se réchauffe. À son tour, ce dernier réchauffe l’air frais provenant du ventilateur de la fournaise, réchauffant l’air de la maison. La chaleur passe à travers les métaux par « conduction ». Les matériaux qui transfèrent rapidement la chaleur sont appelés de bons « conducteurs ».

Imaginons une simple pièce faite de fenêtres vitrées avec, d’un côté, le froid de l’hiver, et de l’autre, l’air chaud intérieur. L’air chaud touche le verre froid : la chaleur est conduite à l’extérieur. L’air devient plus lourd, il descend jusqu’au plancher. Il est alors remplacé par l’air chaud de la pièce, lequel perd aussi de sa chaleur, produisant une circulation continue d’air froid au plancher. Du côté hivernal de la fenêtre, l’air est réchauffé et devient plus léger, ce qui le fait monter le long du verre. Il est aussi remplacé par de l’air froid qui est réchauffé produisant une circulation d’air continue vers le haut de la fenêtre. Les deux processus, intérieur et extérieur, sont appelés « convection ».

2. Image montrant un réseau de gaines pour une fournaise

2. Le réseau de gaines pour une fournaise en forme de pieuvre.
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Le flux ascendant de l’air réchauffé et le flux descendant de l’air refroidi est appelé « échange de chaleur à contre-courant », qui est la manière la plus rapide de transférer de la chaleur, réchauffant l’air de la pièce.

Quelques matériels peuvent transférer ou conduire la chaleur rapidement et d’autres le font très lentement. Le matériel doté d’une conduction de chaleur très lente peut être appelé un « isolant ».

Quelques faits

« Voici une des choses que j’ai apprises au cours de ma longue vie : toute la science, mesurée contre la réalité, est primitive et enfantine; et, malgré tout, il s’agit de la plus précieuse chose que nous ayons. » – Albert Einstein

Inventer et concevoir sont des concepts humains

1. Thomas Edison, 1847-1931

1. Thomas Edison, 1847-1931.
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On associe une grande partie de l’esprit de créativité, d’invention et d’innovation à l’idée de faire quelque chose qui n’existait pas avant – à tout le moins qui n’existait pas de la même façon. On dit que des esprits fins et des circonstances adéquates sont les ingrédients d’un tel exercice. La notion d’invention devient intéressante quand il s’agit de comprendre comment le chauffage central automatique est devenu ce qu’il est dans les quelque 100 dernières années.

Un auteur, réfléchissant à l’idée d’invention, a avancé l’hypothèse que, pour inventer, il faut être une sorte de critique social. C’est celui qui voit dans les objets de la vie qui l’entourent des lacunes qui ont besoin d’être corrigées. Pourtant, voir ce qui fait défaut est seulement le point de départ de la créativité, de l’invention et de l’innovation.

Penser à ce qui est défaillant est le travail de penseurs et de théoriciens inspirés par leurs désirs. En arriver à imaginer comment améliorer les choses et intervenir habilement sont des actes essentiels chez les inventeurs et les innovateurs. Ils mènent à des choses de plus en plus sophistiquées, plus efficaces, plus performantes et plus fiables qui contribuent à la vie humaine de multiples façons. On considère que les objets produits par des inventions et des innovations socialement responsables vont conduire à des améliorations positives, des progrès en matière de santé humaine et communautaire, de bonheur, de commodité, de confort et de divertissement.

L’ingénieur et le processus d’ingénierie apportent une contribution particulière aux instincts naturellement créatifs, innovateurs et inventifs de l’être humain. L’ingénierie s’occupe d’apporter des améliorations grâce à la puissance des connaissances scientifiques et à l’art de la conception. Une bonne conception en ingénierie, qui vient presque instinctivement des profondeurs de l’esprit, offre des solutions qui sont immédiatement pratiques, réalisables, économiques et élégantes.

Les systèmes de chauffage central automatique de nos maisons, dont les Canadiens ont fini par dépendre pour leur confort vital, reposent sur de nombreux appareils pratiques, réalisables, économiques et élégants, le résultat d’esprits fins et circonstances adéquates.

Galerie Photos

 2. Image montrant d'un dispositif de dosage du carburant liquide 3. Vue du dispositif de dosage du carburant liquide en pièces 4. Image de la tête de déclenchement 5. Image de la tête de déclenchement pour un brûleur de mazout de type pistolet

 6. Image d'une tête de déclenchement de pointe utilisant une technologie avec soupape à l’huile étanche 7. Image de la tête de déclenchement, pour aider à garantir une combustion propre sans fumée 8. Image de la chambre de combustion circulaire prémoulée 9. Image d'une veilleuse d’allumage et une soupape automatique à gaz à contrôle thermostatique

 10. Image d'une pression d'huile automatique du combustible vanne de régulation 11. Image d'un « humidistat » du milieu du 20e siècle 12. Image du capteur d'humidité sans couvercle 13. L'image d'un transformateur d’allumage électrique

Quelques faits

« Un scientifique découvre ce qui existe. Un ingénieur crée ce qui n’a jamais été. » – Theodore von Karman

La foi inébranlable des Canadiens dans le pouvoir de la science et des technologies

1. Image d'une chaudière au charbon promu pour son efficacité

1. Une « machine à chaleur » fournit
paisiblement de la chaleur.
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Avec les premières années du 20e siècle est venue la vulgarisation de la science et des technologies. De façon générale, ces dernières seront vues comme des amies et des sauveuses. Pour beaucoup de Canadiens, ceux qui pouvaient se permettre de voir en grand, l’aube d’un éveil à la science et aux technologies est venue avec la radio, l’automobile et une myriade d’autres services vitaux, y compris les premières années du chauffage central automatique.

On a observé que, chez la plupart des Canadiens, il y a un désir presque universel pour les mécanismes et les appareils de commodité, de confort et de divertissement. Ces désirs sont devenus des forces incontestables, qui ont stimulé une grande partie du développement de la science et des technologies au cours du 20e siècle et au 21e siècle. Les inventeurs, sachant que les marchés n’attendent que cela, redoublent d’énergie pour produire tout ce qui pourrait à la fois créer une demande et la satisfaire.

Avec la popularisation de la science et des technologies sur les marchés est venu un nouvel optimisme social : un optimisme qui est néanmoins devenu matière à réflexion à mesure que le siècle a avancé. Les Canadiens, ainsi que d’autres peuples occidentaux, ont eu tendance à se réjouir de leur plus grande compréhension « scientifique » du monde qui les entoure. Avec la science en effet, on peut voir plus en profondeur la nature des choses.

Les gens se sont réjouis, aussi, des nouvelles technologies du jour, non seulement pour ce qu’elles faisaient, mais aussi pour ce qu’elles promettaient dans un avenir proche – des promesses comme une automobile dans chaque entrée de garage, une radio dans chaque pièce et, protégeant de tout souci, un système de chauffage central automatique dans chaque foyer.

La science et les technologies des années 1920 et 1930 ont amené un nouvel optimisme social et ont changé de manière significative le concept de la nature même du progrès. Être entouré de nouveaux services nés de la science et des technologies, c’était commencer à définir le progrès social en termes plus matérialistes et humanistes, plutôt que de manières naturaliste et spirituelle.

L’image sociale répandue de la période a fait la promotion d’un optimisme et d’un nouveau matérialisme – une vision positive de la vie dans un temps plutôt dominé par des guerres mondiales et la récession économique. L’automobile, le téléphone, l’appareil photo, le grille-pain, l’eau chaude en abondance, les plaisirs de la radio et du voyage à l’échelle de la planète, parmi beaucoup d’autres merveilles de la technologie, ont tous aidé à mettre en place les attentes en matière de confort, de commodité et de chauffage central domestique à prix abordable.

Galerie Photos

 2. Photo de l'automobile 3. Publicité pour le téléphone 4. Publicité pour l'appareil photo

 5. Publicité pour une croisière autour du monde 6. Publicité pour un chauffe-eau 7. L'image des gens assis autour d'une radio

Quelques faits

« L’ingénierie est la science de l’économie, de la conservation d’énergie, cinétique et potentielle, fournie et emmagasinée par la nature pour l’usage de l’homme. Utiliser cette énergie dans notre meilleur intérêt incombe à l’ingénierie, de telle sorte qu’il y ait le moins de perte possible. » – Willliam A. Smith.

Le besoin humain universel de chaleur et de confort

1. L'image des gens assis à une table devant un feu de bois

1. Le foyer fournit la chaleur et le confort
pendant les rigoureux hivers canadiens.
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L’expérience canadienne, dans une terre tout à la fois de froid, de neige et de glace, souvent jusqu’à plus de la moitié de l’année civile, en est une de constante recherche de chaleur, de santé et de confort. On raconte des histoires terribles sur la rigueur hivernale, à la limite de la tolérance humaine, et des histoires d’épreuves subies pendant la recherche de la chaleur et de confort qu’un feu à ciel ouvert pouvait offrir. Dans la littérature, le théâtre et les arts visuels et graphiques canadiens, il existe des témoignages importants du besoin humain universel de chaleur et de confort.

Dès les premières années, la quête canadienne de chaleur et de confort a amené avec elle les éléments culturels nécessaires à la compréhension de la colonisation, celle des peuples du centre de l’Europe. Ce sont eux qui relevé les défis et cherché les solutions dans les siècles des premières explorations et du début de la colonisation. Reflets des traditions européennes, les Romains sont reconnus comme les premiers grands ingénieurs du chauffage occidental. En 80 av. J.-C. environ, ils ont conçu un système de chauffage à air chaud connu sous le nom de « hypocauste » pour le chauffage des bains publics. Dans le climat plus froid du nord de l’Europe, le système était utilisé pour chauffer les villas romaines, dont il existe encore des vestiges en Angleterre.

On dit qu’après la chute de Rome et la perte de la technologie de l’hypocauste, les Européens se sont rabattus pour les 1 400 années qui suivirent sur le feu à ciel ouvert, le foyer et les fourneaux de la période. On raconte que le foyer de maçonnerie a été utilisé en Suisse en 820 de notre ère, et dans le nord de l’Allemagne, la Scandinavie, la Pologne et la Russie au 16e siècle. Ailleurs, le foyer en métal a été utilisé suite à la sophistication des méthodes de fabrication de l’acier et du fer.

C’était la technologie du feu à ciel ouvert, des foyers et des poêles à bois que les premiers explorateurs et colonisateurs apportèrent dans leur « nouveau monde ». Tout ce qu’ils avaient; cela leur fournissait une modeste source de chaleur, de santé et de confort. C’était tout ce que la technologie de l’époque pouvait leur offrir.

Galerie Photos

 2. L'image du comte de Rumford en face de son invention, la foyer Rumford 3. Image d'une cabane en bois


Sources pour cet article

Le pouvoir des connaissances scientifiques

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada (DCSB #64. HD1007S).
  • “Engineering and Society, with Special Reference to Canada”, C.R. Young, H.A. Innis and J. H. Dale, University of Toronto Press, 1946.
  • Classique descriptions théoriques du champ de la thermodynamique technique, dans lequel les ingénieurs du 20ème siècle ont été formés, fourni par Young and Young, “Elementary Engineering Thermodynamics,” McGraw Hill, 1947.
  • De même les descriptions classiques du domaine de la thermodynamique technique est fournie par John Vennard, “Elementary Fluid Mechanics,” Whiley and Sons, 1948.
  • The American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers [ASHRAE] offre un look définitif au principes de base des concepts et des idées et de leurs applications dans les champs et la thermodynamique l'écoulement du fluide. Handbook of Fundamentals, 1972.

Les principes du flux de chaleur : l’écoulement par gravité de l’eau chaude et de l’air chaud

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada (DCSB #23, HD1005K).

Inventer et concevoir sont des concepts humains

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada (DCSB #69, HD1008K).
  • “Engineering and Society, with Special Reference to Canada”, C.R. Young, H.A. Innis and J.H. Dale, University of Toronto Press, 1946.
  • “The Malaise of Modernity”, CBC Massey Lectures, Charles Taylor, Anansi Press, 1991.
  • “A Short History of Progress”, CBC Massey Lectures, Ronald Wright, Anansi Press, 2004.
  • “To Engineer is Human, the Role of Failure in Successful Design”, Henry Petrosky, Vintage books, 1992.
  • “‘Inno’ va-tion’: Essays by Leading Canadian Researchers,” James Downey and Lois Claxton, eds., Key Porter Books, 2002.

La foi inébranlable des Canadiens dans le pouvoir de la science et des technologies

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada (DCSB #63. HD1007T).
  • “Engineering and Society, with Special Reference to Canada,” CR Young, HA Innis and J. H. Dale, University of Toronto Press, 1946.
  • “The Malaise of Modernity,” CBC Massey Lectures, Charles Taylor, Anansi Press, 1991.
  • “A Short History of Progress,” CBC Massey Lectures, Ronald Wright, Anansi Press, 2004.
  • “The Evolution of Useful Things,” Henry Petroski, Vintage Books, 1992.

Le besoin humain universel de chaleur et de confort

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada (DCSB #61).
  • “The Quest for Comfort, A Selective Pictorial History of the Early Days of Building Services to Mark the centenary of the Chartered Institution of Building Services Engineers [CIBSE], 1897 to 1997”, Brian Roberts, Chairman, CIBSE Heritage Group.1997.
  • “Roughing it in the Bush”, Susanna Moodie, McClelland & Stewart, Canada 1962, originally published 1852.
  • “Engineering and Society, with Special Reference to Canada”, CR Young, HA Innis and J. H. Dale, University of Toronto Press, 1946.

COLONNE EN ENCADRÉ: Encore plus de connaissances

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada.
  • C.R. Young, H.A. Innis and J.H. Dale, Engineering and Society, with Special Reference to Canada (Toronto: University of Toronto Press, 1946), p 9.
  • James Downey and Lois Claxton, eds., Inno’va-tion, Essays by Leading Canadian Researchers (Toronto: Key Porter Books, 2002).

Quelques faits

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada.
  • http://www.best-quotes-poems.com/engineering-quotes.html.

Les crédits photos

Le pouvoir des connaissances scientifiques

  • Domaine public, via Wikimedia Commons.
  • Domaine public, via Wikimedia.
  • Domaine public, via Wikimedia Commons.
  • V.W. Young, and G.A. Young, “Elementary Engineering Thermodynamics”:Third Edition (New York, NY: McGraw-Hill, 1947), 10–11.
  • John Vennard, Elementary Fluid Mechanics: Second Edition (New York, NY: Wiley and Sons, 1948), 208.

Les principes du flux de chaleur : l’écoulement par gravité de l’eau chaude et de l’air chaud

  • Milan Garbiar from Liesek, Slovakia (Flickr: view from my window) [CC-BY-2.0 (www.creativecommons.org/licenses/by/2.0)], via Wikimedia Commons.
  • HVACR Heritage Centre Canada.

Inventer et concevoir sont des concepts humains.

  • Portrait of Thomas Edison, Wikipedia, visited Aug 22, 2010.
  • Objet façonné historique du HHCC (Accession No. 2006-154), photographié par Mark Dorlandt Photography, HD1006A-12-055.
  • Ibid., 12-064.
  • Ibid., 5-008.
  • Ibid., 5-022.
  • Ibid., 6-031.
  • Ibid., 6-032.
  • Objet façonné historique du HHCC (Accession No. 2006-121), photographié par Mark Dorlandt Photography, HD1006A-8-036.
  • Honeywell Catalogue of Automatic Controls, Number 59, undated, circa 1959.
  • Objet façonné historique du HHCC (Accession No. 2006-139), photographié par Mark Dorlandt Photography, HD1006A-31-143.
  • Objet façonné historique du HHCC (Accession No. 2006-098), photographié par Mark Dorlandt Photography, HD1006A-26-077.
  • Ibid., 26-081.
  • Objet façonné historique du HHCC (Accession No. 2006-133), photographié par Mark Dorlandt Photography, HD1006A-29-112.

La foi inébranlable des Canadiens dans le pouvoir de la science et des technologies

  • National Geographic, ?, 19?.
  • Ibid., June, 1926.
  • Ibid., June 1922.
  • Ibid., March 1921.
  • Radio Trade Builder, August, 1927, Cover.
  • Aucun source.
  • Lloyd,Puchstein, Alternating-Current Machines: Second Edition, Wiley and Sons, p.164-65, 1949.

Le besoin humain universel de chaleur et de confort

  • Roberts, Brian. The Quest For Comfort. London: Chartered Institute Of Building Services Engineers, 1977. Cover.
  • James Gillray, via http://www.wikigallery.org/.
  • Susanna Moodie, Roughing It in the Bush (Toronto, ON: New Canadian Library, McClelland & Stewart Ltd., 1962), cover.