5 MAT 1 ET MAT 2 FICHE DES SYNTHESES ELEVE Centre d’intérêt Les matériaux et leurs propriétés Propriétés des matériaux : propriétés intrinsèques - aspects physiques et thermiques Mettre en place et interpréter un essai pour définir, de façon qualitative, une propriété donnée Connaissances Capacités Fiche de synthèse des expériences de thermique et conclusions générales sur l’habitat Synthèse expérience N°1 « Transfert de chaleur » Conclusions de l’expérience 1. Le transfert chaleur peut se mesurer à Etat initial : l’aide de la variation de la température. Ti1(Eau Tube) > Ti2(Eau Bécher) Chaud Froid 2. Les températures des deux solutions étaient différentes au début de l’expérience, 3. Les températures sont les mêmes à la fin de l’expérience dans les deux récipients, Etat final : Ti1(Eau Tube) > Tf1(Eau Tube)= Tf2(Eau Bécher) > Ti2(Eau Bécher) 4. On dit qu’il y a équilibre thermique, la température finale est comprise entre les deux températures initiales, 5. Le transfert de chaleur se fait toujours du corps chaud vers le corps froid. Synthèse expérience N°2 « La conduction » Conclusions de l’expérience Application à l‘étude de l’habitat l’étude a été effectuée sur une plaque métallique L’échantillon métallique reçoit la chaleur au niveau de la surface de contact et la diffuse de proche en proche dans toute sa structure. On perçoit ou mesure la température à l’extrémité de l’échantillon respectivement par le toucher ou à l’aide d’un thermomètre. La conduction c’est le transfert d’énergie ou de chaleur par la matière même de la paroi solide. Echanges thermiques et chutes de la température à travers une paroi c'est-à-dire un mur. On dit qu’une paroi conduit plus ou moins bien la chaleur selon sa résistance thermique 1 5 MAT 1 ET MAT 2 FICHE DES SYNTHESES ELEVE Centre d’intérêt Les matériaux et leurs propriétés Propriétés des matériaux : propriétés intrinsèques - aspects physiques et thermiques Mettre en place et interpréter un essai pour définir, de façon qualitative, une propriété donnée Connaissances Capacités Synthèse expérience N°3 « La convection » Conclusions de l’expérience Application à l‘étude de l’habitat Au niveau d’une paroi, c’est la différence de température entre l’eau (ou l’air dans une pièce) et la température de la paroi verticale de la cuve (ou d’un mur) qui créé un échange thermique à l’interface des matériaux. Le mouvement de convection de l’eau dans la cuve (ou l’air dans une pièce) est obtenu par la différence de densité du fluide à l’interface. - Si un volume de fluide se refroidi à l’interface, il se contracte et sa densité augmente. Il descend le long de la paroi verticale. Cas réel de la convection près d’un mur Au niveau d’une paroi, la convection naturelle est - Si le volume du fluide se réchauffe à l’interface, il se le mouvement de l’air qui est provoqué car la dilate et sa densité diminue. Il remonte vers le haut température de l’air est différente de celle de la paroi. de la paroi verticale. Ce mélange et le brassage de l’air tend à ramener la densité = masse par unité de volume, la densité de l’eau est égale à 1 la température de la pièce vers un équilibre thermique. La convection est due à l’échange thermique entre Un local chauffé échange de la chaleur à la paroi un corps fluide et un autre corps, qu’il soit liquide, par convection naturelle. solide ou gazeux. Synthèse expérience N°4 « Le rayonnement » Conclusion de l’expérience Plus le rayonnement est réfléchi ou absorbé par le milieu traversé, moins il y a de transfert de chaleur ou d’échange thermique avec l’extérieur La lampe à incandescence émet un rayonnement qui augmente la température à l’intérieur de la boîte transparente. Rayonnement : Sortant ou Entrant Application à l‘étude de l’habitat Tout matériau absorbe et émet un rayonnement en fonction de sa température et de son paramètre physique appelé « l’émissivité ». Lorsque deux corps de températures différentes sont en présence : - le corps le plus chaud rayonne plus d’énergie qu’il n’en absorbe et Intérieur et Extérieur - le corps le plus froid absorbe plus d’énergie qu’il Cas réel du rayonnement à travers un mur ou la toiture n’en rayonne. 2 5 MAT 1 ET MAT 2 FICHE DES SYNTHESES ELEVE Centre d’intérêt Les matériaux et leurs propriétés Propriétés des matériaux : propriétés intrinsèques - aspects physiques et thermiques Mettre en place et interpréter un essai pour définir, de façon qualitative, une propriété donnée Connaissances Capacités Synthèse expérience N°5 « Comparaison des isolants » Bilan des expériences L’isolant reçoit de la chaleur au niveau de la surface gauche à l’intérieur de la boite et la transmet de proche en proche dans toute sa structure notamment vers la droite. En résumé Dans un bâtiment, les trois modes de transmission de la chaleur sont présents simultanément avec des importances plus ou moins grandes : la conduction, la convection et le rayonnement. - La conduction est le mode de transmission majoritaire dans les systèmes constructifs du bâtiment. On mesure la température à l’aide d’un thermomètre numérique à droite de - Isoler correspond à limiter ces trois modes de transfert. N’agir que sur l’un des trois n’est pas suffisant pour assurer une isolation l’isolant dans la boite, efficace. La variation de température est due aux - La température est le paramètre physique mesurable qui nous transferts d’énergies combinés des permet de relier les échanges de chaleur ou d’énergie dans phénomènes de conduction, de convection l’habitat. et de rayonnement qui s’opèrent simultanément dans le mur. Le transfert d’énergie ou de chaleur à travers l’isolant est relié au coefficient Lambda et/ou à sa résistance thermique. Nota : seules les résistances se cumulent Rt (Cf exemple ci-contre), les conductivités λ lambda ne s’additionnent pas. On dit qu’une paroi conduit plus ou moins bien la chaleur selon sa résistance thermique. Plus R est élevée plus l’isolant est efficace et le transfert de chaleur est faible. La notion de confort thermique est définie par : Lorsque la température de surface de la paroi intérieure est Plus l’isolant est performant moins il y aura de déperditions de chaleur, le λ la même que celle de l’air ambiant, l’occupant ressent une (lambda) sera faible ou la résistance sensation de confort thermique. La paroi du mur est alors dite sèche et saine. thermique R sera élevée. Relation liant R, λ et l’épaisseur : R=é/ λ Plus l’épaisseur de l’isolant est importante, plus les déperditions seront moindres. À l’inverse, lorsque la paroi est froide, l’écart de température entre l’air ambiant et cette paroi est plus important. L’occupant ressent un effet de paroi froide. Cet écart ne doit pas atteindre plus de 3°C pour une meilleure sensation de confort. 3 5 MAT 1 ET MAT 2 FICHE DES SYNTHESES ELEVE Centre d’intérêt Les matériaux et leurs propriétés Connaissances Capacités Propriétés des matériaux : propriétés intrinsèques - aspects physiques et thermiques Mettre en place et interpréter un essai pour définir, de façon qualitative, une propriété donnée BILAN DES ORIGINES DES DEPERDITIONS THERMIQUES DANS UN BATIMENT - Les parois Il existe 3 causes principales des déperditions : - le renouvellement d’air - les liaisons structurelles et les ponts thermiques Les flèches qui représentent les pertes d’énergie vers l’extérieur sont moins importantes dans une maison bien isolée. Le gain énergétique peut aller jusqu’à 80% d’économie pour une maison isolée et jusqu’à 70% de plus avec les nouveaux équipements et les matériaux disponibles d’isolation renforcée d’aujourd’hui. Déperditions dans un bâtiment bien isolé 4