Synthèse expérience N°1 « Transfert de chaleur

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
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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.
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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.
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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
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