Formation Génie Électrique et Génie Thermique
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Formation Génie Électrique et Génie Thermique Table des matières L'évolution des solutions constructives...............................................................................................................2 1- Évolution des solutions et classification....................................................................................................2 2- Les procédés élémentaires........................................................................................................................4 Notions de Génie Électrique : l'énergie...............................................................................................................5 1- Énergie.......................................................................................................................................................5 2- Différentes formes de l'énergie..................................................................................................................5 3- Puissance...................................................................................................................................................6 4- Rendement.................................................................................................................................................7 5- Stockage et transport de l'énergie.............................................................................................................8 6- Ressources, réserves et énergies dites « renouvelables ».......................................................................9 Notions de Génie Électrique : l'information.......................................................................................................13 1- Rappel des grandeurs électriques :.........................................................................................................13 2- Les signaux..............................................................................................................................................13 3- Les capteurs.............................................................................................................................................14 4- Les actionneurs........................................................................................................................................23 5- Transmission de l’information..................................................................................................................23 6- Traitement de l’information......................................................................................................................26 7- Systèmes automatisés.............................................................................................................................26 Notions de Génie Thermique............................................................................................................................30 1- Chaleur et température............................................................................................................................30 2- Relations entre chaleur et température...................................................................................................30 « On chauffe, donc la température augmente. »....................................................................................30 « On chauffe, mais la température n’augmente pas. »...........................................................................31 3- Transferts thermiques..............................................................................................................................31 La conduction..........................................................................................................................................31 La convection..........................................................................................................................................32 Le rayonnement......................................................................................................................................32 4- Flux de chaleur et résistance thermique :................................................................................................33 Décodons quelques informations qui nous entourent............................................................................34 5- Confort, économie, environnement : la réglementation thermique dans le bâtiment..............................35 Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 1/36 L'évolution des solutions constructives La réalisation de tâches a toujours suscitée une recherche de nouvelles solutions qui permettent d'améliorer le procédé, de garantir une qualité constante, de solliciter le moins d'énergie possible, de confier les tâches répétitives à des machines, d'améliorer la réalisation de la tâche en apportant de nouvelles caractéristiques à l'objet confectionné, au service installé. Cette évolution peut être décrite selon différentes étapes : l'action humaine, la mécanisation et l'automatisation. Le passage d'une étape à une autre a pu se faire par un saut technologique, par une innovation importante dans le domaine considéré ou bien pour répondre à de nouvelles attentes de la société. 1- Évolution des solutions et classification Action humaine L'homme est le producteur de l'énergie et de l'information. La tâche est déclenchée et réalisée par l'homme. Il peut se servir d'outils mais ce sera toujours son action qui produira les effets escomptés. Information homme Energie ACTION EFFET La mécanisation La mécanisation d'une tâche ou d'une action permet de confier l'apport énergétique nécessaire à sa réalisation à une machine de conversion d'énergie. Il est bien entendu nécessaire de disposer d'une ressource extérieure en énergie. L'homme économise ainsi sa propre énergie et sa force physique est souvent multipliée et l'ensemble garantit une meilleure productivité. Les limites de la mécanisation sont induites par le degré d'expertise nécessaire à la réalisation de la tâche. Si celle-ci est relativement simple, elle peut être confiée à la machine ; par contre, une tâche complexe qui nécessitera une expertise dans sa réalisation risque d'engendrer une machine très complexe dans laquelle l'intelligence de l'opérateur ne pourra être embarquée. Exemples : direction assistée d'une automobile ; stores électriques d'une maison... homme Information La mécanisation fait apparaître la chaine d'énergie. L'homme se limite maintenant à un rôle de déclencheur de l'action. Il contrôle le début (et la fin dans certains cas) de l'action mais il n'intervient plus dans sa réalisation. Le mouvement assisté peut être contrôlé dans un soucis de sécurité (hors de course, limiteur de couple...). Energie ACTION EFFET transformation d'énergie machine L'automatisation L'automatisation permet en premier lieu de prendre en compte la répétition d'une tâche autant de fois que nécessaire ; la machine automatisée répond alors à un besoin de production, de cadence. Ensuite, l'automatisation autorise le séquencement de plusieurs tâches et le contrôle automatique de leur réalisation. Les notions de productique, de cadence, d'ordonnancement et de contrôle de réalisation sont Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 2/36 introduites par les machines automatisées. La notion de boucle fermée apparaît également ; cependant il n'est pas forcément question d'automatique. La boucle fermée contrôle la fin de réalisation d'une tâche élémentaire comme un mouvement par exemple mais la notion d'écart entre la mesure et la consigne n'apparaît pas dans ce schéma. La modélisation fait apparaître la chaîne d'information et la chaîne d'énergie. La machine est au cœur de la modélisation ; l'homme n'intervient que pour lancer un cycle Energie machine ACTION EFFET transformation d'énergie Information Unité de traitement homme La chaîne d'information est liée à la chaîne d'énergie par le système « machine automatisée ». L'unité de traitement de l'information peut être détaillée en trois parties : acquisition, traitement, commande. L'acquisition consiste à prélever des informations issues de la machine ou de l'opérateur, celles-ci sont mise en forme et transmises à l'unité de traitement. Selon les cycles et les gestions des différentes actions de la machine, l'unité de traitement va pouvoir émettre un ordre de fonctionnement (une commande) ou bien informer l'opérateur d'un événement de fonctionnement de la machine. Les informations traitées peuvent être de trois nature : booléenne, numérique ou analogique. La chaîne d'énergie peut également être décomposée selon trois parties : connexion à la ressource, commande/modulation de l'énergie, transformation de l'énergie. Parallèlement à cette modélisation, on trouvera la fonction de sécurité des biens et des personnes et la prise en compte de l'efficacité énergétique. Le bloc « Effet » de la modélisation conduit à s'interroger d'une part sur les différents effets que l'on peut produire et d'autre part sur le flux de production. Que l'on s'intéresse à une machine ou à un service, le questionnement de l'effet et du flux sera identique. L'analyse systémique apporte une réponse à cette interrogation. Il s'agit dans un premier temps de définir une limite à l'analyse : la frontière de l'étude. L'expression de cette frontière doit être claire, sans ambiguïté ; une frontière mal définie conduit à un moment ou à un autre à une confusion. Cette approche donne d'une part, une vision à la fois sur le flux traité et définit une matrice de neuf procédés élémentaires et d'autre part, s'intéresse aux contraintes du système étudié selon les critères d'énergie (W), de réglage (R), de configuration (C) et d'exploitation (E). Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 3/36 2- Les procédés élémentaires L'analyse des systèmes techniques met en lumière neuf procédés élémentaires : il s'agit de trois actions sur trois flux possibles. Tout procédé de production de bien ou de service peut être décomposé en un ou plusieurs procédés élémentaires. Les différentes solutions constructives pour chacun des procédés constituent une base de connaissances liées aux différentes contraintes citées plus haut. Procédés élémentaires Énergie Information Matière Stocker Transformer Transporter batterie, inertie, cuve chauffage, moteur câble, conduite mémoire, CD, disque dur convertisseur, calculateur wifi, GSM, ADSL silo, citerne fusion, usinage, vaporisation convoyeur, tapis roulant Tous les systèmes artificiels peuvent être décrits par leurs contraintes d'environnement et d'usage (énergie, commande, exploitation) et peuvent être décomposés selon la classification des procédés élémentaires présentée ci-dessus. Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 4/36 Notions de Génie Électrique : l'énergie « Rien ne perd, rien ne se crée, tout se transforme » Antoine Laurent de Lavoisier (1743 1794), chimiste, philosophe et économiste français. Cette citation rend compte de la loi de conservation : l'énergie est une grandeur qui se conserve toujours. 1- Énergie Le mot « énergie » vient du grec energeia qui signifie « force en action ». L'énergie est une capacité à transformer un état. Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement. En physique, l'unité de l'énergie du système international (SI) est le JOULE (symbole : J) Quelques exemples • le travail produit par une force d'un newton dont le point d'application se déplace d'un mètre dans la direction de la force : 1 J = 1 N . m = 1 kg . m2 .s-2. • le travail fourni quand un courant d’un ampère traverse une résistance d’un ohm pendant une seconde : 1 J = 1 Ω . A2 . s = 1 kg . m2 . s-2 = 1 W.s Remarque : en électricité, on utilise l'unité kWh (kiloWattheure) ce qui permet, d'une part, d'exprimer les énergies mises en jeu avec des nombres plus petits et d'autre part d'introduire l'unité de la puissance dans l'expression. La conversion entre le Joule et le kWh s'effectue à partir de l'égalité : 1 Watt.seconde = 1 Joule Attention : il s'agit de watt seconde et non de watt par seconde ; dans le langage courant on dit « kilomètre heure » pour une unité de vitesse au lieu de « kilomètre par heure ». Cette erreur de langage est très souvent rencontrée et induit un très grand nombre d'ambiguités. L'annexe présente d'autres unités utilisées dans des contextes particuliers. 2- Différentes formes de l'énergie L'énergie se présente sous différentes formes classées selon « l'énergie de position » ou « l'énergie de mouvement » : Énergies de position (ou énergies potentielles) : ✔ thermique (chaleur) ✔ chimique ✔ matière ✔ électromagnétique, électrostatique Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 5/36 Énergie de mouvement (ou énergie cinétique) : énergie due au mouvement d'un solide, de particules... Énergie TOTALE = Énergie POTENTIELLE + Énergie CINÉTIQUE Exemple Une pomme de masse m maintenue par une personne à une hauteur h du sol présente une énergie potentielle Ep telle que : Ep=m.g.h avec m : masse en kilogramme (kg) g : accélération gravitationnelle en mètre par seconde carrée (m.s-2) h : hauteur en mètre (m) Si la personne lâche la pomme, celle-ci tombe. Elle est en mouvement. Son énergie potentielle de départ se transforme en partie en énergie cinétique durant la chute. En fin de chute, lorsque la pomme atteint le sol, la totalité de l'énergie potentielle de départ se sera transformée en énergie cinétique. L'expression de l'énergie cinétique prend deux formes selon la nature du mouvement : 1 1 2 2 Ec= mv = J mouvement de translation, mouvement de rotation 2 2 avec m : masse en kilogramme (kg) v : vitesse linéaire en mètre par seconde (m.s-1) J : moment d'inertie en kilogramme mètre carré (kg.m²) Ω : pulsation de rotation angulaire en radian par seconde (rad.s-1) 3- Puissance La notion de puissance rend compte de la capacité d'un système à mobiliser une quantité d'énergie en un temps donné. La puissance est égale à la quantité d'énergie mobilisée en une seconde. Prenons par exemple une 2CV et une moto BMW RS100 de masses équivalentes. Les deux véhicules atteindront la vitesse de 50 km/h mais pas dans le même temps. La moto devrait atteindre la vitesse de 50 km/h bien avant la 2CV. L'énergie mise en jeu pour atteindre cette performance est exactement identique ; par contre, la moto, plus puissante, mettra beaucoup moins de temps. La puissance s'exprime en watt (W). D'autres unités sont également employées dans certains contextes ou dans certains pays : le chevalvapeur (CV) ou horse power (HP) utilisé très fréquemment au Canada (voir annexe). Quelques expressions de la puissance Mécanique de translation P= F . v F : force en Newton (N) v : vitesse linéaire en m/s Mécanique de rotation P=T. T : couple ou moment en Newton mètre (Nm) Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 6/36 Ω : pulsation de rotation angulaire en radian par seconde (rad.s-1) Hydraulique P=Q v . p Qv : débit volume en m3/s p : pression en Pascal (Pa) [conversion 1 bar = 1.105 Pa] Électrique P=U.I si tension continue et courant continu - U en volt (V) – I en ampère (A) P=U.I.cos en monophasé avec φ : déphasage angulaire entre courant et tension. P= 3 U.I.cos en régime triphasé 4- Rendement La notion de rendement rend compte de la qualité d'un dispositif de transformation d'énergie. Par exemple, un moteur électrique recevra une puissance électrique pour la transformer en puissance mécanique disponible sur son arbre moteur. Nous avons intérêt à ce que cette transformation de puissance s'effectue en conservant le meilleur ratio possible ; c'est-à-dire avec le meilleur rendement possible. = Pu puissance utile = puissance absorbée P a 0≤≤1 η est un nombre sans dimension. Attention, bien que le rendement soit un scalaire, il représente une grandeur orientée. Le rendement d'une machine électrique ne sera pas le même pour un fonctionnement en moteur (électrique vers mécanique) que pour un fonctionnement en générateur (mécanique vers électrique). Rendement énergétique Cette notion, récemment définie, rend compte d'un bilan énergétique pour un service rendu. Il s'agit du ratio entre le service rendu et la somme de la quantité d'énergie mise en jeu et des déchets produits. énergétique = service rendu énergie déchets produits Le rendement énergétique s'intéresse à l'ensemble des énergies (transformation et déchets). Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 7/36 5- Stockage et transport de l'énergie Énergie électrique L'énergie électrique peut être stockée en petite quantité à l'aide de condensateurs, de piles ou de batteries. L'enjeu du stockage de l'énergie électrique est très important pour les applications de transport autonome, tels que les véhicules électriques, les engins spatiaux. Par contre son transport est assez facile avec les lignes à haute tension afin de réduire les pertes en ligne (plus la tension est élevée plus le courant sera faible pour une même puissance transportée) ou des câbles. Énergie mécanique L'énergie mécanique peut être stockée sous forme d'énergie cinétique à l'aide de volant d'inertie. Les applications de ce type se développent avec des volants d'inertie tournants à très grande vitesse. Afin de réduire les risques mécaniques, les volants d'inertie sont généralement enterrés. Le transports de l'énergie mécanique ne se réalise que localement par des arbres de transmission. A grande échelle, l'énergie mécanique est transformée en énergie électrique pour son transport. Énergie hydraulique L'énergie hydraulique est stockée sous forme de réservoirs soit naturels (lacs) soit artificiels (barrages). Les conduites permettent de la transporter mais sur de courtes distances et uniquement dans l'objectif d'une transformation en énergie mécanique par des turbines par exemple. Énergie thermique Le stockage de l'énergie thermique existe pour des applications thermiques essentiellement. C'est-à-dire qu'il n'y a pas de transformation d'énergie pour son utilisation. Le stockage d'énergie sous forme thermique se développe pour utiliser une énergie disponible à un moment donné (énergie électrique – énergie thermique) puis restitution de l'énergie thermique et nouvelle transformation en énergie électrique pour son transport (voir figure ci-dessous). Le transport de l'énergie thermique ne s'effectue que très localement à l'aide de conduites dans une distribution de chauffage par exemple. Application du lycée Kyoto à Poitiers La déchetterie et l'usine d'incinération de Beaulieu transforme l'énergie des déchets urbains en énergie Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 8/36 thermique pour le chauffage des immeubles collectifs du quartiers. En été, lorsqu'il n'y a pas de besoin en chauffage, l'eau chaude ainsi « produite » (95°C) est stockée dans un réservoir de 1000m3 sous le lycée Kyoto. Cette énergie est ensuite utilisée à l'automne pour le chauffage du lycée. 6- Ressources, réserves et énergies dites « renouvelables » La ressource est une estimation d'un stock qui n'est pas encore exploité ou pas encore exploitable. La réserve représente un stock découvert exploité ou dont on sait qu'il sera exploitable. La figure ci-dessous présente une prévision d'évolution des sources d'énergie jusqu'en 2060. On distingue les énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz, uranium) des énergies dites « renouvelables » (solaire, éolienne, marées, hydraulique, houle) L'enjeu de la consommation d'énergie dans les bâtiments est très importante ; le Grenelle de l'environnement fixe deux objectifs : ✗ le premier est de consommer moins de 50 kWh par m² et par an dans les locaux d'habitation à l'horizon 2012 (bâtiments basse consommation BBC) ; ✗ le second est de construire des bâtiments à énergie positive (« production » d'énergie) à l'horizon 2020. Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 9/36 Énergie - Annexe Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 10/36 Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 11/36 Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 12/36 Notions de Génie Électrique : l'information RAPPEL SUR LES GRANDEURS ELECTRIQUES Circuit électrique Un circuit électrique est composé d’un générateur, d’un ou plusieurs récepteurs, et de conducteurs. On peut rajouter un interrupteur pour ouvrir ou fermer le circuit 1- Rappel des grandeurs électriques : 1°) Tension Entre deux points A et B d'un circuit (aux bornes de la lampe, du générateur ou de l’interrupteur) on peut définir une différence de potentiel (VA-VB) ou tension électrique (UAB) L'unité de tension électrique est le volt (en hommage à Alessandro Volta) Le symbole du volt est: V. Pour mesurer une tension électrique on utilise un voltmètre banché en dérivation. 2°) Courant Le courant circulant dans un circuit est représentatif de la quantité d’électricité circulant dans ce circuit. Cette quantité est appelée intensité. L’unité du courant électrique est l’ampère (hommage à André-Marie Ampère). Le symbole de l’ampère est: A Pour mesurer un courant électrique on utilise un ampèremètre branché en série. Les tensions et courants peuvent être continus (pile, accumulateur, cellules photovoltaïques) ou périodiques (réseau EDF). Dans ce dernier cas il apparaît une autre grandeur : la fréquence F qui s’exprime en Hertz (Hz) en hommage à Heinrich Rudolf Hertz. 3°) Résistance Dans le circuit représenté par la lampe (à filament) Grandeur caractérisant la "force" avec laquelle le conducteur s'oppose au passage du courant. Elle s'exprime en Ohms (symbole : Ω) en hommage à Georg Simon Ohm. 4°) Capacité La capacité représente la quantité de charge électrique stockée. Elle s'exprime en Farad (symbole : F) en hommage à Michael Faraday 2- Les signaux Un signal est une grandeur mesurable variant dans le temps et permettant de transporter une information. Exemples : Signaux de fumée, signaux lumineux (phare, lampe torche de sécurité-détresse…), signaux sonores. Les signaux électriques sont des courants ou des tensions électriques. On les caractérise par leur forme d'onde (continue, périodique, sinusoïdale,...), leur amplitude, leur fréquence. Les signaux peuvent être logiques, analogiques ou numériques. 1°) Signal logique Un signal est dit logique ou binaire si la grandeur de l’information ne peut prendre que deux valeurs. Exemples : un contact électrique peut être ouvert ou fermé, une diode électroluminescente peut être allumée ou éteinte, un signal électrique peut être présent ou absent. Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 13/36 Les deux valeurs que peut prendre une variable binaire définissent, en particulier, ses deux états logiques, qui sont exprimés au moyen de symboles « 0 » et « 1 ». Dans le cas d’un signal électrique, concrétisé par une tension, cette variable binaire présente deux états physiques qui sont deux niveaux : - niveau haut (H = High) = « 1 » = +5V ou 12V, 24V… - niveau bas (L = Low) = « 0 » = 0V. 2°) Signal analogique Un signal est dit analogique si l’amplitude de la grandeur porteuse de l’information peut prendre une infinité de valeurs dans un intervalle de temps donné. Dans sa forme analogique un signal peut être: • continu, amplitude constante, • variable, l’amplitude varie en fonction du temps. La grandeur analogique est représentative d’un courant ou d’une tension. Signal sonore 3°) Signal numérique On appelle signal numérique, un signal qui se représente au moyen d’un nombre codé, notamment en binaire. Les différents signaux sont principalement issus de capteurs. 3- Les capteurs Un capteur permet de transformer une grandeur physique ( luminosité, température, position, pression, vitesse..)en une grandeur électrique (tension courant, résistance,….) Le capteur est le composant qui permet d’informer la partie commande d’un état de la partie opérative ou du milieu extérieur. On peut caractériser les capteurs selon deux critères: - en fonction de la grandeur mesurée; on parle alors de capteur de position, de température, de vitesse, de force, de pression, etc.; Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 14/36 - en fonction du caractère de l'information délivrée; on parle alors de capteurs logiques appelés aussi capteurs tout ou rien (TOR) ou détecteur, de capteurs analogiques ou numériques. On peut alors classer les capteurs en deux catégories : les capteurs à contact qui nécessitent un contact direct avec l'objet à détecter et les capteurs de proximité. Chaque catégorie peut être subdivisée en trois catégories de capteurs : les capteurs mécaniques, électriques, pneumatiques. Quelques exemples de capteurs : Capteurs optiques Un capteur photoélectrique est un capteur de proximité. Il se compose d'un émetteur de lumière associé à un récepteur. La détection d'un objet se fait par coupure ou variation d'un faisceau lumineux. Principe de fonctionnement : On retrouve ce type de capteur dans la détection de passage ( ouvre portail, comptage de personnes…) Ils fonctionnent selon le principe de l’infra rouge : Le nom signifie « en deçà du rouge » (du latin infra : « plus bas »), car l'infrarouge est une onde électromagnétique de fréquence inférieure à celle de la lumière rouge (et donc de longueur d'onde supérieure à celle du rouge qui va de 500 à 780 nm). La longueur d'onde de l'infrarouge est comprise entre 780 nm et 1 000 000 nm (ou encore entre 0,78 μm à 1 000 μm). L'infrarouge est associé à la chaleur car, à température ambiante ordinaire, les objets émettent spontanément des radiations dans le domaine infrarouge; Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 15/36 Spectre des divers types d'ondes Capteur de fumée Le détecteur de fumée optique ou Détecteur Avertisseur Autonome de Fumée (DAAF) : Le détecteur de fumée à cellule photoélectrique (ou optique) est le seul type de détecteur autorisé en France (tous les DAAF de la norme NF sont des détecteurs optiques). Ils sont les plus récents et les mieux adaptés aux incendies domestiques car ils réagissent aux incendies à progression lente qui peuvent couver pendant de nombreuses heures avant de s’enflammer (ex : feux provoqués par une cigarette, …). Système de détection de la fumée par le DAAF : Un faisceau lumineux créé par une led émettrice éclaire une chambre de détection obscure. Cette chambre contient aussi un récepteur photoélectrique (cellule) qui transforme la lumière en un faible courant électrique. Lorsque les particules de fumée pénètrent à l’intérieur du détecteur de fumée, la lumière est réfléchie sur la surface des particules de fumée et entre en contact avec la cellule, ce qui déclenche aussitôt l’alarme. Les capteurs de vitesse et de rotation : les codeurs rotatifs Ce type de capteurs permet de délivrer un code (nombre) en fonction de la position mesurée. L’information de vitesse ou de rotation provient d’un système généralement optique comportant une source de lumière, un disque strié et un photo-détecteur. Les systèmes optiques ont avantageusement remplacé des systèmes électromécaniques peu fiables composés d' interrupteurs sur des pistes cuivrées. Le codeur optique est un dispositif dont la sortie électrique représente sous forme numérique la position angulaire ou la vitesse de rotation d'un axe. Il existe deux types de codeurs rotatifs : - le codeur absolu, - le codeur incrémental. Codeur absolu Le disque strié de l'encodeur est généralement composé de stries sur plusieurs "pistes". Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 16/36 On utilise ce type d'encodeur pour pouvoir, à tout instant savoir exactement dans quelle position se trouve le support sur lequel est fixé le disque. Chaque position est caractérisée par une valeur particulière du code. Avec 3 pistes (donc 3 capteurs), on obtient 8 positions différentes possibles. Utilisation pour la position d'une girouette : Codeur absolu Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 17/36 Codeur incrémental Un codeur incrémental est un "générateur d'impulsions". La fréquence des impulsions dépend de la vitesse de rotation. Le comptage des impulsions permet de connaître la position du disque par rapport à une position de départ. Pour connaître le sens du déplacement (vers la droite ou vers la gauche), on rajoute un deuxième disque décalée de 90°. Bien évidemment, toute rupture de liaison entre logique et codeur ou toute perte de mémoire de la logique (suite à une coupure d'alimentation par exemple) fait perdre des informations. La logique est alors dans l'impossibilité de définir la position du mobile ; une "remise à zéro" est nécessaire. Le second disque permet de connaître le sens de rotation Ce type de codeur se rencontre dans les systèmes nécessitant une régulation de vitesse comme les moteurs. Ce dispositif se rencontre sur des robots dont le déplacement doit être précisément contrôlé : Détection du sens de rotation grâce au deuxième disque Capteur de position – Capteur de fin de course Les capteurs de position sont des capteurs de contact (capteur de fin de course). Ils peuvent être équipés d'un galet, d'une tige souple, d'une bille. L'information donnée par ce type de capteur est de type tout ou rien (TOR) et peut être électrique. Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 18/36 Capteur de proximité Un capteur ILS est un capteur de proximité composé d'une lame souple sensible à la présence d'un champ magnétique mobile « aimant ». Lorsque le champ se trouve sous la lame, il ferme le contact du circuit provoquant la commutation du capteur. Ce capteur permet de détecter des positions (détection de porte fermée dans un système d’alarme, dans un anémomètre). Capteur de température Les sondes de température sont des capteurs permettant de transformer l'effet du réchauffement ou du refroidissement sur leurs composants en signal électrique. L'invention du thermomètre est attribuée à Galilée, encore que le thermomètre scellé n'ait pas vu le jour avant 1650. Les thermomètres modernes à mercure (1714) et à alcool furent inventés par le physicien allemand Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) ; celui-ci proposa la première échelle de température. Depuis, diverses échelles ont été proposées, dont l'échelle centésimale, ou Celsius, conçue par l'astronome suédois Anders Celsius en 1743 : 0 °C correspondant au point de fusion de la glace et 100°C au point d'ébullition de l'eau sous une pression atmosphérique normale. 0 °C = 32 °F ; 100 °C = 212 °F. L'unité SI de température est le Kelvin (K). Il mesure la température absolue, c'est-à-dire la température qui ne dépend pas de certaines propriétés du corps. Elle fut inventée par le mathématicien et physicien britannique sir William Thomson Kelvin au XIXe siècle. La plus petite température que l'on puisse théoriquement atteindre est le zéro absolu 0 K soit - 273,15 °C (T Celsius = T Kelvin - 273,15). Les écarts de température sont identiques sur les échelles Kelvin et Celsius. -Les capteurs de température analogiques. Ils délivrent en sortie une tension proportionnelle à la température mesurée Ces capteurs de température de précision présentent une caractéristique linéaire. Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 19/36 Le capteur LM35 est calibré en degrés celcius. Avec une résolution de 10 mV/°C et en mesurant la tension de sortie on peut obtenir un thermomètre (0 °C --> 0 mV/50 °C --> 500 mV) -Les capteurs de température numériques Grâce à leur sortie numérique, ces capteurs peuvent être directement connectés sur une entrée d’un système numérique pour la gestion de la température. Ils permettent une lecture directe du signal, sans passer par un convertisseur analogique/numérique et sont calibrés par le constructeur. - Les thermistances Les thermistances sont des résistances qui varient en fonction de la température. On en rencontre de deux types : • La CTN, coefficient de température négatif (NTC thermistor) : La résistance diminue lorsque la température augmente. • La CTP, coefficient de température positif (PTC thermistor) : La résistance augmente lorsque la température augmente. - Les thermocouples Les sondes thermocouples permettent des mesures de températures très élevées (jusqu'à 1000°C pour une sonde de type "K", par exemple). Elles sont constituées de deux matériaux qui, lorsqu'ils sont en contacts et portés à une température donnée, délivrent une tension. Cette tension est faible et doit être amplifiée pour être exploitable. Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 20/36 Capteur solaire Deux techniques pour capter l'énergie solaire Les techniques pour capter directement une partie de cette énergie sont disponibles et sont constamment améliorées. On peut distinguer le solaire passif, le solaire photovoltaïque et le solaire thermique : • Solaire thermique : Le solaire thermique consiste à utiliser la chaleur du rayonnement solaire. Il se décline de différentes façons : centrales solaires thermodynamiques, chauffe-eau et chauffage solaires, rafraîchissement solaire, cuisinières et sécheurs solaires. * Solaire passif : La plus ancienne utilisation de l'énergie solaire consiste à bénéficier de l'apport direct du rayonnement solaire, c'est-à-dire l'énergie solaire passive. Pour qu'un bâtiment bénéficie au mieux des rayons du Soleil, on doit tenir compte de l'énergie solaire lors de la conception architecturale (façades doubles, orientation vers le sud, surfaces vitrées, etc). L'isolation thermique joue un rôle important pour optimiser la proportion de l'apport solaire passif dans le chauffage et l'éclairage d'un bâtiment. Dans une maison solaire passive, l'apport solaire passif permet de faire des économies d'énergie importantes. Dans les bâtiments dont la conception est dite bioclimatique, l'énergie solaire passive permet aussi de chauffer tout ou partie d'un bâtiment pour un coût quasi nul. * Solaire photovoltaïque : L'énergie solaire photovoltaïque désigne l'électricité produite par transformation d'une partie du rayonnement solaire avec une cellule photovoltaïque. Plusieurs cellules sont reliées entre-elles sur un module solaire photovoltaïque. Plusieurs modules sont regroupés pour former une installation solaire chez un particulier ou dans une centrale solaire photovoltaïque, qui alimente un réseau de distribution électrique. Le terme photovoltaïque peut désigner soit le phénomène physique - l'effet photovoltaïque - ou la technologie associée. Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 21/36 Capteur de luminosité Le capteur LDR est une photorésistance, une cellule photo-électrique sensible à la quantité de lumière reçue. Une variation de lumière (ou d'ombre) provoque une variation de sa résistance. Elle réagit en effet aux ombres projetées directement sur le capteur. Elle est aussi sensible à la luminosité ambiante d'une pièce donc elle peut être utilisée en tant que capteur d'ambiance pour suivre l'évolution de l'intensité lumineuse d'un lieu. Capteur pyroélectrique Un capteur (ou détecteur) pyroélectrique est doté de deux cellules au moins, qui sont sensibles à la chaleur (rayonnement infrarouge). Le capteur est élaboré de telle sorte qu'il permet la détection de différences de chaleur entre les cellules qu'il comporte. Il est très utilisé dans les systèmes de détection de personne (carillon porte d'entrée, détecteurs IR pour alarmes, allumage automatique de lampes). Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 22/36 4- Les actionneurs Les actionneurs exécutent les actions (déplacement, émission de chaleur, de lumière, de son etc.) lorsque l’ordre leur en est donné par la partie commande. Moto réducteur Ventilateur Afficheur à cristaux liquides (LCD) Liquid Cristal Display Afficheur à LED Voyants Buzzer Vérins Résistances chauffantes 5- Transmission de l’information Les systèmes de transmission numérique véhiculent de l’information entre une source et un destinataire en utilisant un support physique comme le câble, la fibre optique ou sans support à l’aide des ondes radio ou lumineuses. Les signaux transportés peuvent être soit directement d’origine numérique (information issue des capteurs absolus ou incrémentaux par exemple), soit d’origine analogique (parole, image...). La tâche du système de Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 23/36 transmission est d’acheminer le signal de la source vers le destinataire avec le plus de fiabilité possible (codage des informations). La transmission des informations par un signal « lumineux » s’effectue principalement par une diode infrarouge, ou une diode laser. * Une diode infrarouge émet un signal non visible sous forme d’impulsions permettant de transmettre une information. On les trouve le plus souvent dans les télécommandes. * Une diode laser émet de la lumière monochromatique destinée, entre autres, à transporter un signal contenant des informations (dans le cas d'un système de télécommunications). Le faisceau généré est très lumineux et très étroit, permettant une utilisation dans les lecteurs de CD et DVD. Autres systèmes de transmission de l’information sans fil : Bluetooth est une technologie de réseau personnel sans fils (noté WPAN pour Wireless Personal Area Network), c'est-à-dire une technologie de réseaux sans fils d'une faible portée permettant de relier des appareils entre eux sans liaison filaire. Contrairement à la technologie IrDa (liaison infrarouge), les appareils Bluetooth ne nécessitent pas d'une Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 24/36 ligne de vue directe pour communiquer, ce qui rend plus souple son utilisation et permet notamment une communication d'une pièce à une autre, sur de petits espaces. L'objectif de Bluetooth est de permettre de transmettre des données ou de la voix entre des équipements sur un rayon de l'ordre d'une dizaine de mètres à un peu moins d'une centaine de mètres et avec une faible consommation électrique. Ainsi, la technologie Bluetooth est principalement prévue pour relier entre-eux des périphériques (imprimantes, téléphones portables, appareils domestiques, oreillettes sans fils, souris, clavier, etc.), sans utiliser de liaison filaire. La technologie Bluetooth a été originairement mise au point par Ericsson en 1994 Le nom « Bluetooth » (littéralement « dent bleue ») se rapporte au nom du roi danois Harald II (910-986), surnommé Harald II Blåtand (« à la dent bleue »), à qui on attribue l'unification de la Suède et de la Norvège. Le Wi-Fi est une technologie qui permet de relier sans fil plusieurs appareils informatiques (ordinateur, routeur, décodeur Internet, etc.) au sein d'un réseau informatique. Grâce au Wi-Fi, il est possible de créer des réseaux locaux sans fil à haut débit. Dans la pratique, le Wi-Fi permet de relier des ordinateurs portables, des machines de bureau, des objets communicants ou même des périphériques à une liaison haut débit sur un rayon de plusieurs dizaines de mètres en intérieur (généralement entre une vingtaine et une cinquantaine de mètres). Dans un environnement ouvert, la portée peut atteindre plusieurs centaines de mètres voire dans des conditions optimales plusieurs dizaines de kilomètres (pour la variante WiMAX ou avec des antennes directionnelles). Transmission des informations par voie filaire Le transfert d'informations numériques peut s’effectuer en passant par les lignes électriques. Dans ce cas on utilise le terme Courants Porteurs en Ligne (CPL). De ce fait, il s'agit d'une alternative aux traditionnels câbles et à la technique Wi-Fi (Wireless Fidelity) Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 25/36 6- Traitement de l’information Ensemble de techniques permettant de créer, d'analyser, de transformer les signaux en vue de leur exploitation. 7- Systèmes automatisés L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et de la régulation des systèmes dynamiques. Elle a pour fondements théoriques les mathématiques, la théorie du signal et l'informatique théorique. L'automatique permet l'automatisation de tâches par des machines fonctionnant sans intervention humaine. On parle alors de système asservi ou régulé. Un exemple simple est celui du régulateur de vitesse d'une automobile, il permet de maintenir le véhicule à une vitesse constante, vitesse-consigne prédéterminée par le conducteur, indépendamment de la pente de la route. Les systèmes automatisés ont pour élément central un automate. Un automate est un dispositif se comportant de manière automatique, c'est-à-dire sans intervention d'un humain. Ce comportement peut être figé, le système fera toujours la même chose, ou bien peut s'adapter à son environnement. Les automates se caractérisent par leurs entrées (logiques, analogiques ou numériques), leurs sorties (à relais ou à transistor TOR), le mode de programmation (GRAFCET, Algorithme..), le langage utilisé (langage à contact, Langage C..) et leurs alimentations. Le choix d’un automate s’effectue en fonction du besoin et de la technologie souhaitée. Quelques exemples • Module logique ZELIO Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 26/36 *Brique LEGO * PICAXE On trouve dans tous les automates un composant central : un microcontrôleur. Un microcontrôleur se présente sous la forme d’un circuit intégré réunissant tous les éléments d’une structure à base de microprocesseur. Voici généralement ce que l’on trouve à l’intérieur d’un tel composant : 1. un microprocesseur (C.P.U.), 2. De la mémoire de donnée (RAM et EEPROM), 3. De la mémoire programme (ROM, OTPROM, UVPROM ou EEPROM), 4. Des interfaces parallèles pour la connexion des entrées / sorties, 5. Des interfaces séries (synchrone ou asynchrone) pour le dialogue avecd’autres unités, 6. Des timers pour générer ou mesurer des signaux avec une grande précision temporelle Les microcontrôleurs se caractérisent par un plus haut degré d'intégration, une plus faible consommation électrique (quelques milliwatts en fonctionnement, quelques nanowatts en veille), une vitesse de fonctionnement plus faible (quelques mégahertz à quelques centaines de mégahertz) et un coût réduit par rapport aux microprocesseurs polyvalents utilisés dans les ordinateurs personnels. Les microcontrôleurs sont fréquemment utilisés dans les systèmes embarqués, comme les contrôleurs des moteurs automobiles, les systèmes de régulation (température vitesse position…), les télécommandes, les appareils de bureau, l'électroménager, les jouets, la téléphonie mobile etc. QUELQUES EXEMPLES DE SYSTEMES AUTOMATISES Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 27/36 Toutes les centrales domotiques sont des systèmes automatiques avec un automate et donc un ou plusieurs microcontrôleurs. Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 28/36 Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 29/36 Notions de Génie Thermique 1- Chaleur et température. La chaleur (Q) est une forme d’énergie, on l’exprime en Joule (unité du système international), en calories (1cal = 4,18 Joule) ou encore en kwh (1kwh = 1000.3600 Joule). La température (t,T ou θ) est une variable de la chaleur, elle s’exprime en °C (degrés Celsius) ou en K (kelvin) : Remarque : t(°C) = T(K) - 273,15. Le « zéro Kevin » est aussi appelé « zéro absolu ». Une différence de température sera la même qu’elle soit exprimée en K ou en °C. 2- Relations entre chaleur et température. « On chauffe, donc la température augmente. » Une variation de chaleur s’accompagne généralement d’une variation de température. La variation de température dépend de la quantité de chaleur amenée, du matériau chauffé et de sa masse. Quelques chiffres : Il faut 4185 Joule (1000 calories) pour échauffer 1 Kg d’eau d’un degré Celsius. Il faut 880 Joule (210 calories) pour échauffer 1 Kg de béton de 1°C. Il faut 540 Joule (130 calories) pour échauffer 1 Kg de fonte d’un degré Celsius. Ces valeurs sont les chaleurs massiques des corps ou capacité thermique massiques. On la note C, elle s'exprime en J/kg/K. La masse ainsi chauffée constitue une capacité thermique ; c’est un réservoir d’énergie. On notera qu’à masse égale, le corps qui stocke le plus d’énergie, et qui par conséquent a été le plus difficile à chauffer est l’eau. • Notion d’inertie thermique. Lorsque ces corps vont refroidir, on observera l’opération inverse. Plus les corps auront stocké d’énergie, plus ils refroidiront lentement… Un cops « difficile à chauffer » est « difficile à refroidir » il a donc une forte « inertie thermique ». Dans le bâtiment, un système de chauffage à forte inertie thermique évite les variations de températures et est par conséquent synonyme de confort. Les moyens sont multiples : ballons tampons, planchers chauffants, isolation par l’extérieur… Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 30/36 « On chauffe, mais la température n’augmente pas. » La notion précédente n’est pas systématique, nous en avons tous fait l’expérience : • L’eau en ébullition qui ne dépasse pas 100°C même si on continu à la chauffer. • La glace fondante qui ne dépasse pas 0°C même si on continu à la chauffer. Ainsi une variation de chaleur n’entraine pas nécessairement une variation de température s’il y a changement de phase (changement d’état). C’est la chaleur latente (ou enthalpie) de changement d’état. Pour les opérations inverses : les chaleurs latentes sont égales en valeur absolue Exemple : La vaporisation est une opération qui exige une fourniture d'énergie au liquide. La condensation est une opération qui correspond à une libération de chaleur par la vapeur qui se condense. La vaporisation et la condensation constituent des transformations inverses. Cette propriété est exploitée dans les machines frigorifiques : réfrigérateurs, pompes à chaleur. 3- Transferts thermiques Il y a transfert de chaleur entre deux points où règnent des températures différentes : le transfert s'effectue toujours de la température la plus élevée à la température la plus faible. La différence de température est la force motrice du transfert de chaleur. On distingue trois types de transfert de chaleur : La conduction La conduction est la propagation de la chaleur de molécules à molécules dans un corps ou dans plusieurs corps contigus sans qu'il y ait mouvement de ce milieu. Les phénomènes de conduction sont assez facilement modélisables et quantifiables. On fera facilement une analogie avec la loi d’Ohm électrique (voir paragraphe 4). La convection La convection est la propagation de la chaleur dans un fluide en mouvement. La transmission de chaleur s'effectue par l'action combinée de la conduction au sein du fluide et du mouvement du fluide. La conduction intervient donc dans la convection mais le mouvement du fluide entraîne des lois différentes d'un phénomène de conduction sans déplacement de matière. Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 31/36 On parlera de convection forcée quand le mouvement du fluide s'effectue grâce à des forces externes (pompe, ventilateur, agitateur) et de convection naturelle quand le mouvement s'effectue sous l'influence de différences de densités dues à des différences de températures au sein du fluide. Les phénomènes de convection sont difficiles à quantifier avec précision. La plupart du temps, c’est l’expérience qui est de rigueur. Dans le bâtiment, on rapprochera souvent la convection à de la conduction. Le rayonnement Le rayonnement est l'émission par un corps d'ondes électromagnétiques qui sont les vecteurs de ce transfert de chaleur. Les ondes sont émises dans toutes les directions et appartiennent au domaine de l'infrarouge et du visible. Aucun support matériel n'est nécessaire pour leur propagation. Lorsqu'un rayonnement incident atteint un corps, il se sépare en trois parties. Une partie du rayonnement (r) est réfléchie à une longueur d’onde différente du rayon incident. Une partie est transmise (t) si le corps est partiellement transparent Le reste de l'énergie du rayonnement incident est absorbé par le corps (α) sous forme de chaleur. Le problème du rayonnement thermique est de considérer pour chaque corps l'aspect émetteur et l'aspect récepteur (un corps reçoit un rayonnement émis ou réfléchi par un autre corps). La modélisation est donc particulièrement complexe. • Particularités : Le chauffage par rayonnant permet de chauffer les éléments solides d’une pièce sans chauffer l’air ambiant. Ce mode de chauffage est particulièrement adapté aux locaux à usage occasionnel (salles des fêtes). Ce mode de chauffage donne également un meilleur niveau de confort car l’air de la pièce n’est pas surchauffé. Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 32/36 4- Flux de chaleur et résistance thermique : Dans la pratique les trois modes de transfert coexistent mais l'un d'entre eux est généralement prépondérant ce qui conduit à des hypothèses simplificatrices. Dans le bâtiment on traite les transferts thermiques comme un problème de conduction. • flux de chaleur. On définit le flux de chaleur ou la puissance thermique Φ (en Watts) comme la quantité de chaleur Q (en Joule) traversant une surface S (m²) pendant le temps Δt (s). Il est possible d'exprimer le flux de chaleur à l'aide de la notion de résistance thermique. Si on considère deux surfaces S1 et S2 respectivement à des températures T1 et T2 (T1 > T2), on a la relation suivante : e Φ= T1 − T 2 R Les températures sont exprimées en Kelvin ou en degrés Celsius. R est la résistance thermique au transfert entre les deux surfaces : elle s'exprime en °C/W et caractérise la difficulté pour réaliser un transfert de chaleur. Remarque : on peut faire une analogie avec l’électricité ; e Φ= T1 − T 2 R I= U R A travers une paroi d’épaisseur e et de surface S, la résistance thermique s’exprime : R= e λ .S en °C/W Il en ressort que le transfert thermique entre deux parois d'un mur à des températures fixées est favorisé par un matériau bon conducteur (λ élevé) et une faible épaisseur. On note que le flux de chaleur est proportionnel à la surface du mur et à l’écart de température. λ.S Φ= (T1 − T 2) e Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 33/36 La conductivité thermique d'un milieu (λ) est une caractéristique propre à chaque matériau. Elle indique la quantité de chaleur qui se propage : • en 1 seconde, • à travers 1 m² d'un matériau, • épais d'un 1 mètre, • lorsque la différence de température entre les deux faces est de 1°C. Exemples de conductivité λ en W/m/°C solides bons conducteurs : Argent : 408 Cuivre : 386 aluminium : 229 acier ordinaire : 42 solides mauvais conducteurs et isolants : verre : 0,75 polystyrène : 0,65 PVC : 0,16 laine de verre : 0,04 Fluides air : 0,022 eau : 0,58 éthanol : 0,18 huiles : 0,14 Décodons quelques informations qui nous entourent • J’ai acheté un rouleau de laine de verre qui porte l’indication Th 35. Qu’est ce que cela signifie ? C’est en fait la conductivité thermique la laine de verre exprimée en mW/m/°C. C’est une laine de verre haute performance. (λ = 0,035 W/m/°C) e , elle s’exprime en m².°C/W . Il suffit de le diviser par la surface λ considérée pour revenir à la résistance thermique du §4 par les professionnels est le quotient R = 5 m².°C/W est obtenu avec 200mm de laine de verre TH40. R = 3,15 m².°C/W est obtenu avec 100mm de laine de verre très haute performance TH32. • En voulant me documenter sur la réglementation thermique, j’ai rencontré un « coefficient de transfert thermique » noté U (anciennement K) exprimé en W/m²/°C. A quoi cela correspond ? C’est en fait l’inverse de la résistance thermique définie ci-dessous. Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau U= λ e page 34/36 5- Confort, économie, environnement : la réglementation thermique dans le bâtiment. Les règlementations thermiques dans le bâtiment ont pour but de diminuer les émissions de gaz à effet de serre dû au secteur du bâtiment. La réglementation en vigueur est la RT2005, elle sera remplacée par la RT2012. La réglementation thermique n’impose pas seulement des règles d’isolation des bâtiments : • La RT2005 Impose une consommation d’énergie primaire du bâtiment CEP (en kwhprimaire/m²/an) à ne pas dépasser ; 80 à 130 kwhprimaire/m²/an suivant les zones climatiques. Cette consommation prend en compte le chauffage, la climatisation, l’eau chaude sanitaire, l’éclairage et la ventilation. Ces postes de consommation peuvent se compenser entre eux. La réduction de la consommation d’énergie primaire Cep peut être obtenue par des efforts sur les éléments suivants : • La performance de l’enveloppe En plus d’une bonne isolation, (R éleve, U faible), on devra veiller à assurer une bonne étanchéité à l’air. • Les conceptions bioclimatiques La conception du bâtiment et la relation a l’environnement viseront à favoriser un comportement passif. On favorisera : La compacité. • L’orientation et les apports gratuits. Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 35/36 L’orientation du bâtiment est un compromis entre réduction des consommations en hiver et respect du confort d’été. L’objectif étant également de limiter le recours à la climatisation. Pour cela, on pourra intervenir sur : L’inertie thermique Le confort d’été : protection solaire et ventilation naturelle. • Les énergies renouvelables L’utilisation d’énergies renouvelables est encouragée car elle fait directement diminuer le poste sur lequel elle intervient. La production d’énergie photovoltaïque intégrée au bâtiment peut être soustraite du Cep. • Le rendement et la modulation Chauffage : utilisation de chaudières à haut rendement, programmateurs d’ambiance, réseaux de distribution de chaleur basse température. L’eau chaude sanitaire : Utilisation de solaire thermique et renforcement de l’Isolation du ballon. L’éclairage : utilisation de lampes basse consommation, Régulation de la puissance d’éclairement, privilégier l’éclairage naturel. La ventilation : modulation des débits d’extraction, récupération de chaleur (VMC double flux), renforcement de l’étanchéité du réseau aéraulique. Conséquence de la réglementation thermique : Dans ces conditions, La domotique prend une toute autre dimension ; la règlementation thermique contrait à rendre la maison intelligente pour qu’elle soit économe en énergie. Formation en Génie Électrique et Génie Thermique 2010 – Bertrand Charier, Jean-Marie Meslier, Nicolas Pouyau page 36/36
