Les transferts thermiques dans un bâtiment

Démarche scientifique Mettre en œuvre un raisonnement Mobiliser ses connaissances Rechercher, extraire et organiser l’information utile Maîtriser les compétences mathématiques de base Communiquer à l’écrit Maîtriser les compétences langagières (français) Exploiter Identification des grandeurs physiques Exploitation qualitative Analyse dimensionnelle Comparaison d’ordres de grandeur Communication en tant que scientifique  Expression et acceptabilité du résultat Maîtriser l’usage des chiffres significatifs et l’écriture scientifique. Associer l’incertitude à cette écriture.  Les notions de transferts thermiques, de flux thermique, de conductivité thermique d’un matériau, de résistance thermique d’une paroi ne doivent pas avoir été abordées avant l’activité dont l’objectif est de les introduire. A l’issue de l’activité, une structuration des connaissances sera effectuée en cours. La résistance thermique a été définie par analogie avec la loi d’Ohm ; dans le domaine du bâtiment, on parle toujours de résistance thermique surfacique, en omettant le terme surfacique. On attirera bien l’attention des élèves sur ce point, afin qu’il y ait cohérence dans les relations et les unités.

Question 2 Compléter le tableau suivant concernant le(s) type(s) de transfert(s) thermique(s) mis en jeu au niveau des zones ou des équipements suivants d’une maison :  La conductivité thermique  d’un matériau caractérise sa capacité à conduire la chaleur : plus la valeur de  est faible, plus le matériau est isolant.  La résistance thermique R d’une paroi traduit la résistance aux transferts thermiques. Elle est liée au flux thermique  en W à travers la paroi et à la différence de température  entre les 2 faces  la paroi pour une surface de 1 m2. Le flux thermique  s’écrit donc aussi :  Dans le cas d’une paroi constituée de plusieurs couches de matériaux différents, les résistances thermiques s’additionnent.

Question 5 A l’aide des documents 4 et 6 : a. Déterminer l’unité de la résistance thermique R. b. Justifier la phrase suivante : « plus la valeur de la résistance thermique d’une paroi est grande, plus celle-ci est isolante. » c. Pour une paroi constituée d’un seul matériau, établir l’expression de la résistance surfacique Rs en fonction de certaines caractéristiques de la paroi et du matériau. Document 7 Question 6 Sur l’étiquette du matériau isolant ci-dessus, la valeur de la résistance thermique surfacique a été effacée. Retrouver cette valeur, sachant que la valeur de la conductivité thermique non arrondie est 0,03702 W/m.K ; les règles d’arrondi à respecter sont indiquées dans le document 7. Question 7 Sur le document 8 ci-contre, e est l’épaisseur nécessaire pour qu’une paroi en béton armé (B.A.) présente les mêmes performances thermiques qu’une paroi idéale d’épaisseur 5,0 cm en laine minérale (L.M.). A l’aide des documents, calculer la valeur de e et rédiger une argumentation concernant la phrase suivante, extraite d’une brochure sur l’isolation thermique : « Les matériaux lourds de maçonnerie ne constituent jamais une isolation acceptable.

Question 8 A l’aide des différents documents, calculer la valeur du flux thermique par conduction, à travers les murs extérieurs du chalet auquel se rapporte le document 9, lorsque la température intérieure est de 18°C et la température extérieure de 0°C. Pour simplifier, on ne tiendra pas compte des surfaces des portes et des parois vitrées.  s’exprime donc en W.m-1.K-1. Question 4 Plus  est faible, plus le flux thermique , pour S, e et  données est faible : plus le matériau isolant. On classe donc les matériaux par conductivité thermique décroissante : Béton armé – béton plein – brique pleine – plaque de plâtre – bois de sapin – paille – laine minérale Question 5  Pour avoir une bonne isolation avec une paroi en béton armé, il faudrait donc des épaisseurs de murs de près de 3 m, ce qui n’est pas envisageable dans la construction. Les matériaux lourds de maçonnerie comme le béton armé ne conduisent pas à une bonne isolation thermique : une paroi de 28 cm sera 10 fois moins performante qu’une paroi de 5,0 cm de laine de verre.