Thème : Exercice par compétence Thème : Détermination de résistances thermiques d’un mur composé de plusieurs matériaux

(Cécile Potonnier)

Classe concernée : 1ère bac pro B.I.T. (15 élèves) Situation dans le programme : à la fin du module « CME5 : comment économiser de l’énergie ? » Capacité évaluée : Calculer la résistance thermique d’un matériau. Durée : 40 min C’est un exercice que j’ai donné après avoir été en formation 15 jours et non remplacée. Ils avaient donc vu la formule d’une résistance thermique mais pour un seul matériau. J’ai imposé cet exercice comme une évaluation terminale individuelle. J’ai indiqué aux élèves qu’ils étaient capables de réussir rien qu’avec les documents et leur bon sens. Ils avaient le droit de me poser des questions mais pas le droit de communiquer entre eux. Mes élèves n’avaient pas l’habitude de travailler seul sur des exercices par compétences. J’ai donc dû insister sur le fait qu’ils pouvaient réussir même s’ils n’avaient pas relu leur cours. J’ai expliqué également que je serais exigeante sur la façon de rédiger (ils devaient expliquer leur démarche et utiliser les documents pour justifier), sur les unités (présentes dans les documents) et aussi sur la conclusion. Ce sont des élèves qui ont besoin de se savoir notés pour travailler sérieusement. Pendant leur travail, je les ai essentiellement guidés sur les conversions à réaliser, sur comment convertir, et aussi sur la rédaction. Bilan :

- Certains élèves ont mis 10 minutes à se plonger dans l’exercice - Ensuite, tout le monde s’est prêté « au jeu ». - J’ai découvert certains élèves sous un angle nouveau, surtout Chloé qui d’habitude a

beaucoup de mal à se concentrer et à aller jusqu’au bout des choses. Elle m’a dit qu’elle avait adoré car toutes les informations étaient dans les documents et elle a donc trouvé cela facile. Voir copie de Chloé.

- Plusieurs élèves ont eu du mal à comprendre que la photo IR de la maison 1 ne correspondait pas forcément à la construction à ossature bois : j’ai refait le sujet en séparant les photos des maisons des caractéristiques des maisons. Voir document refait.

L’entreprise CECABA a fait un diagnostic de performance énergétique sur deux maisons.

Une des deux maisons est une construction à ossature bois l’autre est une construction

traditionnelle. Malheureusement l’employé de CECABA, Gaston Lagaffe, a mélangé les

deux dossiers composés de photos prises en caméra infrarouge et des

caractéristiques de la construction.

Le patron de Gaston Lagaffe est très en colère et menace de licencier son employé.

Pouvez-vous aider Gaston à retrouver la correspondance entre les photos infrarouges

des maisons et les deux types de construction ?

Pour cela vous détaillerez et justifierez votre raisonnement en vous appuyant sur les

documents ci-dessous.

QUEL CAPHARNAÜM !! JE VAIS VOUS MONTRER, MOI, QU’IL FAUT AVOIR DE L’ORDRE ! DONNEZ-MOI IMMEDIATEMENT LES DOSSIERS SUR CES DEUX MAISONS …

Document 1 : Dossier technique des deux maisons Les photographies ci-dessous ont été prises avec une caméra infrarouge en plein hiver :

Caractéristiques des deux maisons :

Construction à ossature bois Construction traditionnelle - 8 cm de pin maritime - 10 cm de polystyrène expansé - 4 cm de panneaux de particules de bois extrudé

- 2 cm de mortier d’enduit - 20 cm de parpaing - 4 cm de polystyrène expansé - 5 cm de carreaux de plâtre

Document 2 : Utilité de la caméra Infrarouge (http://www.bio-etc.fr/) La caméra infrarouge est un outil qui permet de mieux anticiper les travaux d’isolation à réaliser, mais aussi de contrôler leur bonne mise en œuvre. Il suffit de la diriger vers le toit, les fenêtres, les canalisations… pour qu’elle mesure automatiquement les flux de chaleur, dont le niveau est matérialisé par les couleurs : du bleu foncé lorsque l’objet (mur, toit…) est froid au rouge très clair pour les déperditions excessives.

Document 3 : Calcul de la résistance thermique d’un matériau La résistance thermique par unité de surface R d’une paroi constituée d’un seul matériau est par définition : e : épaisseur du matériau en m

R = λ : conductivité thermique du matériau en W/(m.K)

R : résistance thermique en m².K/W Plus la valeur de R est grande et plus le matériau est isolant, pour une épaisseur donnée. Si la paroi est multiple, le calcul est un peu plus complexe.

Document 4 : Résistance thermique d’une paroi composée Une paroi, séparant deux milieux de températures différentes, constitue un obstacle plus ou moins résistant au flux de chaleur qui le traverse. Cet « obstacle » est souvent quantifié par la résistance thermique de la paroi exprimée en m².K/W.

R1

R2 R3

R1, R2, R3 : résistances thermiques des matériaux constituant la paroi.

Pour une paroi donnée, la résistance thermique totale Rt est égale à la somme des parois et des résistances superficielles :

Rt = R1 + R2 + R3 Document 5 : Données numériques des différents matériaux

Matériau Polystyrène expansé

Pin maritime

Bois extrudé

Carreaux de plâtre

Mortier enduit

Parpaing

Conductivité thermique λ en W/(m.K)

0,042

0,15

0,16

0,7

1,15

1,15

Intérieur Extérieur

Copies d’élèves Copie de Mélinda :

Mélinda est une élève qui manque beaucoup d’assurance et qui a du mal à travailler seule. Pour moi, elle a compris le problème physique et c’est l’essentiel mais elle a toujours des difficultés sur les conversions alors que j’ai essayé de la guider pendant l’exercice mais je n’ai pas voulu lui donner le résultat.

Copie de Florian :

Cet élève a tout à fait compris l’exercice mais il n’avait pas envie de rédiger trop.

Copie de Chloé :

Chloé a compris et a fait des efforts de rédaction

Copie d’Alan :

Alan a tout à fait compris et a fait des efforts de rédaction mais il était motivé car il voulait rattraper une mauvaise moyenne !

Document refait

L’entreprise CECABA a fait un diagnostic de performance énergétique sur deux maisons.

Une des deux maisons est une construction à ossature bois l’autre est une construction

traditionnelle. Malheureusement l’employé de CECABA, Gaston Lagaffe, a mélangé les

deux dossiers composés de photos prises en caméra infrarouge et des

caractéristiques de la construction.

Le patron de Gaston Lagaffe est très en colère et menace de licencier son employé.

Pouvez-vous aider Gaston à retrouver la correspondance entre les photos infrarouges

des maisons et les deux types de construction ?

Pour cela vous détaillerez et justifierez votre raisonnement en vous appuyant sur les

documents ci-dessous.

QUEL CAPHARNAÜM !! JE VAIS VOUS MONTRER, MOI, QU’IL FAUT AVOIR DE L’ORDRE ! DONNEZ-MOI IMMEDIATEMENT LES DOSSIERS SUR CES DEUX MAISONS …

Document 1 : Photos Infrarouge des deux maisons Les photographies ci-dessous ont été prises avec une caméra infrarouge en plein hiver :

Document 2 : Caractéristiques des matériaux des deux maisons :

Construction à ossature bois Construction traditionnelle - 8 cm de pin maritime - 10 cm de polystyrène expansé - 4 cm de panneaux de particules de bois extrudé

- 2 cm de mortier d’enduit - 20 cm de parpaing - 4 cm de polystyrène expansé - 5 cm de carreaux de plâtre

Document 3 : Utilité de la caméra Infrarouge (http://www.bio-etc.fr/) La caméra infrarouge est un outil qui permet de mieux anticiper les travaux d’isolation à réaliser, mais aussi de contrôler leur bonne mise en œuvre. Il suffit de la diriger vers le toit, les fenêtres, les canalisations… pour qu’elle mesure automatiquement les flux de chaleur, dont le niveau est matérialisé par les couleurs : du bleu foncé lorsque l’objet (mur, toit…) est froid au rouge très clair pour les déperditions excessives.

Document 4 : Calcul de la résistance thermique d’un matériau La résistance thermique par unité de surface R d’une paroi constituée d’un seul matériau est par définition : e : épaisseur du matériau en m

R = λ : conductivité thermique du matériau en W/(m.K)

R : résistance thermique en m².K/W Plus la valeur de R est grande et plus le matériau est isolant, pour une épaisseur donnée. Si la paroi est multiple, le calcul est un peu plus complexe.

Document 5 : Résistance thermique d’une paroi composée Une paroi, séparant deux milieux de températures différentes, constitue un obstacle plus ou moins résistant au flux de chaleur qui le traverse. Cet « obstacle » est souvent quantifié par la résistance thermique de la paroi exprimée en m².K/W.

R1

R2 R3

R1, R2, R3 : résistances thermiques des matériaux constituant la paroi.

Pour une paroi donnée, la résistance thermique totale Rt est égale à la somme des parois et des résistances superficielles :

Rt = R1 + R2 + R3 Document 6 : Données numériques des différents matériaux Matériau Polystyrène

expansé Pin

maritime Bois

extrudé Carreaux de plâtre

Mortier enduit

Parpaing

Conductivité thermique λ en W/(m.K)

0,042

0,15

0,16

0,7

1,15

1,15

Intérieur Extérieur