L'énergie

Fiche Ecoconstruction : L'

ENERGIE

EN SAVOIR PLUS 1- Qu'est ce que l'énergie?............................................................................................................. 5 2- D'où vient l'énergie? ...................................................................................................................7 3- les différentes sources d'énergie ..............................................................................................7 4- Comment utilise-t-on l'énergie? ................................................................................................9 Les énergies finales................................................................................................. .............9 Les enjeux actuels ...............................................................................................................11 5 – comment mesure-t-on l'énergie?...........................................................................................29 6 – les sources énergétiques et équipements pour s'éclairer? ................................................34 7 - Sources énergétiques et équipements pour chauffer ou rafraîchir nos habitations........ 44 Chauffer ...............................................................................................................................44 Rafraîchir .............................................................................................................................77 8 - Sources énergétiques et équipements pour chauffer notre eau sanitaire......................... 87 9- Sources énergétiques et équipements pour assurer l’entretien et la cuisine, pour écouter de la musique, regarder la télévision, surfer sur internet,... .....................................................89 10- Performance énergétique dans l’habitat........................................................................... 102 Engagement et réglementation......................................................................................... 102 Concepts et labels .............................................................................................................107 Vers un habitat économe ...................................................................................................112

IDEES DE SEANCES 1- Qu’est-ce que l’énergie ? .......................................................................................................140 2- D’où vient l’énergie ?............................................................................................................... 145 3- Les différentes sources d’énergie..........................................................................................146 4- Comment utilise-t-on ces sources d’énergie ?..................................................................... 149 5- Comment mesure-t-on l’énergie ?..........................................................................................163 6 - Sources énergétiques et équipements pour s’éclairer....................................................... 164 7- Sources énergétiques et équipements pour chauffer ou rafraîchir nos habitations ....... 165 8 - Sources énergétiques et équipements pour chauffer notre eau sanitaire........................166 9 - Sources énergétiques et équipements pour faire assurer l’entretien et la cuisine, pour écouter de la musique, regarder la télévision, surfer sur internet, ….................................... 168 10- Performance énergétique........................................................................................................168

Avec le concours

Avec le concours Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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La consommation mondiale d’énergie augmente en moyenne de 2% par an.

Consommation énergétique en France (Source ADEME)

Logement 29%

40%

Travail Déplacements 15%

16%

Production bien et services

Nous sommes donc directement à l’origine d’au moins 60% de l’énergie que nous consommons chaque jour. Les 40 % restants représentent l’énergie nécessaire à la production de biens et de services. Là aussi nous pouvons agir.

Pour cela vous pouvez consulter le dossier ECOCONSOMMATION (concepts d’énergie grise et de bilan énergétique).

Dans ce dossier ECOCONTRUCTION, nous abordons la consommation d’énergie dans l’habitat, c’est-à-dire à la maison, à l’école, au travail, …

Concernant les déplacements, vous pouvez consulter le dossier ECOMOBILITE. Quant aux enjeux mondiaux, aux phénomènes d’iniquité et aux comportements à développer, c’est dans le dossier ECOCITOYENNETE que vous puiserez vos informations et idées de séances.

Pour s’éclairer, chauffer ou rafraîchir une habitation, chauffer l’eau de notre douche, faire fonctionner nos appareils ménagers, audiovisuels, informatiques, il nous faut …de l’énergie bien sûr !

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« La consommation domestique d'énergie s'accroît » Consommations à la maison (source : CEREN, ADEME 2006) 69% pour le chauffage, 12% pour l’éclairage, ventilateurs, appareils électroménagers et audiovisuels, 12% pour la production d’eau chaude 7% pour la cuisson.

Un bâtiment consomme de l'énergie

.... Parce qu'il a des besoins à satisfaire

La consommation moyenne, toutes sources d’énergie confondues, est de 20,8 MWh/an par résidence principale, soit 229,5 kwh/m²/an (ou 1,9 tep/an/logement). Multipliée par 30,8 millions de logements, la demande moyenne énergétique des ménages depuis 30 ans correspond au tiers de la consommation totale d’énergie en France. Elle a donc des incidences majeures sur l’environnement : émissions dans l’air de gaz polluants ou à effet de serre et autres impacts liés au mode de production de l’énergie …(Source : IFEN) Le secteur de l’habitat et plus généralement du bâtiment en France se retrouve donc le plus gros consommateur d'énergie parmi tous les secteurs économiques, avec 70 millions de tonnes d'équivalent pétrole. Soit 43 % de l'énergie finale totale consommée et 1,1 tonne d'équivalent pétrole consommée annuellement par chacun d'entre nous.

Cette énergie consommée entraîne l'émission de 120 millions de tonnes de CO2 représentant 25 % des émissions nationales et 32,7 millions de tonnes de carbone.

Cette quantité est du même ordre de grandeur que celle des déchets de chantiers de bâtiments ou des déchets des ménages. C'est aussi une demi-tonne de carbone émise dans l'atmosphère chaque année par chacun d'entre nous. Toutes ces valeurs devront être divisées par quatre en 2050. (Source : ADEME)

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Face à cette consommation, 3 gros enjeux :

1. La lutte contre le changement climatique :Depuis deux siècles, les émissions de certains gaz polluants liés aux activités humaines ont intensifié le phénomène naturel de l'effet de serre et conduit à un réchauffement de la température sur terre. Ce phénomène risque d'avoir d'importantes conséquences sur le climat et les écosystèmes de la planète.

La communauté internationale s'est donc mobilisée pour limiter les concentrations dans l'atmosphère de gaz à effet de serre, avec pour objectif de diviser par deux les émissions à l'échelle mondiale avant 2050.C'est dans ce contexte qu'en 2003, le gouvernement français a annoncé qu'il retenait, sur la même période, un objectif de division par 4 des émissions de gaz à effet de serre dans notre pays.

2. La sécurité d'approvisionnement :La France est aujourd'hui très dépendante de combustibles fossiles importés. Or, les réserves fossiles mondiales ne sont pas inépuisables. Ainsi, selon certains experts, si l'on conservait le niveau actuel de consommation, les réserves de pétrole encore disponibles dureraient seulement 40 ans !

S'ajoute à cela le risque de voir flamber les prix de ces ressources et de pénaliser ainsi la compétitivité de l'économie. Que dire du développement des pays émergents …

3. La

préservation de la santé humaine et de l'environnement : Outre leurs conséquences globales sur l'effet de serre, la production et la consommation d'énergie ont des incidences locales sur l'environnement. Elles ont notamment un impact de mieux en mieux connu sur la qualité de l'air et la santé humaine, mais aussi parfois sur les paysages et les éco-systèmes. (Source : ADEME)

Quelques chiffres …

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La consommation énergétique dans les logements et les bureaux a augmenté de 30 % ces 30 dernières années en France.

La consommation des français en électricité a été multipliée par 7 en 30 ans.

Un ménage français dépense en moyenne par an 2 400 euros pour s’éclairer, se chauffer, faire fonctionner les appareils électroménagers, se déplacer…

Les estimations sont difficiles, mais l’épuisement des ressources de pétrole (environ 40 ans de réserves connues), de gaz naturel (60 ans) et de charbon (200 ans) est déjà prévu.

En moyenne, l’énergie nécessaire pour chauffer, éclairer ou alimenter les équipements dans une classe, correspond au rejet dans l’atmosphère d’environ 4 000 kg de CO2 par an (suffisamment pour gonfler 4 montgolfières de 10 mètres de diamètre).

Le projet de loi d'orientation sur l'énergie propose de réduire de 2 % par an d'ici 2015 et de 2,5 % d'ici 2030 l'intensité énergétique française, c'est-à-dire le rapport entre consommation d'énergie et croissance économique.

Un chauffage de 17°C et une bonne isolation permettent d’économiser 1/3 de l’énergie utilisée.

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EN SAVOIR + 1 - QU’EST-CE QUE L’ÉNERGIE ?

(Sources : ADEME, Hespul, Wikipedia, www.cite-sciences.fr)

L'énergie (du grec : ενεργεια, energeia, force en action) est la capacité d'un système à produire un travail entraînant un mouvement, de la lumière ou de la chaleur. C'est une grandeur physique qui caractérise l'état d'un système et qui est d'une manière globale conservée au cours des transformations.

L’énergie ne doit pas être confondue avec les ressources fossiles ou minérales qui la produisent (cf. chapitre ).

Chaque objet se définit par une certaine quantité de matière, la masse. Il possède également une certaine quantité d’énergie. Energie et masse sont deux caractéristiques différentes du même objet ; Albert Einstein l’a résumé dans sa célèbre formule « E=Mc² ».

L'énergie ne peut ni se créer ni se détruire mais uniquement se transformer d'une forme à une autre (principe de Mayer) ou être échangée d'un système à un autre (principe de Carnot). C'est le principe de conservation de l'énergie. (cf. chapitre ) Petits rappels : (+ cf. chapitre  pour compléments)

ENERGIE (Wh) = PUISSANCE (Watts) x TEMPS (heure)

L’énergie à travers l’histoire …

Après avoir exploité sa propre force, puis celle des esclaves, des animaux et de la nature (les vents et les chutes d'eau), l'homme a appris à exploiter les énergies contenues dans la nature et capables de lui fournir une quantité croissante de travail mécanique par l'emploi de machines : machines outil, chaudières et moteurs. L'énergie est alors fournie par un carburant ou énergie fossile. Pour ce faire, l’homme vola aussi le feu, peut-être allumé par la foudre. Ensuite, il sut faire jaillir une étincelle de deux cailloux choqués l’un contre l’autre puis de deux bâtons frottés l’un contre l’autre. Ce fut l’un des premiers convertisseurs inventés par l’homme, transformant un mouvement en chaleur.

Comme l'énergie est nécessaire à toute entreprise humaine, l'approvisionnement en énergie est devenu une des préoccupations majeures des sociétés humaines.

Jusqu’en 1800 environ, les besoins énergétiques des sociétés restent assurés quasiment totalement par les énergies renouvelables. Avec l’essor de la population, ceci finit par poser d’ailleurs des contraintes fortes sur le bois : la surface de forêts en France est deux fois plus faible en 1850 qu’en 2000. Les usines sont localisées le long des cours d’eau (énergie mécanique) et à proximité de forêts (chauffage et vapeur). Environ un quart des terres agricoles sont consacrées à la production de céréales pour les animaux de trait et de transports, ce qui en font les premiers biocarburants !

C’est seulement au dix neuvième siècle que l’utilisation des énergies fossiles (et fissile) se développe, d’abord avec le charbon, puis avec le pétrole au début du vingtième siècle et enfin le gaz et le nucléaire dans la seconde moitié du vingtième siècle.

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Cette « révolution énergétique » qui permettra la révolution industrielle, fait exploser les besoins d’énergie de nos sociétés : un habitant d’une société technologique consomme 115 fois plus d’énergie que celui d’une société dite primitive, et 9 fois plus que celui d’une société agricole avancée. Exemple : un Grec de l'antiquité possédait en moyenne 5 esclaves. Un ménage moderne avec un compteur électrique de 6 kW possède l'équivalent énergétique de 36 esclaves.

Malgré les chocs pétroliers de 1973, 1977, 1979, etc., cette consommation d’énergie ne fait que s’accélérer. La consommation mondiale d’énergie est ainsi passée de 6 à 10,2 milliard de tonnes équivalent pétrole entre 1973 et 2002, soit une hausse de plus de 70%.

Source : AIE

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2 - D’OÙ VIENT L’ÉNERGIE ?

On trouve de l’énergie dans tous les objets, petits ou grands, de l’atome à l’étoile, et pour la plus grande partie à l’état très condensé.

L’énergie correspond à ce qu’il faut fournir ou enlever à un système matériel pour le transformer.

Dès qu’une modification intervient sur n’importe quelle partie de l’Univers, on peut affirmer que de l’énergie s’est manifestée sous trois formes : chimique, mécanique, électrique. L’énergie thermique (chaleur) est une phase intermédiaire et dégradée.

L’énergie vient d’abord du rayonnement solaire. Celui-ci entretient la vie sur Terre, participe à l’élaboration des végétaux (photosynthèse) et des êtres vivants (consommation des végétaux ou des herbivores) qui, après des millions d'années, se sont minéralisés pour la plupart ou sont devenus tourbe, lignite, charbon, pétrole ou gaz naturel.

Le Soleil réchauffe sol, océans et atmosphère, d’où vent, pluie, vagues et toutes énergies qui en découlent.

Par ailleurs, la Terre a sa propre source d’énergie, activité interne sous forme de chaleur contenue sous la croûte terrestre.

3- LES DIFFÉRENTES SOURCES D’ÉNERGIE (= éléments d’origine naturelle qui fournissent de l’énergie)

(sources : ADEME, IFEN, CEREN,

WIKIPEDIA)

Les formes d’énergie disponibles dans la nature avant toute transformation sont appelées énergies primaires.

L’énergie solaire L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère.

L’énergie solaire qui arrive chaque jour sur la terre représente à peu près 12 000 fois la consommation d’énergie de l’ensemble de la planète !

L’énergie éolienne L’énergie éolienne (du grec Eole, dieu du vent) est l’énergie du vent. L'énergie éolienne est une forme indirecte de l'énergie solaire, puisque ce sont les différences de températures et de pressions induites dans l'atmosphère par l'absorption du rayonnement solaire qui mettent les vents en mouvement.

L’énergie hydraulique L'énergie hydraulique est l'énergie mise en jeu lors du déplacement ou de l'accumulation d'un fluide incompressible telle que l'eau douce ou l'eau de mer. L’énergie hydraulique est une manifestation indirecte de l’énergie du soleil : sous l’action du soleil, l’eau s’évapore des océans et les nuages se déplacent au gré des vents. Des abaissements de température au-dessus des Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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continents provoquent la condensation de la vapeur d’eau. La pluie et la neige (les précipitations) alimentent ainsi l’eau des rivières et des lacs.

L’énergie de la biomasse La biomasse est la masse totale (quantité de matière) de toutes les espèces vivantes présentes en un milieu naturel donné.

Le terme énergie de la biomasse désigne donc l'énergie solaire transformée par les plantes chlorophylliennes utilisées soit directement (bois de chauffage), soit après transformations (cf. chapitre ci-après).

Les énergies fossiles Les énergies fossiles sont des matières combustibles issues de sources naturelles extraites du sol, formées grâce au processus de fossilisation.

Au cours des temps géologiques, moins de 1 % de la matière organique (biomasse) a été enfouie dans le sol, ou a sédimenté au fond des lacs et des océans.

Des réactions chimiques ont formé un hydrocarbure liquide (le pétrole) et gazeux (le gaz naturel).

Le charbon (à ne pas confondre avec le charbon de bois) s’est formé un peu de la même façon que le pétrole, mais il provient des forêts marécageuses.

Le pétrole est une huile minérale. Le mot vient du latin petraoleum «huile de pierre». On le trouve principalement dans le sous-sol par forage, mais en certains endroits, on le trouve à même le sol où il affleure. Il s'agit d'une importante source d'énergie.

Le gaz naturel : Il existe plusieurs formes de gaz naturel, se distinguant par leur origine, leur composition et le type de réservoirs dans lesquels ils se trouvent. Néanmoins, le gaz est toujours composé principalement de méthane et issu de la désagrégation d'anciens organismes vivants.

Le charbon est la source d'énergie fossile la plus abondante et la mieux répartie dans le monde. Le charbon s'est formé il y a plus de 280 millions d'années à partir de végétaux engloutis par les eaux lors de bouleversements géologiques importants. Il existe différents types de charbon (l'anthracite, la houille, la lignite, la tourbe) qui n'ont pas tous le même pouvoir énergétique.

L’énergie marémotrice Il s’agit de l’énergie générée par les mouvements de la mer tels la houle (le mouvement des vagues), les marées (causées par l’effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil) et les courants marins.

L’énergie géothermique L’énergie géothermique est fournie par la chaleur interne de la Terre. Cette chaleur se propage vers la surface et échauffe des nappes d’eau situées de quelques centaines à environ 3000 mètres de profondeur.

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L’uranium C'est un métal lourd radioactif de période très longue (4,5 milliards d'années pour l'uranium 238 et 700 millions pour l'uranium 235). L'isotope U-235 est le seul élément fissible naturel. Sa fission libère de l’énergie. Cette énergie est environ un million de fois supérieure à celle des combustibles fossiles pour une même masse de combustible mise en jeu. De ce fait, c'est aujourd'hui la matière première initiale pour toute l'industrie nucléaire (cf. chapitre suivant).

L'uranium naturel est présent dans pratiquement tous les milieux naturels : roches et eau. Il y a en effet 3 mg d'uranium par mètre cube d'eau de mer, ce qui représente 4,5 milliards de tonnes d'uranium dans les océans.

L'uranium est présent dans tous les types d'eau : le Rhône en charrie en effet près de 29 tonnes environ chaque année. Cet uranium provient du ruissellement des pluies sur les Alpes. L'extraction de l'uranium de l'eau est techniquement possible, mais non rentable en 2006.

L'uranium est répandu dans toute l'écorce terrestre, notamment dans les terrains granitiques et sédimentaires. La concentration d'uranium dans ces roches est de l'ordre de 3 g/tonne. À titre d'exemple, un jardin carré de 20 m de côté contient, pour une profondeur de 10 m, environ 24 kg d'uranium. À l'époque géologique actuelle, la chaleur interne de la Terre provient principalement de la désintégration de corps radioactifs, notamment l'uranium 238 et 235 (et quelques autres)

4- COMMENT UTILISE-T-ON CES SOURCES D’ÉNERGIE ET QUELS SONT LEURS ENJEUX ? (sources : Observ’er, Cité des sciences, Wikipedia, ADEME, ASDER, CLER, HESPUL

S'éclairer, se chauffer, produire du mouvement, transformer la matière... les utilisations de l'énergie par les hommes sont multiples. Mais l'énergie est rarement disponible sous une forme directement utilisable, il faut la convertir.

Les premiers convertisseurs utilisés par l’homme sont biologiques : les muscles, en brûlant du glucose, produisent du mouvement. Viennent ensuite les convertisseurs artificiels comme le moulin à eau.

Les convertisseurs modernes, quant à eux, exigent la mise en œuvre d’un savoir scientifique complexe : le moteur à explosion convertit l’énergie chimique en mouvement ; le réacteur nucléaire libère, par la fission, l’énergie du noyau et la convertit en chaleur.

Pour les besoins de l'Homme, on recense cinq formes principales d'utilisation des énergies que l’on peut appeler énergies finales.

Les énergies finales ● L’énergie musculaire L'énergie musculaire est tellement fondamentale qu'elle est totalement oubliée. Pourtant, directement pour chacun de nous, elle couvre : les gestes et les mouvements, les déplacements, le travail manuel, en liaison directe avec le cerveau, le contrôle et la commande des outils et des systèmes industriels, … y compris tous les actes quotidiens ou périodiques qui contribuent au maintien de l'existence de l'humanité !!!

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Mais l'Homme a su capter pour ses besoins cette énergie musculaire fournie par les animaux : cheval, bœuf, chameau, éléphant, etc.

● L’énergie calorifique (ou thermique) D'abord limitée à la cuisson des aliments, leur conservation et pour son chauffage l'Homme l'a rapidement développée pour la fonderie des métaux, la forge, la distillation, …

● L’énergie mécanique Elle est à la base de la voile, des moulins à vent et à eau, des ressorts et des contrepoids des mouvements d'horlogerie, de l'arc, des courants de marées ou des vagues produites par le vent …

Mais les énergies mécaniques modernes prennent naissance dans l'utilisation des autres formes d'énergies (thermique, électrique).

L'énergie mécanique est l'énergie d'un système emmagasinée sous forme d'énergie cinétique et d'énergie potentielle mécanique. C'est une quantité conservée en l'absence de frottement ou de choc.

L'énergie cinétique (aussi appelée dans les anciens écrits vis viva, « force vive ») est l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement (vitesse du solide sur une distance parcourue) Un exemple simple est celui d'un corps terrestre tenu en hauteur (et donc possédant une énergie potentielle de pesanteur du fait de sa hauteur) qui, une fois lâché, transforme cette énergie potentielle en énergie cinétique quand sa vitesse augmente lors de sa chute.

● L’énergie électrique La plus récente des formes d'énergies utilisées quotidiennement par chacun de nous : éclairage et chauffage, électromagnétisme (électroaimants, moteurs), communications : (vidéo, télécommunication, informatique, contrôle/commande, …), arc électrique (soudure), le métro, le TGV, …(cf. enjeux électricité ci-après)

● L’énergie chimique Mal connue, elle est pourtant partout : le feu, les explosions (moteur, dynamite, etc.), l'effet voltaïque (les piles), la pile à combustible, …

En fait les choses sont un tout petit peu plus compliquées. Des étapes nombreuses et parfois très complexes peuvent être nécessaires pour passer de la source d'énergie fondamentale à la forme sous laquelle elle va être utilisée par l'Homme, pour ses besoins.

Exemple de l'hydroélectricité L'électricité produite par les turbines des barrages provient d'une suite très particulière de phénomènes : 1 - Cette forme d'énergie prend sa source fondamentale dans les réactions de fusion nucléaire du soleil.

2 - Les rayonnements émis par ces réactions nucléaires atteignent les hautes couches de l'atmosphère qui laissent principalement passer les infrarouges, le spectre des rayons visibles et les ultraviolets.

3 - Ces rayons ont une action climatique aux effets multiples : évaporation en surface des océans, variations de pressions créant les vents qui emportent les nuages, refroidissement des masses d'air au contact des reliefs montagneux, déclenchement des précipitations.

4 - Les eaux de ruissellement sont collectées en fond de vallée par des barrages édifiés par l'Homme.

5 - La chute d'eau actionne des turbines en pied de barrage, produisant l'électricité.

On constate que l'énergie fondamentale de la réaction nucléaire du soleil produit de l'énergie calorifique, transformée en énergie mécanique puis en énergie électrique. Mais la chute d'eau est provoquée par la pesanteur créée par la source fondamentale de la gravitation universelle.

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Les enjeux actuels ● Les enjeux des stocks énergétiques Les combustibles fossiles constituent une ressource pratiquement non renouvelable, puisqu’ils sont consommés 100 000 fois plus vite qu’ils ne sont constitués par la nature.

Les réserves des énergies fossiles sont donc épuisables.

Les combustibles fossiles constituent les principales sources d’énergie primaires utilisées dans le monde, puisqu’ils fournissent plus de 95 % de l’énergie utilisée dans le monde (cf. graphique cidessous).

(Source : Energy Information Administration / Department Of Energy) Les estimations des réserves mondiales d'énergies fossiles varient en fonction des découvertes, de l'évolution des techniques et de l'économie qui rend plus ou moins rentable l'exploitation des gisements.

Le pétrole est la première source d'énergie mondiale. Il fournit près de la moitié de la demande totale en énergie primaire. Pourtant jusqu'au début des années 1950, le pétrole n'occupait qu'une place limitée dans le paysage énergétique mondial (sauf aux Etats-Unis). Produit facile à manipuler, transporter ou stocker, le pétrole va rapidement supplanter le charbon. Les années 60 marquent véritablement le début de l' "ère du pétrole" du fait de la croissance continue des besoins énergétiques, de la découverte d'importants gisements, notamment au Proche-Orient, et de coûts de production très faibles. Après les chocs pétroliers des années 70, la demande connaît une forte baisse, mais un contre-choc, en 1983, provoque une réduction de moitié des prix du pétrole et la demande repart à la hausse (+ 2,4% de 1986 à 1989). Aujourd'hui, le pétrole représente près de 37% de la consommation mondiale.

Ainsi, les réserves sont estimées à près de 140 milliards de tonnes ce qui représente, au rythme actuel de production, plus de 40 années de réserves. Ces données, relatives aux réserves prouvées, représentent la quantité d'hydrocarbures que l'on estime pouvoir récupérer avec une certitude raisonnable dans les conditions économiques et technologiques existantes. Cette estimation est donc continuellement réévaluée en fonction des nouvelles découvertes et de l'amélioration des techniques d'extraction. (+ cf. dossier ECOMOBILITE) Pour le gaz naturel, 70 ans de consommation mondiale au rythme actuel sont d'ores et déjà comptabilisés. Et 200 ans de consommation sont prévus grâce à des gisements aujourd'hui identifiés, mais qui ne pourront être exploités que si les coûts sont rendus économiquement admissibles par les progrès technologiques. De 1970 à 2000, les réserves mondiales de gaz ont été multipliées par 4 pour atteindre 158 000 milliards de m3 au 1er janvier 2001. Actuellement, les réserves totales prouvées de gaz naturel dans le monde sont situées pour 34% au Moyen-Orient et pour 36% en Europe Orientale et en Russie (chiffres 1999).

Le gaz naturel est la troisième source d'énergie la plus utilisée dans le monde avec près de 25% de la consommation mondiale.

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Moteur essentiel du développement économique au XIXème siècle, le charbon a marqué la première révolution industrielle. Ainsi, entre 1800 et 1900, la consommation mondiale de charbon a connu une progression annuelle moyenne de +4,3%.

Au début du 20ème siècle, le charbon était l'énergie fossile dominante, aujourd'hui il a été supplanté par le pétrole mais reste très présent puisque le charbon représente près de 34% de la consommation mondiale.

Le charbon, quant à lui, est le combustible fossile qui a les réserves les plus importantes. On estime qu'elles sont de l'ordre de 509,5 milliards de tonnes. Ces réserves concernent le charbon qualifié d'anthracite et le bitumeux. La majeure partie de ces réserves est localisée aux Etats-Unis (21,9%), en Inde (14,3%), en Chine, (12,2%) et en Australie (9,3%). Au rythme actuel d'extraction et sans nouvelles découvertes, l'industrie charbonnière a encore 230 ans d'activité en perspective.

Concernant les ressources en uranium connues aujourd'hui, incluant celles raisonnablement accessibles, on estime qu’elles sont supérieures à 4 millions de tonnes d'uranium. Si l'on considère les besoins actuels pour le parc électronucléaire mondial - qui consomme annuellement environ 50 000 tonnes d'uranium naturel - les ressources conventionnelles représentent environ 50 ans d'approvisionnement. L'ajout des ressources additionnelles estimées conduit à un total supérieur à 6,3 millions de tonnes ce qui repousse encore la perspective d'épuisement, même dans l'hypothèse d'une demande en continuelle croissance et sans tenir compte de la mise au point de nouveaux combustibles encore plus performants ainsi que de nouveaux réacteurs. (cf. enjeux de l’électricité ci-après) L'analyse détaillée des ressources en uranium montre une bonne répartition entre pays producteurs et zones géographiques avec en particulier un risque géopolitique faible pour deux des trois pays recelant les ressources les plus importantes (Australie et Canada). L'estimation des ressources - dites spéculées - repose principalement sur les relevés géologiques effectués avec les techniques d'exploration actuelles, et leurs extrapolations. Elle chiffre à plus de 10,5 millions de tonnes ces réserves.

● Les enjeux liés à la combustion des énergies fossiles Que ce soit pour se déplacer (cf. dossier ECOMOBILITE), pour produire des objets (cf. dossier ECOSONSOMMATION), chauffer nos habitations ou produire de l’électricité (cf. enjeux liés à la production de l’électricité ci-après), l’utilisation des énergies fossiles implique la problématique de la combustion.

Aujourd'hui, l'utilisation par l'humanité de quantités considérables de combustibles fossiles est à l'origine d'un déséquilibre important du cycle du carbone, ce qui provoque une augmentation de la concentration de gaz à effet de serre dans l'atmosphère terrestre et, par voie de conséquence, entraîne des changements climatiques (cf. dossier ECOMOBILITE).

Par ailleurs, les énergies fossiles émettent aussi du dioxyde de soufre et de l'oxyde d'azote, éléments responsables notamment des pollutions acides.

● Les enjeux liés à la production d’électricité Petits rappels concerna électrique Dans l’Histoire : Électricité est un mot provenant du grec êlektron signifiant ambre jaune. Les anciens Grecs avaient découvert qu’en frottant l’ambre jaune, celui-ci produisait une attirance sur d’autres objets et, parfois des étincelles. Ils ont donc appelé cette force électricité.

Une période d'observation commence au XVIIe siècle où l'on apprend à créer de l'électricité statique. Monsieur Du Fay dit Charles-François de Cisternay, en 1733 découvre les charges positives et négatives, observe les interactions entre ces charges. Mais c'est Coulomb qui énonce les premières lois physiques.

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En 1799, Alessandro Volta invente la pile électrique et en 1868 le belge Zénobe Gramme réalise la première dynamo. En 1879, Thomas Edison présente sa première ampoule électrique à incandescence. Une centrale hydraulique de 7 kW est construite la même année à Saint-Moritz, puis, en 1883, Lucien Gaulard et John Dixon Gibbs créent la première ligne électrique. En 1889, une ligne de 14 km est construite dans la Creuse, entre la Cascade des Jarrauds, lieu de production, et la ville de Bourganeuf.

L'électricité se développe alors progressivement pendant le XXe siècle, d'abord dans l'industrie, l'éclairage public et le chemin de fer avant d'entrer dans les foyers. Différents moyens de production de l'électricité se développent ….

Qu’est-ce que l’électricité et le courant électrique : C'est le mouvement des charges électriques dans la matière qui est à l'origine de l'électricité.

Un courant est dit continu lorsqu'il s'écoule continuellement dans une seule direction.

Le sens du courant électrique est par défaut le sens conventionnel du courant : du pôle + vers le pôle -.

En réalité, les électrons circulent de la borne négative vers la borne positive.

Le courant continu est produit par l'activité chimique d'une batterie ou d'une pile dans un circuit électrique fermé.

C'est le cas par exemple dans une lampe électrique.

Un courant est dit alternatif lorsqu'il circule alternativement dans une direction puis dans l'autre à intervalles réguliers appelés cycles. Il est produit par la rotation d'un alternateur.

C'est le cas par exemple dans les centrales électriques.

L'électricité est produite grâce à une turbine et un alternateur (= un générateur).

1/ Une énergie en mouvement (eau) ou sous pression (vapeur d'eau) fait tourner une turbine.

2/ La turbine fait tourner l'axe sur lequel est fixé le rotor de l'alternateur, composé d'une série d'électroaimants.

3/ L'interaction entre les électroaimants mobiles du rotor et les bobines de fils de cuivre fixes qui composent le stator de l'alternateur produit un courant électrique.

4/ L'électricité est consommée au moment même où elle est produite car elle ne se stocke pas.

(Pour compléments : http://www.edf.com/html/panorama/electricite/intro.html ) Moyens de production : La méthode la plus courante pour produire de grandes quantités d'électricité est donc d'utiliser un générateur, convertissant une énergie mécanique en une tension alternative.

Cette énergie d'origine mécanique est la plupart du temps obtenue à partir d'une source de chaleur (vapeur), issue elle-même d'une énergie primaire, telles les énergies fossiles, pétrole, nucléaires ou une énergie renouvelable, l'énergie solaire. On peut également directement utiliser une énergie mécanique, l'énergie hydraulique ou l'énergie éolienne.

Cependant, la source n'est pas forcément mécanique, on peut penser aux piles ou aux panneaux solaires photovoltaïque par exemple.

Notre production française d’électricité est assurée à 87% par le nucléaire et à 13% par l'hydraulique et l'éolien. (source : DGEMP / Observatoire de l'énergie Juin 2008) Consommation : L'électricité représente environ un tiers de l'énergie consommée dans le monde.

En France, en 2004, la consommation électrique moyenne était de 1200 kWh / habitant. Pour un couple avec 2 enfants, cette consommation moyenne se situe entre 2500 et 3100 kWh (hors chauffage).

Comme le montre le graphique ci-dessous, notre consommation est croissante :

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Origine de l'énergie consommée dans les logements

(Source : ministère chargé de l'Industrie (DGEMP), d'après Ceren.)

Les enjeux liés à la combustion des énergies fossiles Comme le montre le graphique ci-dessous, la production d’électricité au niveau mondial reste essentiellement assurée par les énergies fossiles.

Production mondiale d'électricité 2006

Géothermie 0,3% Eolien 0,6% Biomasse 1,1% Déchet non renouvelables 0,2% Hydraulique 16,6% Nucléaire 15% Fossile 66,2%

(source : Observ’er, EDF)

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En France, lors de pics de consommation aux heures de pointe ou lors de vagues de froid (chauffage électrique) ou de grande sécheresse (fonctionnement des climatiseurs), ce sont les centrales thermiques à flamme qui produisent le complément d'électricité nécessaire.

28 unités de production sont en exploitation en France aujourd'hui. 3 unités actuellement en arrêt seront remises en service en 2008.

Elles sont mises en service environ 1 000 à 1 500 h par an et 12 min suffisent aux plus performantes pour commencer à produire. (Par comparaison, les 58 réacteurs nucléaires fonctionnent chacun environ 6 000 h par an). (source : EDF) Environ 75 % de la production française d'électricité d'origine thermique à flamme est assurée par 6 régions : (Observatoire de l'Energie - 2004) • • • • • • •

Lorraine = 19,2 % Provence-Alpes-Côte d'Azur = 14,7 % Île-de-France = 12,5 % Haute Normandie = 11,6 % Nord-Pas-de-Calais = 10,4 % Pays de la Loire = 6,9 % l'ensemble des autres régions = 24,7 %

La localisation des centrales

Par conséquent, la production d’électricité est donc en partie responsable des émissions de gaz à effet de serre et de la pollution atmosphérique même si en France, les enjeux liés à la production d’électricité sont plutôt les enjeux du nucléaire (cf. ci-après)

Centrale thermique fonctionnant au charbon en Allemagne.

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Les enjeux liés à l’énergie nucléaire En France, plus de 80 % de l’électricité est produite par 58 réacteurs nucléaires d'Électricité de France (EDF) répartis sur 19 sites (34 tranches de 900 MWe, 20 tranches de 1 300 MWe et 4 tranches N4 de 1 500 MWe) auxquels s'ajoute le réacteur à neutrons rapides Phénix (230 MWe) appartenant au CEA et dont la finalité est la recherche. En janvier 2005, l'âge moyen des centrales françaises en fonctionnement est de 19 ans (à partir de leur mise en service industriel).

(source : EDF)

. (source : DGEMP-DIREM 2008)

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Or, au-delà de la problématique des stocks d’uranium (cf. ci-avant), la production d’électricité par le biais de centrales nucléaires entraîne d’autres enjeux.

Ne dégageant pratiquement pas de gaz à effet de serre, elle apparaît comme une réponse pertinente. Cependant, la généralisation de l’utilisation du nucléaire pose certains problèmes spécifiques : -

risques d’accidents très graves (Tchernobyl…) et impossibilité de garantir une sécurité absolue en cas de troubles insurrectionnels ou de conflits militaires ;

-

dangers persistants dus aux déchets* que l’on ne sait pas encore traiter convenablement et au démantèlement des centrales hors service ;

-

risques de détournement des applications civiles à des fins militaires.

La polémique ne cesse de rebondir : les écologistes allemands sont parvenus à interrompre la mise en place de centrales nucléaires dans leur pays ; par contre, un récent prix Nobel français, Georges Charpak a publié en 1997, un plaidoyer convaincant en faveur de l’énergie nucléaire. * compléments En effet, un des principaux inconvénients, pour l'environnement, de l’énergie nucléaire est la production de déchets radioactifs.

Or, bien que la quantité de déchets nucléaires soit nettement moins importante que celle des autres types de déchets (moins de 1kg par habitant et par an, contre 800kg de déchets industriels et 2200kg de déchets ménagers par habitant et par an), leur dangerosité est importante. Aujourd'hui, en France, les déchets de différentes natures sont séparés des matières énergétiques par retraitement et font l'objet d'un confinement et d'un entreposage.

La stratégie de traitement-recyclage choisie par la France permet d'extraire des combustibles usés environ 96% de matières énergétiques réutilisables, dont 95% d'uranium et 1% de plutonium (soit un potentiel énergétique important), les 4% de déchets ultimes étant composés de produits de fission et d'actinides mineurs.

90% des déchets radioactifs sont peu ou moyennement radioactifs et deviennent inoffensifs en moins de 300 ans. Le choix de leur mode de gestion a été fait il y a déjà plusieurs années par la mise en place, à l'échelle industrielle, de centres de stockage de surface gérés par l'Andra. Pour les 10% restants, responsables de 95% de la radiotoxicité totale, et constitués notamment des déchets issus du traitement du combustible usé, le choix d'un mode de gestion industriel n'a pas encore été arrêté.

La situation actuelle consiste à les entreposer dans des conditions de sûreté et de contrôle très strictes mais compte tenu de leur radioactivité importante qui peut perdurer sur des milliers d'années, la problématique reste entière.

Les enjeux liés à l’énergie hydraulique La production d’électricité à partir de l’énergie hydraulique représente dans le monde près de 17% de la production totale et le graphique ci-dessous montre que c’est la première énergie renouvelable utilisée pour cette production (près de 90%).

En France, c’est la 2ème source de production d’électricité.

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Production mondiale d'électricité d'origine renouvelable-2006

Géothermie 1,70% Eolien 3,50% Biomasse 5,70% Solaire 0,20% Hydraulique 89% Energie marine 0,02%

(source : Observ’er, EDF)

L'hydroélectricité est considérée comme une énergie propre et inépuisable.

(source : guide ADEME)

Cependant des impacts environnementaux peuvent être très importants, surtout lors de la mise en place de structures souvent lourdes permettant la récupération d'énergie hydraulique.

Ces impacts varient avec le type et la taille de la structure mise en place : ils sont faibles s'il s'agit d’exploiter les chutes d’eau naturelles, les courants marins, les vagues, mais ils deviennent très importants s'il s’agit de créer des barrages et des retenues d'eau artificielles.

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Centrale hydroélectrique de Ybbs-Persenbeug en Autriche

L’Homme construit des barrages depuis des milliers d'années pour maîtriser les crues, produire de l'énergie hydraulique, assurer l'approvisionnement en eau potable, alimenter l'industrie ou irriguer les champs.

Au fur et à mesure de la croissance démographique et du développement économique, la taille et le nombre des barrages augmentent pour fournir de l'électricité ou permettre l’irrigation des 30 à 40 % des 271 millions d'hectares irrigués dans le monde. Cette multiplication du nombre et de la taille des barrages soulève depuis quelques années des questions liées à l’impact social et environnemental de ces ouvrages car ils fragmentent les rivières, transforment les bassins versants, ont un impact négatif sur la faune et la flore* et obligent 40 à 80 millions de personnes a déménager….

Depuis quelques années, à mesure que le parc de barrages mondiaux vieillit, que les changements climatiques potentiels risquent de modifier le régime hydrologique mondial et que le terrorisme international s’intensifie, la sécurité des barrages devient d’actualité.

Concernant le bilan en gaz à effet de serre des systèmes hydroélectriques est nettement positif. Il faut néanmoins tenir compte qu’il faut plusieurs années avant que le CO2 dépensé lors de sa construction soit compensé par l’électricité produite.

Toutefois, certaines recherches émettent des doutes sur le bilan en gaz à effet de serre des systèmes hydroélectriques. L'activité bactériologique dans l'eau des barrages, surtout en régions tropicales, relâcherait d'importantes quantités de méthane (gaz ayant un effet de serre 20 fois plus puissant que le CO2). À ce jour, près de la moitié des fleuves dans le monde compte au moins un grand barrage (hauteur supérieure à 15m). Selon la Commission internationale des grands barrages (CIGB). * Par le passé, les barrages construits ont conduit au dépeuplement des rivières en espèces migratrices (anguilles, saumons,...). En adoptant des mesures compensatoires telles que des échelles à poissons, la situation des rivières européennes tend à s'améliorer lentement.

Les enjeux liés à l’énergie solaire photovoltaïque Grâce à l’énergie solaire, c’est-à-dire grâce au flux des photons (particules de lumière) sur la surface terrestre, on peut fabriquer de l’électricité.

Principe de fonctionnement du photovoltaïque

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Une cellule photovoltaïque est composée de matériaux semi-conducteurs. Ceux-ci sont capable de transformer l'énergie fournit par le soleil en charge électrique donc en électricité car la lumière du soleil excite les électrons de ces matériaux.

Le silicium est le principal composant d'une cellule photovoltaïque. Le silicium est l'élément le plus abondant dans la croûte terrestre après l'oxygène, soit 25,7 % de sa masse. Il n'existe pas à l'état libre mais sous forme de composés : sous forme de dioxyde, la silice (dans le sable, le quartz, la cristobalite, etc . . .) ou de silicates (dans les feldspath, la kaolinite, etc.).

Il est utilisé depuis longtemps sous forme d'oxyde de silicium amorphe (silice ou SiO2) comme composant essentiel du verre.

Schéma de fonctionnement d'une cellule photo-électrique. (source : ECONOLOGIE.com)

Technologies disponibles sur le marché.

Les modules actuels se distinguent en fonction du type de silicium qu'ils utilisent : - silicium monocristalin : les capteurs photovoltaïques sont à base de cristaux de silicium encapsulés dans une enveloppe plastique.

- silicium polycristalin : Les capteurs photovoltaïques sont à base de polycristaux de silicium, moins coûteux à fabriquer que le silicium monocristalin, mais qui ont aussi un rendement un peu plus faible. Ces polycristaux sont obtenus par fusion des rebuts du silicium de qualité électronique.

- silicium amorphe: les panneaux "étalés" sont réalisés avec du silicium amorphe au fort pouvoir énergisant et présentés en bandes souples permettant une parfaite intégration architecturale.

Les constructeurs de cellules.

Les cinq plus grandes firmes fabriquant des cellules photovoltaïques se partagent 60% du marché mondial. Il s'agit des sociétés japonaises Sharp et Kyocera, des entreprises américaines BP Solar et Astropower, et de l'allemande RWE Schott Solar. Le Japon produit près de la moitié des cellules photovoltaïques du monde.

Applications de l'énergie électrique solaire Le premier domaine à avoir utilisé cette énergie est le domaine spatial. En effet, quasiment toute l'énergie électrique des satellites est fournie par le photovoltaïque (certains satellites auraient des petits moteurs stirling).

Actuellement les principaux domaines d'utilisation sont les habitations isolées mais aussi pour des appareils scientifiques tels que des sismographes. Mais le petit capteur de votre machine à calculer est également une cellule photovoltaïque !

Avantages - Energie électrique non polluante à l'utilisation et s'inscrit dans le principe de développement durable, - Source d'énergie renouvelable car inépuisable à l'échelle humaine,

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- Utilisables soit dans les pays en voie de développement sans réseau électrique important soit dans des sites isolés tels qu'en montagne où il n'est pas possible de se raccorder au réseau électrique national.

Inconvénients - Coût du photovoltaïque est élevé car il est issu de la haute technologie, coût dépend de la puissance de crête, le coût actuel du watt crête est d'environ 3,5€ soit environ 550€/m² de cellules solaires, - le rendement actuel des cellules photovoltaïques reste assez faible (environ 10% pour le grand public) et donc ne délivre qu'une faible puissance, - marché très limité mais en développement - production d'électricité ne se fait que le jour alors que la plus forte demande se fait la nuit, - le stockage de l'électricité est quelque chose de très difficile avec les technologies actuelles (coût des batteries très élevé), - durée de vie : 20 à 25 ans, après le silicium "cristallise" et rend inutilisable la cellule, - pollution à la fabrication : en effet, divers traitements du sable permettent de purifier le silicium qui est alors chauffé et réduit dans un four. Le produit obtenu est un silicium dit métallurgique, pur à 98% seulement. Ce silicium est ensuite purifié chimiquement et aboutit au silicium de qualité électronique qui se présente sous forme liquide. Par la suite, ce silicium pur va être enrichi en éléments dopant (P, As, Sb ou B) lors de l'étape de dopage, afin de pouvoir le transformer en semi-conducteur de type P ou N. - la production des cellules photovoltaïques nécessite de l'énergie, et on estime qu'une cellule photovoltaïque doit fonctionner environ 2 à 3 ans suivant sa technologie pour produire l'énergie qui a été nécessaire à sa fabrication (retour énergétique du module) - de même en fin de vie : le recyclage des cellules pose des problèmes environnementaux.

Les enjeux liés à l’énergie éolienne Certaines éoliennes permettent de transformer l'énergie mécanique du vent en énergie électrique : on les appelle des aérogénérateurs.

Schéma d'une éolienne de type aérogénérateur.

Comme toute production électrique, la capacité de production énergétique d'une éolienne s'exprime en kilowatts (kW) voire en mégawatts (1 MW équivalant à 1000 kW).

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Cette faculté qu'à une éolienne à produire cette énergie est définie par sa puissance nominale.

A conditions égales, de deux éoliennes, celle fournissant le plus d'énergie sera celle dont la puissance nominale est la plus élevée.

La puissance nominale indicative de chaque éolienne correspond à la quantité d'énergie que celleci pourra produire, en 1 heure, dans des conditions optimales.

Exemple : une éolienne d'une puissance optimale d'1 MW et fonctionnant à plein régime pourra ainsi générer toutes les heures une énergie équivalant à 1 MW (soit une production électrique annuelle de 8760 MW).

Une éolienne destinée à la production d'énergie d'un seul foyer dispose généralement d'une puissance nominale ne dépassant pas les 10 kW. Quant aux aérogénérateurs de plus grande envergure, ils affichent le plus souvent une puissance nominale d'1 ou 2 MW. Certaines éoliennes (notamment celles installées en pleine mer) peuvent fournir une consommation de 5MW/h et ainsi alimenter en électricité (chauffage inclus) une ville de 5000 habitants (250 de ces gigantesques éoliennes suffiraient à remplacer avantageusement une centrale nucléaire).

- Impacts sur la santé : La nacelle de l’éolienne comporte une génératrice électrique. Elle produit donc comme tout appareil électrique (électroménager, téléviseur, téléphone portable, lignes électriques, …), un champ électromagnétique. Mais ce champ est négligeable et peu susceptible d’avoir des effets sanitaires sur les hommes ou sur les animaux.

Par ailleurs, depuis plus de 20 ans au niveau mondial, aucun riverain ou visiteur de parc n’a été blessé ou tué. La plupart des grandes éoliennes résistent à des conditions extrêmes (vents de 180 km/h voir 250 km/h pendant 5s) et sont fabriquées avec des matériaux composites extrêmement légers et résistants.

- Le bruit : Les éoliennes anciennes produisent un bruit de 55 dB à leur pied (bruit d’une machine à laver). A 250m, on descend en dessous de 50dB et une grande éolienne ne doit pas être construite à moins de 500m des habitations (moins de 35 dB).

- Impacts sur la faune : Les éoliennes, selon certains, pourraient constituer pour la migration des oiseaux un obstacle mortel. En effet, les pales en rotation sont difficilement visibles par mauvais temps ou la nuit. Les oiseaux peuvent alors entrer en collision avec celles-ci. Plus le parc éolien est dense, plus ce risque est grand. Cependant, aucune étude sérieuse ne semble actuellement avoir démontré la réalité du danger pour les oiseaux. La LPO (Ligue de Protection des Oiseaux) se montre favorable au développement de parcs éoliens si ceux-ci sont construits en suivant ses recommandations : pas sur les couloirs de migration, pas sur les sites de nidification, pas dans les zones en présence d’espèces menacées.

- Impact esthétique : affaire de goût avec cependant l’avantage d’avoir un réseau de raccordement enfoui contrairement aux pylônes électriques.

- Impact foncier : la crainte de dépréciation du foncier et de l'immobilier à proximité des parcs éoliens peut être légitime mais certaines études montrent que l'éolien n'a que peu d'influence sur les cours de l'immobilier à l’heure actuelle. Par ailleurs, les propriétaires fonciers reçoivent souvent un paiement pour l’utilisation de leur terrain, ce qui augmente leur revenu ainsi que la valeur du terrain. (Les loyers sont autour de 1 500 à 2 000 € par MW).

- Impact sur l’ombrage (pour les cultures notamment) : entre 5 et 12h/an !

- Autres impacts : Il s’agit d’une forme d’énergie indéfiniment durable et propre. Elle ne nécessite aucun carburant. Elle ne crée pas de gaz à effet de serre (sauf si l'on considère que ce type d'énergie est intermittent et nécessite l'utilisation de centrales thermiques constamment au ralenti afin de réguler les variations imprévisibles de la production éolienne). Chaque mégawatt-heure d’électricité produit par l’énergie éolienne aide à réduire de 0,8 à 0,9 tonne les émissions de CO2 Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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rejetées chaque année par la production d’électricité d'origine thermique. Lorsque de grands parcs d’éoliennes sont installés sur des terres agricoles, seulement 2 % du sol environ est requis pour les éoliennes. La surface restante est disponible pour l’exploitation agricole, l’élevage et d’autres utilisations. La propriété des aérogénérateurs par des particuliers et la communauté permet aux gens de participer directement à la conservation de notre environnement. Selon EDF, « [...] l'énergie éolienne se révèle une excellente ressource d'appoint d'autres énergies, notamment durant les pics de consommation, en hiver par exemple. » Les éoliennes permettent au travers de la taxe professionnelle de participer au développement local avec une contribution annuelle de l'ordre de 10 000 € par MW (ce chiffre peut varier en fonction des communautés de communes concernées). Certaines communes rurales peuvent ainsi revivre et assurer des travaux pour lesquels elles s'endettaient jusque là. Elle ne produit pas de déchets toxiques ou radioactifs car une éolienne est constituée principalement de métal et de matière plastique. Une éolienne est en grande partie recyclable car construite en acier. Après son temps de fonctionnement (environ 20 ans), elle est entièrement démontable. On peut même si besoin retirer la fondation en béton. Elle n'aura laissé aucun produit contaminant autour d'elle et pourra être facilement remplacée.

- Limites : l’énergie éolienne est une énergie intermittente nécessitant appoint ou stockage (cf. chapitre sur les piles, accumulateurs et batteries ci-après). De plus, l'énergie éolienne, exige énormément de surface et des sites idéalement ventés.

Les enjeux liés à la distribution d’électricité Les pylônes soutiennent différents types de câbles : les conducteurs, qui transmettent l'énergie électrique ; le câble de garde qui protège la ligne contre la foudre, et les haubans qui sont les câbles d'ancrage assurant la résistance mécanique du support.

Un faisceau de conducteurs est un groupe de deux, trois ou quatre conducteurs ; leur écartement constant est assuré par une entretoise. Les faisceaux permettent de réduire les pertes par effet couronne, le bruit audible et les interférences radio sur les lignes à haute tension. Ils optimisent ainsi le transport de l'électricité : par exemple, quatre petits conducteurs de 3 cm de diamètre sont aussi efficaces qu'un seul conducteur de 46 cm de diamètre, qui serait en outre beaucoup plus lourd.

Les pylônes à haute tension comportent trois faisceaux de conducteurs, un par phase de courant.

Les conducteurs

L'entretoise-amortisseur

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(source : Hydroquébec.com)

Pourquoi y a-t-il autant de fils sur les pylônes ?

Le courant alternatif produit par les centrales et transmis sur les lignes à haute tension est divisé en trois parties, ou phases. Chaque phase comprend entre un et quatre fils, ou conducteurs, selon le niveau de tension. Lorsqu’il y a plus d’un conducteur dans une phase, on parle alors d’un faisceau de conducteurs. Ce courant dit triphasé favorise le transport plus stable de l’électricité et occasionne moins de pertes d’énergie.

Pourquoi les câbles électriques ne sont-ils pas droits ?

Entre deux immenses pylônes, on voit bien que les fils qui transportent le courant s’inclinent vers le sol. S’ils étaient droits, les pylônes risqueraient de s’effondrer ! Les fils sont courbés pour que la force nécessaire à les maintenir en place soit moins grande ; autrement, il faudrait que les pylônes soient encore plus robustes… et plus coûteux. C’est facile de soulever un dictionnaire en le prenant dans nos mains, car toute la force qu’on exerce est concentrée à la verticale. Si vous êtes deux qui tentez de le soulever avec une corde, c’est une autre histoire. À mesure que l’objet monte, la force horizontale augmente… si on tire trop fort, on risque d’attirer notre partenaire vers nous.

Les lignes électriques sont-elles dangereuses pour la santé ?

La question fait débat depuis le début des années 80. La circulation du courant dans une ligne électrique crée autour de celle-ci des champs magnétiques à très basse fréquence. Ceux-ci peuvent créer à l’intérieur de l’organisme des champs et des courants électriques, avec d’éventuels effets biologiques et sanitaires. Des études épidémiologiques ont montré qu’il pouvait exister une association entre une forte exposition à ces champs et la leucémie de l’enfant, mais la Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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cause de cette association n’est pas établie. Des études de laboratoire sur l’homme et l’animal n’ont pas montré d’effets de façon reproductible.

De plus, sous une ligne haute tension, les champs magnétiques atteignent au maximum 20 microteslas, nettement moins que les limites d’exposition quotidienne recommandées par l’Union Européenne (100 microteslas pour le public, 500 microteslas pour les travailleurs). Mais en 2001, un rapport publié par le Centre International de Recherche sur le Cancer (CIRC) a classé les champs magnétiques à très basse fréquence dans la catégorie des agents « peut-être cancérogènes pour l’homme »… Tout en recommandant de nouvelles recherches « pour aboutir à des informations plus concluantes ». Face à ces incertitudes, les opposants aux lignes haute tensions demandent l’application du principe de précaution.

Autre enjeu : la biodiversité. Certaines zones traversées par les lignes sont riches en faune et en flore. Ainsi, dans l’aire d’étude du projet de ligne franco-espagnole, on a dénombré 176 espèces d’oiseaux, dont 53 sensibles aux lignes : elles peuvent les heurter soit pendant un vol migrateur soit pendant leurs déplacements locaux. Il existe cependant des moyens de réduire les risques dans ce domaine, notamment grâce à des spirales de couleur posées sur les câbles pour signaler leur présence aux oiseaux migrateurs.

Faut-il enterrer les lignes ?

L’une des solutions de rechange prônées par les opposants aux lignes aériennes est l’enfouissement des câbles dans le sol. Une option qui a l’avantage de préserver le paysage et de protéger les lignes des intempéries (les tempêtes de 1999 avaient endommagé un millier de pylônes, privant des millions de personnes d’électricité). En 2002, RTE (Réseau de Transport d’Electricité), l’organisme chargé du réseau français, s’est engagé à enterrer un quart des nouvelles lignes haute tension de 63 000 et 90 000 volts (environ 375 km sur un total de 1 500 km prévus sur trois ans).

Problème : dans le cas des lignes à très haute tension (400 000 volts), l’enfouissement coûte cher – au minimum 10 fois plus que les lignes classiques – et il reste pour l’instant limité à des distances de quelques kilomètres. De plus, cette technique n’est pas sans conséquences pour l’environnement : travaux importants, emprise au sol allant jusqu’à 14 mètres, gêne pour l’agriculture…

Cette solution séduit néanmoins l’opinion : un sondage réalisé début 2003 à la demande de l’Observatoire de l’Energie montre que 62 % de la population française est prête à accepter une « légère augmentation de sa facture d’électricité » pour financer l’enfouissement des lignes.

Les enjeux liés à la production des accumulateurs et batteries Les piles et accumulateurs sont des dispositifs électrochimiques : ils transforment l'énergie d'une réaction chimique en énergie électrique.

Dans une pile les réactifs sont introduits à la fabrication, quand ils sont épuisés on doit remplacer la pile par une neuve. Une pile est donc utilisable une fois.

Un accumulateur (ou pile rechargeable) est utilisable plusieurs fois en le rechargeant (cf. chapitre ).

Une batterie est un assemblage de piles ou d'accumulateurs.

La pile a été inventée par le savant italien Alessandro Volta en 1800. Cette date constitua un tournant pour le siècle, mais également pour l’histoire de l’électricité. La pile de Volta est en effet la première source d’électricité qui permet d'avoir dans un circuit du courant continu. Elle doit son nom à sa forme originelle, un empilement régulier de disques de cuivre et de zinc séparés par un carton imprégné d’eau salée. Les disques de cuivre et de zinc sont appelés électrodes de la pile et la solution de sel, l’électrolyte. Ce sont les réactions chimiques entre ces différents composants qui vont donner naissance à de l’électricité.

Principe

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Sur le graphique de droite, on peut voir le fonctionnement d'une pile électrochimique. Dans le récipient de gauche, une tige de zinc est plongée dans du sulfate de zinc (Zn2+). Dans le récipient de gauche, on a plongé du cuivre dans le sulfate de cuivre (Cu2+). Il y a alors une réaction qui dégage des électrons. Le trajet de ce flux passe du zinc, qui est l'anode, jusqu'à l'appareil. Ensuite, il continue pour arriver à la cathode qui est le cuivre dans ce cas. Pour ce qui est du pont salin, son rôle est de permettre aux ions de passer d'un bord à l'autre.

Mais il existe de nombreux types de piles (salines, alcalines…) qui possèdent tous des caractéristiques propres en matière de performance et de prix mais surtout, en terme de "potentiel toxique" et donc de risques pour la santé et l'environnement.

Car les piles sont un concentré de substances chimiques de toxicité variable : plomb, zinc, mercure, lithium, manganèse, cadmium, nickel...

Production La fabrication d’une pile réclame 40 fois plus d’énergie qu’elle ne pourra en restituer.

De plus cette fabrication est extrêmement polluante.

Par ailleurs, 10 à 15 % des piles jetées sont neuves ou contiennent encore 50 % d'énergie.

Consommation En France, chaque année : – plus de 900 millions de piles vendues en 2006 dont 25 millions de piles rechargeables, selon l’Observatoire des piles de l’ADEME, – une consommation (appareils high-tech et nomades, jouets, équipement de la maison…), en augmentation (+ 20 % entre 2005 et 2006).

– la consommation moyenne par foyer : 60 piles/an Fin de vie 70 % des piles ne sont pas recyclés (= qui finissent dans la nature, à la décharge ou sont incinérées avec les ordures ménagères).

Or, après usage, lorsque les piles sont jetées n'importe où, ou qu'elles sont mises en décharges non aux normes, les boîtiers s’altèrent par oxydation et des métaux lourds s'en échappent et se mêlent aux eaux usées, pénètrent le sol puis les nappes phréatiques. Ainsi 95% du mercure des lixiviats (jus) des décharges de déchets ménagers proviennent des piles. Incinérées, ce sont leurs composants toxiques qui se dégagent dans les fumées ou restent dans les cendres. Ces Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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composants toxiques, très persistants dans le temps, pénètrent plus ou moins rapidement et directement les chaînes alimentaires, exposant l’homme à une intoxication lente mais certaine.

Les métaux lourds absorbés s'accumulent spécifiquement dans différents organes (les reins, le foie et même le cerveau) et provoquent des troubles divers et variés propres à chaque métal (dérangements intestinaux, troubles de l’audition et de la vue, du métabolisme osseux, du système nerveux… certains sont cancérigènes).

Une pile bouton au mercure jetée dans la nature pollue 1m3 de terre et 1 000m3 d'eau pendant 50 ans.

Quant aux déchets que l’on met à la poubelle ils sont soient incinérés soit conduits dans des sites d’enfouissement. Or, l’incinération des piles produit un gaz extrêmement toxique que l’on nomme dioxine qui se répandra dans l’atmosphère engendrant ainsi une très grave pollution de l’air. Les cendres, déchets ultimes de cette combustion, renfermeront une très forte concentration de métaux lourds (mercure (Hg), cadmium (Cd), lithium (Li), manganèse (Mn)…) qui eux pollueront le sol et les nappes phréatiques.

La France dispose pourtant de sites de traitement (6 sites pour le traitement des piles, un site pour les accumulateurs au nickel-cadmium et 4 pour les accumulateurs au plomb) d'une capacité théorique supérieure à la totalité des quantités mises sur le marché.

Les différentes techniques utilisées pour le recyclage sont hydrométallurgique (Eurodieuze, Récupile), pyrométallurgique (Citron, Valdi) ou thermique (Duclos environnement, MBM).

L'hydrométallurgie : après un broyage des piles usagées, la poudre composée de manganèse, de zinc, de potasse, de graphite et de mercure est "attaquée" avec de l'acide sulfurique ou de la soude. A la suite de diverses opérations –selon les procédés- de filtrage, broyage, mise en circuit dans un champ électrique, électrolyse, cémentation, on récupère des produits réutilisables.

Pour une tonne de piles usagées : 130 kg de ferrailles (réutilisées en aciérie), 300 à 350 kg de zinc et 300 à 350 kg de manganèse, ainsi que le mercure résiduel sont récupérés avec ce procédé.

Le traitement pyrométallurgique/thermique : les piles usagées sont introduites dans un four qui va permettre de séparer les métaux par condensation (grâce aux différentes températures d'évaporation des métaux) et par différence de densité. Les métaux sont récupérés dans les fumées par lavage et traitement physico-chimique.

Pour une tonne de piles usagées, le procédé pyrométallurgique permet de récupérer 150 kg de zinc, 350 kg d'alliage fer/manganèse et 40 kg de laitier (résidu de métaux) ainsi que le mercure résiduel récupéré grâce à des systèmes de condensation et de lavage de gaz.

Les composants métalliques sont récupérés et valorisés, les composants chimiques sont soit détruits dans des installations adaptées, soit réutilisés pour la fabrication d'autres piles, soit recyclés dans l'industrie chimique.

Ainsi, ce sont près de 4 500 tonnes de zinc (pour faire des gouttières pluviales entre autres), 5 500 tonnes de manganèse (réutilisé par exemple pour des peintures anti-rouille), 10 à 12 tonnes de mercure (dans des applications industrielles spécifiques) environ qui pourraient être réutilisées si toutes les piles étaient recyclées ! Sans parler du noir de carbone pour faire des revêtements routiers, de l’acier, qui après remise en fusion, va permettre de fabriquer, par exemple, des carrosseries de voitures et du plomb et du cadmium qui sont réutilisés pour fabriquer de nouvelles batteries.

Certes, le recyclage des matériaux contenus dans les piles doit être encore amélioré pour dépasser les 65% de matières valorisées. Ce pourcentage est variable actuellement selon le type de pile (et donc de composant) et aussi selon la méthode utilisée. Mais des recherches en cours visent à atteindre, comme pour les batteries au plomb ou les accumulateurs Ni-Cd, plus de 75% de valorisation en poids.

Mais pour les recycler, il faut les collecter !

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Il apparaît clairement que des efforts sont faits au niveau législatif pour prendre en compte la gestion et le retraitement des piles usagées. Mais le processus est très lent et bien que les capacités de recycler soient améliorées, le taux de piles collectées reste trop insuffisant en France : 32% en 2004.

Pourtant, la Communauté Européenne a adopté une directive en 1991 qui prévoit la collecte des piles contenant du plomb, du cadmium et du mercure. Puis, en 1999, elle a adopté une nouvelle directive qui interdit la mise sur le marché de piles contenant plus de 5 ppm (particule par million) de mercure. Elle travaille actuellement sur une directive obligeant à la collecte de toutes les piles avec un objectif de collecte et de recyclage de 75% par rapport à celles jetées.

La France a devancé ces nouvelles obligations avec le décret de 1999 qui rend obligatoire la collecte de toutes les piles depuis 2001. Ainsi, les revendeurs de piles grossistes ou détaillants ont désormais l'obligation de procéder à la collecte des piles usagées rapportées par les consommateurs en vue de leur recyclage.

Les enjeux globaux liés à la production d’électricité Considérons 100 unités d’énergie. La transformation de la source d’énergie jusqu’à la production d’électricité entraîne une perte d’énergie de près de 60 unités.

Pour être acheminée dans les foyers, les industries, etc., l’électricité est transportée dans les câbles électriques. Si l’on prend en compte ce transport, 63 unités auront été perdues au total, et 37 unités environ seront réellement utilisées.

Ainsi, pour chauffer un logement à l’électricité, des énergies fossiles ou de l’uranium ont été puisés à plusieurs centaines de mètres sous terre et à des milliers de kilomètres de chez nous, puis transformés en énergie électrique (par combustion ou par réaction nucléaire). L’électricité a ensuite été acheminée jusqu’à notre domicile et enfin reconverti en chaleur !

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5- COMMENT MESURE-T-ON L’ÉNERGIE ?

L'énergie est un concept créé par les humains pour quantifier les interactions entre des phénomènes très différents ; c'est un peu une monnaie d'échange commune entre les phénomènes physiques.

ENERGIE (Wh) = PUISSANCE (Watts) x TEMPS (heure)

Les unités de mesure ● L’unité légale utilisée pour l’énergie est le joule (J) : travail produit par une force de 1 newton dont le point d’application se déplace de 1 mètre dans la direction de la force.

1 kilojoule (kJ) = 1 000 J (10³ J) 1 mégajoule (MJ) = 1 000 kJ 1 gigajoule (GJ) = 1 000 MJ 1 tétrajoule (TJ) = 1 000 GJ 1 petajoule = 1 000 TJ 1 exajoule (EJ) = 1 000 PJ Exemple : La consommation d’énergie finale dans l’Union Européenne en 1998 = 40,2 EJ. ● Le newton (symbole : N) est l'unité SI (système international) de force, nommé ainsi en l'honneur d'Isaac Newton pour ses travaux en mécanique classique. Un newton est la force capable de communiquer à une masse de 1 kilogramme une accélération de 1 m/s² (ce qui peut se lire Un newton est la force capable de communiquer à une masse de 1 kilogramme une augmentation de vitesse de 1 mètre par seconde chaque seconde, ou encore de 3,6 kilomètres par heure par seconde) Cette unité dérivée du système international s'exprime en unités de base comme étant le (kg x m) / s2.

Le système international impose d'écrire le nom de l'unité avec une minuscule et le symbole (N) avec une majuscule.

On utilise un dynamomètre pour mesurer les forces. ● L’énergie qui est fournie à un système durant une unité de temps pour effectuer un travail est la puissance. La puissance est exprimée en Watt (W) : puissance d’un système énergétique dans lequel est transférée une énergie de 1 joule pendant 1 seconde. ● On trouvera cependant plus fréquemment des données en Watt heure (Wh), ou même en kilo Watt heure (kWh), soit 10³ Wh. Le watt heure corresponde à l’énergie produite pendant une heure par u système d’une puissance de 1 Watt, soit 3600 joules ou 3,6 kJ. Ex : 1 kilo-Watt-heure (kWh) = la consommation : - d’1 lampe halogène de 500 Watts pendant 2 heures - de 5 ampoules de 100 Watts pendant 2 heures - de 25 lampes basse consommation (de 20 W) pendant 2 heures.

C’est aussi l’énergie dépensée par un cycliste qui pédale pendant 10 heures, par une personne qui escalade une montagne de 3 600 mètres. ● L’unité de volume la plus utilisée concernant la consommation de pétrole est le baril, soit 159 litres de pétrole. ● Une tonne de pétrole correspond en moyenne à 7,3 barils de pétrole.

Pour la consommation de chaque forme d’énergie, on utilise un coefficient d’équivalence avec la consommation de pétrole : le kilogramme équivalent pétrole ou la tonne équivalent pétrole (tep). Elle vaut, par définition, 41,868 GJ, ce qui correspond au pouvoir calorifique d'une tonne de pétrole.

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la kilotonne équivalent pétrole (ktep) : 1 ktep = 1 000 tep ; la mégatonne équivalent pétrole (Mtep) : 1 Mtep = 1 000 ktep = 1 000 000 tep.

Exemple : La production d’énergie primaire d’origine renouvelable s’élève en France métropolitaine à 18 Mtep en 2007.

La tep correspond approximativement à : - 1 tonne de pétrole, soit 7,3 barils - 1,5 tonne de charbon - 1 000 m³ de gaz - 2,2 tonnes de bois bien sec - 11 628 kWh d’électricité -

GPL : 1 tonne = 1,095 tep Essence : 1 tonne = 1,048 tep Fioul lourd : 1 tonne = 0,952 tep Lignite : 1 tonne = 0,405 tep Bois : 1 stère = 0,147 tep Plaquette forestière : 1 tonne = 0,4 tep Électricité : 1 MWh = 0,222 tep

● Dans les applications grand public, et notamment dans le domaine de la nutrition, on exprime fréquemment l'énergie en calories ; la calorie est en toute rigueur l'énergie qu'il faut fournir pour faire chauffer un gramme d'eau de un degré Celsius, mais les nutritionnistes nomment par simplification « calorie » ce que les physiciens nomment « kilocalorie ».

Les unités électriques PUISSANCE en Watts (W) = tension en Volts (V) x intensité en Ampères (A) Moyen mnémotechnique « tension » pensez à la « pression à la sortie du robinet » et « intensité » pensez au « débit du robinet »

● L'ohm (symbole Ω qui vient de la lettre grecque « Oméga ») est l'unité dérivée de résistance électrique du système international (SI).C'est la propriété d'un matériau à s'opposer au passage d'un courant électrique.

Autres unités de mesure ● Le degré Kelvin (°K) est l'unité de mesure de température (énergie thermique).

0° Kelvin correspond à la température du 0 absolu.

Le degré Celsius (°C) est égal à l'unité Kelvin (K) dans l'échelle Celsius.

1°C = 1°K + 273.15 Le degré Fahrenheit (°F) est l'unité de mesure de température utilisée dans les pays anglosaxons.

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1 °C = (1°F - 32) / 1.8, Exemple: 60°F Conversion Celsius-Fahrenheit : °F = (°C x 1.8) + 32

=

(60

-

32)

/

1.8

=

15.55°C

● Le lumen (du latin, lumière) est l’unité dérivée du système international utilisée pour le flux lumineux, ou puissance lumineuse. En physique, son symbole est lm. ● Le lux est une unité de mesure de l'éclairement lumineux. Il caractérise le flux lumineux reçu par unité de surface.

Un lux est l'éclairement d'une surface qui reçoit, d'une manière uniformément répartie, un flux lumineux de un lumen par mètre carré.

Les appareils de mesure ● Le wattmètre est un appareil qui mesure la puissance électrique consommée par un récepteur ou fournie par un générateur électrique.

● Un multimètre (également appelé contrôleur universel) est un ensemble d'appareils de mesures électriques regroupés en un seul boîtier, généralement constitué d'un voltmètre, d'un ampèremètre et d'un ohmmètre.

● Le compteur électrique sert à mesurer la quantité d'énergie électrique consommée dans un lieu : habitation, industrie... Il est utilisé par les fournisseurs d'électricité afin de facturer la consommation d'énergie au client. À l'origine ces appareils étaient de conception électromécanique, ils sont remplacés dorénavant par des modèles électroniques. L'unité d'énergie habituellement utilisée pour la consommation électrique est le Kilowattheure (kWh).

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Compteur électrique électromécanique utilisé en France

Compteurs électriques électroniques utilisés en France

● Le thermomètre est un appareil qui sert à mesurer des températures.

Pour mesurer la température de l’air, on utilise un thermomètre à alcool ou un thermomètre numérique.

Les thermomètres modernes à mercure et à alcool furent inventés par le physicien allemand Daniel Gabriel Fahrenheit ; celui-ci proposa également la première échelle de températures à être adoptée assez largement (elle porte son nom), dans laquelle 32 °F est le point de fusion de la glace et 212 °F est le point d'ébullition de l'eau sous pression atmosphérique normale. Depuis, différentes échelles ont été proposées, dont l'échelle centésimale, ou Celsius, conçue par l'astronome suédois Anders Celsius et utilisée dans la plupart des pays : 0 °C est le point de fusion de la glace et 100 °C est le point d'ébullition de l'eau sous pression atmosphérique normale.

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Thermomètre à alcool et thermomètre numérique

● Un luxmètre est un capteur permettant de mesurer simplement et rapidement l'éclairement réel, et non subjectif.

L'unité de mesure est le lux.

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6- SOURCES ÉNERGÉTIQUES ET ÉQUIPEMENTS POUR S’ÉCLAIRER Un peu d’histoire (source : Wikipedia, http://dspt.club.fr/La_lampe.htm, RECYCLUM)

● Le soleil, bien avant l’apparition du premier homme sur la Terre, voilà à peu près 4 milliards d’années inondait déjà de lumière notre planète.

Depuis, notre globe tourne autour du soleil en 365 jours 6 heures 9 minutes, tout en tournant sur lui-même et en cela il nous implique des "horaires d'éclairage" variables suivant les saisons.

D'ailleurs, de nos jours, l'instauration de l'heure d'été et de l'heure d'hiver reste une contrainte économique dans laquelle la part énergétique due à l'éclairage n'est pas négligeable. ● Par la suite, les hommes ont développé différentes techniques au sein de l’habitat afin de pouvoir profiter de la lumière naturelle du soleil : -

l’atrium romain puis le patio

-

les fenêtres (XIIe s) en parchemin, toile huilée, vélin, mica avant de pouvoir être au XIVe siècle en verre ou en cristal

-

les jeux de miroirs (Antiquité puis miroir de verre au Moyen-âge)

Atrium romain

● Les flammes issues de la combustion des matériaux disponibles directement dans la nature (bois, bouse, tourbe...) ont permis aux hommes de s’éclairer dès le coucher du soleil. Cette technique constitue encore aujourd'hui une source d'éclairage pour les populations qui n'ont pas accès d'autres technologies (cf. dossier ECOCITOYENNETE). Des tripodes, braseros et autres améliorent la luminosité par rapport à un foyer disposé à même le sol.

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● Très tôt après la découverte du feu, on trouve la trace du plus vieux système d'éclairage: la lampe à huile. Les plus anciennes lampes à huile étaient constituées d'une simple pierre évidée dans laquelle une mèche trempait. On estime à 20 000 ans avant J.-C. la datation de ces lampes, il est alors probable qu'elles furent utilisées par les hommes des cavernes préhistoriques.

Lampe à huile romaine en terre cuite

Les progrès de l'éclairage touchent beaucoup de monde. Le perfectionnement des lampes à huile vise à obtenir un plus grand pouvoir éclairant et aussi à améliorer la stabilité de la flamme. Afin d'éviter les battements, on réalise un écoulement constant, suivant le principe des vases communicants en plaçant le réservoir à la hauteur de la flamme - et non plus en dessous - c'est le vase de Mariotte.

La lampe à huile a toujours connu deux difficultés : • •

la peine que peuvent avoir les huiles, toujours trop visqueuses, à monter dans la mèche par capillarité la propension de la mèche à charbonner et à s'éteindre.

Les progrès vont être déterminants à la fois dans la mécanique et dans l'amélioration des mèches et brûleurs. On employait surtout des huiles de plantes très cultivées comme le colza, le navet ou l'œillet. G. Carcel invente un système d'horlogerie qui actionne une pompe horizontale assurant une bonne stabilité de la flamme. En 1784, la lampe d'Argand possède sa forme définitive pour l'éclairage domestique. Ce sont Argand et le pharmacien Quinquet qui assurent la commercialisation de leurs lampes. La technique des lampes à huile arrive à saturation. ● La lampe à huile se complexifia jusqu'au XVIIIe siècle lorsque apparut l'huile de paraffine tirée de la houille et, plus tard du pétrole.

Le pétrole, huile enfin fluide, permettant une excellente montée du carburant vers la mèche par capillarité, provoque l'extinction de facto de la lampe à huile. C’est la naissance de la lampe à pétrole (vers 1850), encore largement utilisée aujourd’hui à travers le monde.

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Lampe à pétrole pour l’éclairage domestique

Lampe-tempête

● C'est alors que la bougie stéarique vient envahir les habitations en raison de son faible prix.

Son inventeur se nomme Eugène Chevreul. Bien sûr avant lui la bougie de cire était connue, et malgré son éclairage relativement brillant, son prix restait trop élevé, pour pénétrer dans les foyers. ● C'est aussi au XVIIIe siècle que l'éclairage au gaz connu en Chine depuis longue date, parvint en occident. Ceci grâce au principe de la distillation de la houille dans une enceinte close, dû à l'Ecossais William Murdoch et au français J.-P.Minckelers en 1792, qui rend la lampe au gaz véritablement utilisable. C'est après l'année 1800 que ces différentes techniques se font face. En 1820, on assiste réellement à la production industrielle de gaz par distillation de la houille, proposée par William Murdock. C'est à cette date que le gaz apparaît à Londres. En 1829 la rue de la Paix est la première rue de Paris à être alimentée au gaz. Nul doute que les études théoriques menées entre 1800 et 1850 en photométrie et en combustion, avec l'apparition du gaz, influent favorablement sur l'évolution technique des lampes. ● La lampe à acétylène (ou lampe à carbure) est un moyen d'éclairage portable. Elle a été conçue par le français Henri Moissan en 1892. La source lumineuse est la flamme de combustion du gaz acétylène, celui-ci résultant de la réaction de l'eau sur le carbure de calcium tous deux contenus dans la lampe. Ce type de lampe est encore utilisé par les spéléologues et les cataphiles. Bien que sérieusement concurrencée par les éclairages à diodes LED (cf. ci-dessous), elle est restée pendant longtemps le système d'éclairage offrant à la fois autonomie (~6 heures), puissance et faible coût d'utilisation.

Lampe à acétylène

● Avant le XIXe siècle, la lumière artificielle avait toujours été produite par une flamme.

(L'éclairage à la chaux, inventé vers 1820, fut surtout utilisé pour l'éclairage des scènes de théâtre, mais la trop forte température requise en rendait l'utilisation difficile pour de petites lampes.)

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Vers la fin du XIXe siècle, plusieurs inventeurs ont tenté de développer une alternative efficace en chauffant des matériaux à des températures plus faibles, mais en utilisant des raies spectrales (parties lumineuses du spectre) pour simuler une lumière blanche.

Un manchon à incandescence, ou manchon Auer, est une gaine de tissu incombustible imprégnée d'oxydes de terres rares, dont on entoure la flamme d'un bec de gaz afin d'en accroître l'éclat.

Les manchons à incandescence ont été utilisés à partir de la dernière décennie du XIXe siècle pour éclairer les rues des villes, principalement en Europe et en Amérique du Nord, ainsi que les phares maritimes. Ils sont toujours utilisés dans les lampes de camping ou de chantier à essence, à pétrole (lampes à pression) ou à gaz (méthane, butane, propane ou mélange de ces gaz).

Par sa forte puissance lumineuse, le manchon incandescent est, aujourd'hui encore, seul à pouvoir concurrencer l'éclairage électrique lorsque le réseau est inexistant ou défaillant.

Les premiers manchons donnaient une lumière verdâtre et n'étaient pas très constants dans leurs résultats.

Au début, pour produire un manchon à incandescence, du coton était tissé en un filet ressemblant à un petit sac, et imprégné de nitrates solubles de ces métaux. Lors de la première utilisation, le coton brûle et les nitrates sont convertis en nitrites qui fusionnent ensemble pour former une sorte de grille solide. Avec la chaleur, les nitrites se décomposent pour donner les oxydes, dont la température de fusion est très élevée. Ils sont solides mais fragiles.

Dans les premiers manchons, le coton moisissait rapidement, à cause de la nature corrosive et acide des nitrates de métaux. Ce phénomène fut réduit par la suite par le trempage des manchons dans une solution d'ammoniaque pour neutraliser l'excès acide.

Plus tard, les manchons à incandescence furent fabriqués à partir de nitrocellulose ou de collodion, plutôt que du coton ordinaire, car on pouvait en produire des fils extrêmement fins. Ils étaient convertis en cellulose avant d'être chauffés (car ces matériaux sont très inflammables) en les trempant dans du sulfite d'ammonium.

Il fut découvert que le manchon à incandescence pouvait être vendu préconsumé en le renforçant par immersion dans une solution de collodion : le manchon se trouvait ainsi enrobé d'une fine couche de vernis qui brûlait lorsque le manchon était utilisé pour la première fois. De nos jours, les manchons à incandescence disponibles dans le commerce sont toujours vendus dans leur forme de fabrication d'origine, non préconsumés.

Les manchons à incandescence sont ordinairement pourvus d'un fil d'amiante destiné à les attacher au bec de la lampe, mais du fait de la réputation cancérigène de l'amiante, celui-ci est souvent remplacé de nos jours par un fil d'acier ou parfois de céramique.

Manchon à incandescence, monté ici sur une lampe à pression à pétrole

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On utilise de l'oxyde de thorium (en mélange avec environ 1 % d'oxyde de cérium) pour augmenter la capacité d'éclairage du gaz à flamme - dans des lampes à décharge des tentes, dans des caravanes ou dans des roulottes.

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Aujourd’hui La principale source énergétique pour s’éclairer est l’électricité.

En France, en 1999, l'éclairage représente en moyenne 30% de la facture énergétique des immeubles de bureaux.

Les lampes électriques : ● La lampe à arc : Une lampe à arc est un système procurant de la lumière à l'aide d'électricité sous forme d'un arc électrique. Ce type d'éclairage avait été mis au point et amélioré par de nombreux inventeurs suite à la découverte de l'arc électrique par Humphrey Davy vers 1809.

Les lampes à arc équipaient les installations de forte puissance comme les phares en remplacement des lampes à pétrole ou à gaz.

Les lampes à arc sont utilisées par tous les projecteurs de cinéma et pour l'éclairage de scène.

Les émissions musicales TV, les shows d'artistes utilisent des projecteurs rotatifs appelés scanners et des projecteurs de poursuite équipés de lampes à arc sous ampoule en quartz. C'est le coté ponctuel et puissant de la source qui est intéressant pour l'exploitation optique. Leur durée de vie est de 500 à 1000 heures.

Pour l'éclairage, les lampes à arc ont été remplacées par les lampes à décharge basse ou haute pression qu'on voit sur les routes et les stades (cf. ci-après). ● Les lampes à incandescence : reprenant le principe physico-chimique de l’incandescence déjà découvert et mis en pratique avec les manchons à incandescence (cf. ci-dessus), la lampe à incandescence produit de la lumière en portant à incandescence un filament. Cette application de l'électricité est une des plus simples et n'a que peu évolué en plus d'un siècle et demi.

Les inventeurs et découvreurs des principes de la lampe à incandescence sont : - 1878, Joseph Swan pour la lampe à filament de carbone - 1879, Thomas Edison pour le principe du vide dans l'ampoule - 1906, Carl Auer von Welsbach pour le filament d'osmium et tungstène - 1909, William Coolidge pour le filament de tungstène ductile - 1911, Irving Langmuir pour le bobinage des filaments et l'emploi d'un remplissage gazeux.

Le filament résistant, traversé par un courant électrique, est porté à incandescence par effet Joule.

L'ampoule en verre, remplie de gaz inertes (1/3 azote et 2/3 argon) est indispensable pour éviter la destruction rapide du filament par combustion et limiter la sublimation du tungstène.

Lampe à incandescence à filament de tungstène

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● Les lampes halogènes sont des lampes à incandescence. Cependant, elles possèdent en plus des propriétés remarquables. Dans les lampes à incandescence classiques, le filament de tungstène s'évapore peu à peu, déposant un voile noir sur la surface interne de l'ampoule ; l'efficacité lumineuse diminue. Dans les lampes halogènes, on a ajouté pour la première fois en 1959, en plus des gaz de remplissage habituels, des halogènes, iode ou brome, qui captent les atomes de tungstène avant qu'ils n'atteignent la paroi de verre, puis se déposent sur le filament : c'est le cycle régénérateur halogène. Cette réaction halogène-tungstène s'opère d'autant mieux que la température est élevée. Ce qui explique la forme des ampoules, courtes et fines, épousant au plus près le filament. Mais plus de chaleur, dans un petit volume, exige une enveloppe de verre capable de résister à plus de 600 °C à une pression de deux à trois atmosphères. La pression gazeuse est obtenue en plongeant, lors du remplissage, les ampoules dans de l'azote liquide.

Seule la silice à quartz parvient à supporter ces contraintes (température de ramollissement vers 1020 °C). Cependant l'ampoule ne doit pas être touchée afin d'éviter tout dépôt de graisse qui en se cristallisant rende l'ampoule poreuse. Afin de pallier ce problème, des verres à double enveloppe ont été créés, ne nécessitant moins de précautions. Les lampes à halogène présentent l'inconvénient majeur d'être très gourmandes en électricité.

Elle fut inventée en 1959 par Edward G. Zubler et Frederick Mosby, employés de General Electric. ● La lampe à décharge : Une lampe à décharge est une lampe électrique constituée d'un tube ou d'une ampoule en verre remplie de gaz ou de vapeur métallique, sous haute ou basse pression, au travers duquel on fait passer un courant électrique, il s'en suit une production de photons donc de lumière.

La couleur de la lumière émise par luminescence, par ces lampes dépend du gaz utilisé : - Le néon donne une couleur rouge - Le mercure s'approche du bleu tout en produisant une quantité d'ultraviolet importante - Le sodium rayonne dans le jaune. Souvent on le mélange avec du néon pour rendre la lumière orangée - Le xénon (récemment employé pour l'éclairage des automobiles) est le gaz qui permet de s'approcher le plus possible du blanc pur.

L'idée d'employer la fluorescence pour l'éclairage remonte à la deuxième moitié du XIXe siècle avec Becquerel qui recouvrit l'intérieur des tubes à décharge avec différentes poudres fluorescentes. Ces lampes fluorescentes primitives ne trouveront pas d'application pratique du fait de leurs intensités lumineuses insuffisantes.

Ce n'est qu'en 1895 que Thomas Edison inventera une lampe fluorescente à partir d'un tube à rayon X dont la surface interne de l'ampoule est enduite de tungstate de calcium. Cette substance convertit une partie des rayonnements X en lumière blanche bleutée avec une efficacité lumineuse trois fois supérieure à celle des lampes à filament de carbone de l'époque, ce pour une durée de vie bien plus longue. Ces performances auraient pu propulser cette lampe sur le marché de l'éclairage... Seulement le problème est que le rayonnement X produit par cette lampe enverra au cimetière un employé d’Edison.

La technologie des tubes fluorescents s'est donc développée selon le schéma de Becquerel, à partir de tubes à décharge sous basse pression.

L'invention du tube au néon par Georges Claude au début du XXe siècle a marqué le début de l'utilisation commerciale de tubes de couleur (rose et jaune) employant un revêtement fluorescent.

Les teintes saturées obtenues ne permettaient certes pas l'usage de ces sources pour l'éclairage domestique ou autre que publicitaire. Cependant, il fut découvert que l'emploi simultané de tubes à vapeur de mercure, émettant une lumière bleue (inventé par Cooper-Hewitt en 1901), avec des tubes de Claude permettait l'obtention d'une lumière blanche de qualité relativement médiocre. De plus, ces lampes utilisaient des bains de mercure comme électrodes, ce qui donne lieu, comme on le sait aujourd'hui, à un très faible rendement de la source du fait de l'énergie considérable qu'il faut pour extraire les électrons des électrodes...

Une innovation majeure verra le jour en 1973 avec l'introduction par Philips de mélanges ternaires de silicates et d'aluminates dont les propriétés générales sont bien supérieures à celles des halophosphates. En plus d'une efficacité lumineuse pouvant dépasser les 80 lm/W avec une qualité de lumière grandement accrue, la résistance de ce type de matériaux à la décharge Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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électrique permit la réduction du diamètre des tubes de 38 mm à 26 mm (T8) puis à 16 mm (T5) et même moins. Cette réduction des dimensions des lampes permit la conception de luminaires plus compacts avec un meilleur contrôle optique de la lumière émise.

Aujourd’hui, les lampes fluorescentes contiennent un mélange d'argon et de vapeur de mercure à basse pression et pas forcément de néon comme le langage populaire le laisserait croire. La lumière visible est produite par deux processus successifs : - L'ionisation du mélange gazeux sous l'effet d'un courant électrique génère une lumière dans la gamme des ultraviolets, donc invisible mais très énergétique. Les conditions de décharges sont optimisées pour qu'un maximum (60-70%) de la puissance consommée soit rayonnée dans les deux raies de résonance du mercure à 184,9nm et 253,7nm.

- Ce premier rayonnement est ensuite converti en lumière visible, moins énergétique (la différence donnant de la chaleur), à la surface interne du tube par un mélange binaire ou ternaire de poudres fluorescentes.

La géométrie de ces lampes ainsi que les moyens d'excitation du plasma de mercure peuvent prendre différentes formes selon les besoins : - Les tubes linéaires sont, de loin, les lampes fluorescentes les plus utilisées. La longueur de ces tubes varie de quelques centimètres à plus de deux mètres selon la puissance. Chaque extrémité est pourvue d'une électrode composée d'un filament de tungstène doublement ou triplement bobiné et enduit d'un revêtement d'oxydes de baryum-strontium-calcium pour une injection optimale du courant d'électrons dans la décharge électrique. Ces électrodes fonctionnent alternativement comme une cathode ou une anode selon le sens du courant (alternatif). La géométrie de ces électrodes varie d'un modèle de lampe à un autre et ceux dont la puissance dépasse les 100 W ont des électrodes conçues avec deux sondes supplémentaires afin de pouvoir collecter le fort courant ionique lors de la phase anodique.

Deux classes de lampes à usage général se distinguent. D'une part, il y a les lampes à très bon rendu des couleurs employant une poudre fluorescence à base de silicates et d'aluminates, souvent nommées lampes à "trois bandes" en référence à leur spectre d'émission. D'autre part, il existe sur le marché des lampes à bas prix employant encore des halophosphates. Ces dernières ont une efficacité moindre et une qualité de lumière trop faible pour un emploi en dehors de l'éclairage industriel.

Hormis cette gamme classique de lampes, il existe des sources à rayonnement ultra-violet (les tubes "lumière noire") : les tubes UVA et UVB pour le bronzage et le traitement de certains matériaux et les tubes UVC pour la stérilisation. Ces dernières lampes ne sont pas pourvues de poudre fluorescente et leur ampoule est fabriquée soit en quartz, soit en verre à faible teneur en oxyde de fer afin d'assurer une bonne transmission des UV générés par le plasma de mercure.

Les puissances des tubes linéaire est normalisée.

Longueur Puissance 1,5 m 58 W 1,2 m 36 W 0,9 m 30 W 0,6 m 18 W

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- Les lampes fluocompactes :

Comme leur nom l'indique, ces lampes sont compactes grâce au pliage en deux, trois, quatre ou six d'un tube fluorescent dont le diamètre est compris entre 7 et 20 mm. En raison du faible diamètre du tube, seules des poudres fluorescentes à trois bandes sont employées. La forme compacte du tube à décharge pose aussi un problème de dissipation thermique et plusieurs moyens sont employés pour limiter la pression de vapeur saturante de mercure afin de rester au régime optimum de fonctionnement. Certaines lampes emploient des amalgames de mercureétain ou mercure-bismuth, alors que d'autres sont pourvues d'appendices froids où le mercure se condense.

La première fut créée par Philips (annoncée en 1976, introduite en 1980), puis Osram (1981) suivis par les autres fabricants. La conception de cette nouvelle génération de lampes a été motivée par l'accroissement des coûts énergétiques suite aux deux chocs pétroliers des années 1970. Ainsi, les premières lampes fluocompactes introduites par Philips étaient conçues pour remplacer les lampes à filament directement dans leurs luminaires. Cependant, l'intégration du ballast ferromagnétique posa un sérieux problème de poids et de volume qui limita les applications de ces lampes à économie d'énergie. Ce n'est que vers le milieu des années 1980 que les premières lampes fluocompactes à alimentation électronique seront mises sur le marché. Avec un meilleur rendement et des dimensions réduites, ces lampes se sont de plus en plus intégrées dans le paysage de l'éclairage domestique.

Il faut également signaler l'émission de rayonnement haute fréquence dans une sphère de trois mètres autour de l'ampoule, ce rayonnement est potentiellement nuisible pour le corps humain, et son intensité est d'autant plus forte que l'on s'approche de l'ampoule. Quant à la rumeur d'émission d'UV, celle ci est fausse car la couche fluorescente de la lampe absorbe les UV et ré émet de la lumière visible (morceaux de spectre continu).

Ces ampoules consomment 5 fois moins d'énergie et durent 10 fois longtemps que les ampoules à filament d’où leur appellation de lampes basses consommation. ● Les lampes à Led (light emitting diode) ou Del (diode électro-luminescente) : (Source : RECYCLUM)

Il s’agit de composants électroniques émettant des photons lorsqu'un courant électrique parcourt la jonction (type : silicium).

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Composées de souvent plusieurs diodes électroluminescentes haute luminosité, d'une durée de vie très importante (50 000 heures) les lampes à diodes commencent à remplacer les lampes à incandescence dans l'éclairage portatif et pour la signalisation. Leur coût encore élevé, la nécessité de l'emploi d'alimentation électrique spécifique (courant continu de basse tension) et leur rendement lumineux encore modeste limitent encore leur démocratisation face aux lampes à filaments.

On trouve des lampes dans l'éclairage public, industriel, commercial, dans l'éclairage domestique, dans l'agriculture, les dispositifs de signalisation et de secours, les loisirs (éclairage festif). ● Consommation En 1999 en France, on évalue la consommation de l’éclairage à 40 TWh par an, tous secteurs d’activités confondus. 12 % sont imputables à l’industrie, et 63% aux activités tertiaires. Cela représente 11,9% (tous secteurs confondus, y compris résidentiel) de l’électricité produite !

Les consommations se répartissent ainsi : - Résidentiel : 10 TWh (25%) - Industrie : 5 TWh (12,5%) - Collectivités locales (dont éclairage public) : 5 TWh (12,5%) - Commerces : 8 TWh (20%) - Bureaux : 5 TWh (12,5%) - Santé : 3 TWh (7,5%) - Enseignement, sport, culture, loisirs : 3 TWh (7,5%) - Cafés, hôtels, restaurants : 1 TWh (2,5%) En dépit d'encouragements aux économies d'électricité et d'une notable amélioration de l'efficience énergétique de 1999 à 2004, la consommation finale continue à augmenter en Europe. Les lampes basses consommation sont de plus en plus utilisées, mais l'éclairage extérieur se développe. Selon le Centre commun de recherche (CCR) de l'UE, de 2005 à 2006, la consommation a augmenté dans l'UE-25 dans tous les secteurs et notamment dans le tertiaire où l'éclairage (de jour souvent) est le premier postes de consommation électrique, 175 TWh consommés par an et 26% de consommation électrique totale du secteur tertiaire. (+ 15,8 %).

Les lampes consomment individuellement plutôt moins, mais elles sont de plus en plus nombreuses depuis 50 ans.

● Impacts environnementaux Fabrication et recyclage Les lampes et tubes d’éclairage contiennent souvent des terres rares et des métaux lourds particulièrement toxiques et éco-toxiques (mercure en particulier, volatile et pouvant être sublimé si les lampes sont cassées lors de la collecte/recyclage). L'éclairage public contribue aussi indirectement à l'effet de serre, générant environ 110 gr de CO2 par kWh consommé.

La législation européenne oblige depuis 2007 les vendeurs et fabricants à assurer le recyclage des lampes usagées et des composants électroniques associés, en fin de vie ou d'utilisation.

Pour plus d’info sur le recyclage des lampes : http://www.recylum.com/leslampes.htm Nuisances et pollution lumineuses : L'éclairage artificiel nocturne peut troubler les rythmes biologiques en déréglant les horloges internes, de l'Homme, comme de la faune et de la flore.

Lorsqu'il est mal conçu ou mal contrôlé, il peut être : - source de nuisances (« lumière intrusive » chez les riverains, grésillements gênants, gêne pour l'observation astronomique, la circulation ou la navigation aérienne (lasers, canons à lumière) Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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- source de risque et de danger ; d’incendie, d'électrocution, d'accident suite à éblouissement ou de déclenchement de crises d'épilepsie sous certains éclairages stroboscopiques, etc.)

- source de pollution lumineuse, avec des impacts immédiats ou différés pour l'environnement nocturne. (L’expression pollution lumineuse est utilisée à la fois pour désigner la présence nocturne anormale ou gênante de lumière et les conséquences de l'éclairage artificiel, nocturne, sur la faune, la flore, la fonge (le règne des champignons), les écosystèmes ou parfois des effets suspectés ou avérés sur la santé humaine. La notion de pollution lumineuse -light pollution en anglais- est récente : apparue dans les années 1980, elle a évolué depuis.

Cette notion a originellement été portée par des astronomes nord-américains puis européens et par leurs organisations représentatives (Association française d’Astronomie en France, darksky.org en Amérique du Nord), puis par d’autres acteurs confrontés à une dégradation rapide de l’environnement nocturne ; écologues, aménageurs, énergéticiens, médecins, universitaires, juristes, éclairagistes, agences impliquées dans le champ du développement durable se sont inscrits dans ce nouveau champ d'étude et de travail.)

Autres impacts environnementaux : Les dépenses d’énergie de l’éclairage, à 100% d’origine électrique, ont d’importantes conséquences environnementales de par le mode de production de cette ressource énergétique (cf. chapitre ).

Par ailleurs, certains équipements, tels les lampes à incandescence et plus particulièrement les lampes halogène participent aux émissions de gaz à effet de serre, et contribue au changement climatique.

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7- SOURCES ÉNERGÉTIQUES ET ÉQUIPEMENTS POUR CHAUFFER OU RAFRAÎCHIR NOS HABITATIONS

Chauffer nos habitations (sources : Wikipedia, www.radiateur.org)

ADEME,

HESPUL,

ASDER,

CREAQ,

www.ideesmaison.com

, http://www.dutry.com/lire/histoire.html,

Généralités

Le chauffage est utilisé notamment, pour maintenir ou améliorer des conditions d'ambiances vivables pour les êtres vivants dans les espaces clôts constituant des lieux de vie (bâtiments, habitacles de moyens de transports, piscines, etc.). Dans ce cas, l'objectif du chauffage est d'améliorer le confort thermique de l'espace chauffé.

Par extension, le terme chauffage désigne aussi le système destiné à assurer le chauffage.

ATTENTION : Il est indispensable dans une démarche d’ECOCONSTRUCTION d’empêcher le froid de rentrer avant de chauffer l’habitat. Cf. chapitre 10 La chaleur La chaleur, c’est de l’énergie qui résulte du mouvement des particules de la matière. Il s’agit donc d’énergie cinétique qui va de pair avec la vie, même si des particules d’une matière jugée « morte » peuvent également se mouvoir et produire de la chaleur. En tous cas, tout ce qui est parfaitement froid est tout à fait inerte. Monsieur Kelvin a été le premier à constater que le «zéro absolu», température à laquelle tout mouvement de matière disparaissait, correspondait à une température de -273 °C. En établissant qu’une telle température équivalait à 0 Kelvin (K), il a élaboré son propre système de mesure de la température, basé sur le zéro absolu. La glace fond donc à une température de 273 K, tandis que l’eau bout à 373 K. Tous ceux qui se frottent les mains pour se réchauffer savent que ce frottement produit de la chaleur. Dans la matière, la chaleur est dégagée par un frottement identique entre particules de matière en mouvement. En ce qui concerne les liquides et les gaz dont les particules se meuvent librement, la chaleur résulte de la collision fortuite de particules. Dans les solides, par contre, les particules quasiment liées les unes aux autres peuvent, rien qu’en vibrant, produire un frottement interne, et donc de la chaleur.

La combustion est l’exemple le plus typique de réaction chimique « exothermique », autrement dit d’un échange entre particules qui produit de la chaleur. Dans ce cas, la collision entre particules déclenche une véritable explosion, qui décompose les particules en fragments plus petits. Ces fragments se lient ensuite à d’autres particules, c’est-à-dire des atomes d’oxygène.

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Lorsque 2 objets ont la « même » chaleur, cela signifie qu’ils ont la même température, la température représentant l’intensité de chaleur. La température permet donc de mesurer directement le mouvement interne de particules. Cependant, ces deux objets, même s’ils présentent un volume ou poids identique, ne renferment pas nécessairement la même quantité de chaleur.

L’énergie calorifique était jadis exprimée en calories, 1 calorie équivalant à la chaleur nécessaire pour augmenter de 1°C la température d’un gramme d’eau pure à 15°C, sous pression atmosphérique. Aujourd’hui, l’énergie calorifique est plutôt exprimée en Joules, 1 cal. étant égale à 4,185 Joules (J). Le Joule est également une unité de mesure du travail ou du mouvement, le pendant mécanique de la calorie.

La quantité de chaleur accumulée par deux objets de même température et de poids ou volume identique dépend de la capacité de la matière qui constitue ces objets à capter de la chaleur. Ainsi, 1 mètre cube de stéatite peut emmagasiner une chaleur équivalant à 3.000 KJ par degré Celsius supplémentaire. Pour une même augmentation de température, un mètre cube de pierre réfractaire n’emmagasine que la moitié de cette chaleur. (1.430 KJ)

Le confort thermique La notion de confort thermique est le plus souvent appliquée à l'être humain, bien qu'elle puisse s'appliquer à tout être vivant. En effet, la vie - et spécialement l'activité métabolique assurant les fonctions vitales - n'est possible que dans une certaine plage de température, qui varie d'une espèce à l'autre. Il existe cependant des conditions d'ambiance optimales qui seront ressenties par l'individu comme celle d'un état de confort thermique.

Sur un plan physique, le confort thermique correspond à un état d’équilibre thermique entre le corps humain et les conditions d’ambiance. Il dépend de la sensibilité (aspect psychosociologique), de l’habillement, du métabolisme et de l’activité physique de chaque individu, d'une part, mais aussi de la température de l’environnement (air, parois), des mouvements d’air, et de l’humidité, d'autre part. Au delà d'une certain niveau de déséquilibre, l'individu va ressentir de l'inconfort, notamment parce qu'il va devoir réagir pour réduire ce déséquilibre.

Tout être vivant dégage de la chaleur, cependant certains sont capables de réguler leur température corporelle par des moyens physiologiques, les homéothermes (cas de l'être humain) et d'autres non (les hétérothermes ou poïkilothermes). Les premiers disposent donc d'une meilleure capacité de survie (capacité d'adaptation) alors que les seconds peuvent difficilement s'adapter.

Le corps d'un individu va chercher à rétablir l'équilibre par différentes réactions demandant un certain effort : des réactions comportementales et des réactions physiologiques.

La thermorégulation comportementale comprend le changement de posture, d'activité, de vêtement, la régulation collective (exemple du rafraîchissement des ruches, ou de l'utilisation de abris).

La thermorégulation physiologique, accessible uniquement aux êtres homéothermes, comprend notamment frissons, transpiration, vasodilatation, vasoconstriction, etc.

L’adaptation du comportement de l’individu aux conditions d’ambiance tend à donc réduire l’inconfort, ce qui est aujourd’hui décrit par l’approche du « confort adaptatif ». Le confort thermique (équilibre thermique) est souvent associé au confort hydrique (équilibre hydrique) sous le terme de confort hygrothermique.

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Les besoins de chauffage

Les déperditions thermiques

:

La température ambiante

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La propagation de chaleur Un transfert thermique, appelé plus communément chaleur, est un transfert d'énergie microscopique désordonnée. Cela correspond en réalité à un transfert d'agitation thermique entre particules, au gré des chocs aléatoires qui se produisent à l'échelle microscopique.

L'exemple le plus courant de situation mettant en jeu un transfert thermique est le système constitué de deux corps en contact et ayant des températures différentes. Le corps le plus chaud cède de l'énergie sous forme de chaleur au corps le plus froid. Il y a transfert thermique entre les deux corps. Il peut se produire des transferts thermiques vers un système dont la température reste constante, par exemple dans le cas d'un changement d'état physique (exemple : la fusion de la glace à 0°C sous la pression atmosphérique).

L'étude de ces transferts s'effectue dans le cadre de la discipline thermodynamique en s'appuyant sur les deux premiers principes. À la différence de la thermodynamique, la thermocinétique fournit des informations sur le mode de transfert en situation de non équilibre ainsi que sur les valeurs de flux de chaleur.

Exemple de transfert thermique : Soient deux objets A et B indéformables dans un système parfaitement isolé thermiquement et mécaniquement, ayant les caractéristiques suivantes : Objet A Volume VA Température TA Masse mA Chaleur spécifique cpA

Objet B Volume VB Température TB Masse mB Chaleur spécifique cpB

Dans ce cas, le sens du transfert thermique est gouverné par la différence de température entre les deux corps. L'expérience montre que c'est le corps chaud qui cède de l'énergie au corps froid de façon à ce que, à l'équilibre, les températures des deux corps soient identiques.

On distingue 3 modes de propagation de la chaleur : rayonnement, convection. La plupart du temps ces modes sont mélangés.

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conduction ou par

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Le rayonnement : La chaleur par rayonnement la plus connue est celle du soleil. Très présente lorsque le soleil brille, elle disparaît aussitôt qu'un nuage s'interpose. Il ne reste alors plus que la chaleur de l'air.

La chaleur par rayonnement est aussi de la lumière infrarouge (IR). Les corps directement exposés aux rayonnements IR voient leur température augmenter.

RAPPEL : La lumière rouge possède la plus grande longueur d'onde de toutes les lumières visibles telles qu'elles apparaissent dans l'arc-en-ciel. La chaleur par rayonnement s'appelle lumière infrarouge parce que sa longueur d'onde est légèrement supérieure à celle de la lumière rouge. De l'autre côté du spectre visible se trouve l'ultraviolet, dont la longueur d'onde est un peu plus courte que la lumière violette et qui appartient dès lors à la famille des rayons X et des rayons radioactifs.

La chaleur par rayonnement est donc une lumière invisible, mais ce n'est là qu'un hasard. Si nous étions comme les animaux nocturnes ou les carnassiers, nos yeux se seraient développés pour voir cette lumière.

On peut également photographier la chaleur par rayonnement à l'aide d'un filtre spécial.

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NB : Il s’agit de cette technique lorsque l’on parle de « Thermographie infrarouge aérienne appliquée aux déperditions thermiques des bâtiments » (cf. chapitre )

La conduction est le mode de transfert de chaleur provoqué par une différence de température entre deux régions d'un même milieu ou entre deux milieux en contact sans déplacement appréciable de matière ( = transfert de chaleur d'un corps à un autre par contact direct). C'est en fait l'agitation thermique qui se transmet de proche en proche, une molécule ou un atome cédant une partie de son énergie cinétique à son voisin. L'agitation moléculaire du plus chaud se transmet au plus froid. Cet échange est plus grand si le corps froid est un bon conducteur thermique (métal).

Deux pierres de température différente placées l'une à côté de l'autre finissent par être à la même température. Les particules de la pierre plus chaude communiquent leurs vibrations à la pierre plus froide.

C'est ce qu'on appelle la conductivité thermique.

La convection : Lorsqu'on verse de l'eau dans une casserole chaude, le phénomène est quelque peu différent. L'eau qui entre en contact avec les parois de la casserole se réchauffe d'abord par conduction. Les particules chaudes sont activées de manière à devenir plus légères que les particules froides. Elles vont monter alors que les particules froides vont descendre pour être chauffées à leur tour. Ainsi, les deux types de particules se mélangent automatiquement. C'est ce qu'on appelle la convection.

La traduction littérale de con-vection est « bouger ensemble » : c'est en quelque sorte un flux de particules qui bougent plus ou moins dans la même direction. Ce phénomène ne s'observe que dans les gaz et les liquides, étant donné que les particules doivent pouvoir se mouvoir.

La convection consiste à transmettre la chaleur grâce au flux qui naît des différences de densité, elles-mêmes engendrées par les écarts de température. En effet, les particules froides bougent moins, elles sont donc plus serrées et donc plus lourdes que les particules chaudes, très mobiles, plus éloignées les unes des autres et par conséquent plus légères. La convection thermique est en quelque sorte un mot compliqué pour décrire l'air chaud qui monte et l'air froid qui descend. C'est d'ailleurs ce phénomène qui a permis à l'homme de faire ses premiers pas aéronautiques avec la montgolfière.

Le chauffage par convection est donc le chauffage par air chaud : l'air chaud envoyé dans la partie inférieure d'une pièce montera automatiquement et ce faisant, il transmettra sa chaleur aux particules froides d'une part, par rayonnement et d'autre part, par conduction. S'ajoute à cela le mélange pur et simple de ces particules. La température moyenne de la pièce est donc supérieure à la température d'origine et inférieure à la température de l'air chaud produit.

On cite parfois l'eau et l'air comme « moyens de transport » de la chaleur de convection. En effet, la circulation de l'eau dans les radiateurs d'un chauffage central repose également sur le principe Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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de la convection. À la différence près que le transfert de chaleur se fait par réchauffement de l'air.

Bref, on pourrait sans problème remplacer le terme « chaleur de convection » par « chaleur de l'air ».

On observe également ce phénomène de convection lorsque de l'air froid entre en contact avec un corps chaud solide, comme un poêle : le transfert thermique par conduction et par rayonnement engendre un réchauffement des particules de l'air les plus proches de la surface du poêle, lesquelles se font plus légères et montent. Un flux d'air permanent refroidit ainsi tout objet chaud.

Contrairement à la chaleur par rayonnement et à la conduction, la chaleur de l'air est donc une forme indirecte de transfert thermique. En d'autres termes, la chaleur d'un convecteur n'est pas transmise directement à notre corps, mais indirectement par l'intermédiaire de l'air de la pièce.

La production et l’émission de chaleur (appareils et énergies consommées) : Le chauffage d'ambiance est destiné à assurer une température déterminée et/ou le confort dans un lieu clos ou ouvert.

Le système peut être à : - Chauffage central : La production thermique centralisée est privée (individuelle ou collective) ou provient d'un réseau public (chauffage urbain). Il comprend en outre une distribution et des émetteurs de chaleur.

- Chauffage individuel : L'installation peut-être composée d'une production thermique avec une distribution et des émetteurs de chaleur ou d'émetteurs de chaleurs individuels.

Hier …

L'homo habilis, ou homme habile, conçut les premiers outils. Il découvrit également l'usage du feu il y a entre 2,4 et 1,5 millions d'années. Le feu était essentiel à la fois pour préparer les aliments et maintenir à distance les animaux sauvages. Quant au chauffage, c'est probablement un réfrigérateur qui aurait été le bienvenu, car l'homo habilis habitait en Afrique tropicale.

Pendant 1,5 million d'années, l'homme a profité de la chaleur par rayonnement du feu. Il utilisait des pierres pour le maîtriser ou comme ustensiles de cuisine. Les habitants des cavernes auront certainement apprécié la chaleur accumulée dans les parois rocheuses qui continuait à rayonner bien longtemps après que le feu avait été réduit pour la nuit. Plus l'homme maîtrisait les techniques de construction, plus il domptait le feu dans des foyers en pierre, qui conservaient mieux la chaleur.

Dès la fin des beaux jours, le foyer devenait le centre de la maison. On y mangeait, on s'y reposait après la chasse et les travaux d'extérieur. Aujourd'hui encore, au plus profond de notre subconscient, le foyer est l'endroit le plus sûr au monde.

Sans le feu, l'homme préhistorique n'aurait jamais survécu aux climats rigoureux. Sans la chaleur par rayonnement du feu, personne ne serait allé vivre dans des pays froids comme la Finlande.

Différents modes de chauffage central ou chauffage d’appoint ont été par la suite développés : - La cheminée : Depuis que les hommes ont maîtrisé le feu, ils se sont naturellement réunis autour de petits foyers, en plein air ou dans des grottes.

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Puis leurs habitations furent construites avec une disposition des cheminées qui tient compte de la structure du bâtiment. Elles sont souvent sur les pignons ou les murs de refend préservant la bâtisse du feu, avec une souche dépassant du toit, une disposition tenant compte des vents dominants pour ne pas refouler la fumée. Suivant le système constructif lié au pays il est fait une mise en système des conduits à fumée depuis le foyer : les conduits sont séparés ou se rejoignent avec une sorte de siphon à un conduit commun. Les cheminées sont placées dans une organisation étudiée des pièces comme le montre le logis seigneurial.

La cheminée était au cœur de la vie traditionnelle un lieu de convivialité : cuisine à l'âtre, chauffage. La cheminée est la base du fumoir qui permit de conserver les aliments. La salle de la maison rurale était dite « chambre à feu », les notaires y commençaient leurs inventaires.

En France, les premières cheminées attestées archéologiquement apparaissent à la période galloromaine et non à la période médiévale comme on l'a longtemps cru.

En France au XVIIIe siècle, la cheminée se généralise comme un élément de luxe (le Château de Chambord en possède 365). En 1783, des subdélégués font remarquer lors d'enquêtes sur la consommation du bois que les habitants aisés des villes ne se contentent plus d'une cheminée unique dans leur logement mais en utilisent dans plusieurs appartements (partie d'étage ou étages complets attribués à une personne, à un type de séjour dans un immeuble), augmentant d'autant les besoins en bois de chauffage, ce qui contribuait à la déforestation, suscitant le problème dans la construction de se procurer des pièces massives de charpente.

Puis au XIXe siècle s'étendit (depuis l'Angleterre) l'usage du charbon de terre, la houille, en remplacement du bois comme combustible. Cela fit passer l’équipement de la maison de l'âtre ouvert au poêle fermé brûlant du charbon avec évacuation des gaz et vapeurs nocives vers la cheminée refermée par un tuyau.

Le système de récupération de la chaleur ponctuelle du foyer et de sa répartition dans les pièces des immeubles a commencé à être développé communément au début du XXe siècle et il est l’ancêtre du chauffage central qui a beaucoup bénéficié de la mise au point des chaudières dans la période du fioul économique.

- Le poêle : C'est un appareil de chauffage clos, dans lequel on enferme le combustible, avec évacuation des gaz par un tuyau, et qui chauffe la pièce par rayonnement de son enveloppe. Les combustibles sont le bois et le charbon. La combustion est réglée par une clé sur le conduit à fumée ou, et c'est préférable, en diminuant l'arrivée d'air par fermeture du cendrier.

Employé depuis la nuit des temps, il est aussi appelé poêle à inertie lorsqu'il est très massif (cf. chapitre ). Un de ces ancêtres est sûrement l'hypocauste, le poêle russe ou encore plus récemment le poêle alsacien en faïence.

Un hypocauste est le nom donné au système de chauffage par le sol utilisé à l'époque romaine et gallo-romaine surtout dans les thermes romains.

Ce principe de construction était déjà connu des Grecs du IVe siècle av. J.-C. On en a retrouvé des vestiges à Olympie datant du Ier siècle av. J.-C. Mais ce sont les Romains qui le perfectionnèrent dans leur utilisation intensive dans le caldarium des thermes. On en retrouve aussi dans les riches maisons particulières.

Un grand foyer, le praefurnium, était situé à l'extérieur des constructions et l'air chaud produit était envoyé par des canalisations sous les sols dont les dalles reposaient sur des petits piliers de briques (pilettes). En général la hauteur du vide ainsi créé pour la circulation de l'air chaud était d'environ 40 à 60 cm. On estime que la température obtenue dans les pièces ne pouvait pas dépasser 30 degrés.

Dans les thermes, pour obtenir une plus forte chaleur, on intégrait également dans les murs des tuyaux de terre cuite (tubuli), qui évacuaient la fumée des foyers (intégrés au bâtiment) et l'air chaud circulant dans l'hypocauste.

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Hypocauste de la villa suburbaine de Vieux-la-Romaine, Basse-Normandie

L'apparition au XIXe siècle des premiers poêles en fonte et leur diffusion à grande échelle contribue fortement à l'amélioration des conditions de vie des populations. Grâce à la production en série, qui en fait l'un des produits phare de l'industrialisation, il devient accessible au plus grand nombre et remplace rapidement le feu ouvert, offrant de meilleur rendement, efficacité et autonomie, et diminuant le risque d'incendie. Le poêle, installé dans la pièce commune, est souvent le point de ralliement de la famille, contrairement au chauffage central qui plus tard renforcera l'individualisation. Bien qu'il demande de l'entretien et produise de la poussière, il améliore le confort par le chauffage continu, qui permet également de chauffer l'eau et les aliments, ainsi que les conditions sanitaires et de santé, dont l'effet est notamment de réduire la mortalité infantile. Les grandes entreprises industrielles (telle que Godin, Chaboche, Nestor Martin, et bien d'autres), rivalisent d'innovations techniques et de qualités esthétiques.

Un poêle De Dietrich à l'église de Fouday (Alsace)

La chaufferette : petit appareil de chauffage (souvent portable) permettant de se réchauffer.

Autrefois, c'était une petite boîte, on la remplissait de braises tirées de la cheminée, on posait les pieds dessus puis on se recouvrait les jambes d'une couverture pour que la chaleur monte également le long des jambes. Cela permettait d'avoir chaud lors des veillées d'hiver, en pelant les aulx, oignons, noix ou en triant les champignons ramassés dans la journée. Il existe des chaufferettes en bois doublé de fer à l'intérieur, en fonte, en fer, en laiton ou cuivre. Il en existe même de poche : cela permettait d'avoir chaud aux mains en les gardant dans les poches.

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La bouillotte : récipient étanche servant à contenir de l'eau chaude, généralement utilisé pour tenir une personne au chaud, notamment lorsque celle-ci est dans son lit ou malade. Elle peut être utilisée simplement pour réchauffer le lit avant de se coucher.

Les bouillottes modernes sont généralement faites en caoutchouc, les anciennes bouillottes étaient en métal, voire en vessie de porc.

La bassinoire : On la remplissait des braises tirées de la cheminée, puis on passait l'objet à l'intérieur des draps du lit pendant quelques instants afin de réchauffer le lit juste avant de se coucher les soirées fraîches d'hiver.

NB : une simple brique enveloppée de linge permettait aussi de réchauffer un lit.

Le bois, puis le charbon ont été les principales ressources énergétiques utilisées par nos ancêtres, cependant, sous la Révolution, il existait des chauffages à crottin d'animaux ruraux (cheval, vache).

Enfin, il y a environ une cinquantaine d'années, nous nous sommes mis à chauffer logements et lieux de travail avec de l'air chaud.

Nous inspirant du principe des montgolfières, nous chauffons des appareils métalliques qui produisent de l'air chaud et presque pas de chaleur par rayonnement. Ces convecteurs nous réchauffent, certes, mais leur chaleur est d'une toute autre qualité. Pour bien évaluer cette évolution après 1,5 millions d'année de chaleur par rayonnement, il nous faut mieux comprendre l'influence des différents types de chaleurs sur notre organisme.

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Aujourd’hui …

Tout appareil de chauffage réchauffera l'air de la pièce ; il n'existe donc pas d'appareil qui affiche 100 % de chaleur par rayonnement.  Type de chauffage On appelle appareils de chauffage par rayonnement ceux qui produisent entre 50 et 100 % de chaleur par rayonnement. Étant donné qu'il n'existe pas encore de méthodes de test standards, ces valeurs peuvent varier considérablement. Les poêles à accumulation ainsi que les murs chauffants génèrent entre 50 et 75 % de chaleur par rayonnement, selon les méthodes de test.

Par rayonnement : ...plus de parois chaudes et d’inertie et moins d'air chaud

Les appareils à convection produisent donc minimum 50 % d'air chaud.

Par convection : ... moins de parois chaudes, plus d'air chaud

 Type d’appareils

Il existe plusieurs types d’appareils de chauffage : ● les appareils indépendants qui produisent et émettent la chaleur ● les appareils producteurs/générateurs qui produisent seulement de la chaleur couplés aux appareils émetteurs qui émettent juste la chaleur ● Les appareils indépendants : - Les radiateurs électriques : Les radiateurs électriques fonctionnent par effet Joule : un courant électrique passe dans des résistances qui s'échauffent, chauffant ainsi le milieu environnant. On trouve différents types de radiateurs électriques :

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- Le convecteur, qui chauffe l'air par ses résistances, l'air chaud remonte et se diffuse dans la pièce ; parfois les résistances sont recouvertes de céramique ou il est fait usage d'un fluide tel que l'eau ou l'huile pour augmenter l'inertie thermique.

(source : www.stiebel-eltron.fr)

- Le radiateur rayonnant, qui consiste en une résistance portée à haute température et qui chauffe les objets environnants par rayonnement.

(source : www.stiebel-eltron.fr)

- Le radiateur soufflant : il se comporte comme un convecteur traditionnel : l'air entre par le bas de l'appareil, se réchauffe au contact de la résistance et ressort par le haut. Pour chauffer rapidement la pièce, un ventilateur accélère la diffusion d'air chaud. En mode "soufflant", la circulation d'air est inversée : l'air entre par le haut de l'appareil et ressort par le bas. Les appareils de ce type assurent souvent la fonction de sèche-serviette.

- Le radiateur à accumulation : il emmagasine, dans un bloc accumulateur constitué de briques réfractaires à haute densité, la chaleur produite par le courant électrique pendant les heures creuses EDF. La chaleur emmagasinée est restituée par rayonnement dans la journée, aux heures de tarif électrique plus élevé, suivant les besoins. On distingue les radiateurs à accumulation statique compensée, sans dispositif de ventilation, et les radiateurs à accumulation dynamique, qui comportent une circulation d'air pulsé : un ventilateur situé dans le bas de l'appareil et contrôlé par un thermostat d'ambiance accélère la diffusion de l'air. Cette fonction permet ainsi de régler avec précision la température des pièces.

La gestion est assurée par un organe de régulation jour/nuit. En cas de grand froid, l'allumage des résistances pour un chauffage diurne est automatique.

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(source : www.stiebel-eltron.fr) Le planchers ou plafonds rayonnants électriques : Le plancher rayonnant électrique est composé de câbles électriques chauffants incorporés, reposant sur un isolant thermique servant à orienter le flux de chaleur vers le local à chauffer. Une chape flottante (désolidarisée thermiquement et mécaniquement du bâti) assure la diffusion de la chaleur. La température du sol est limitée à 28 °C.

(Source : Climamaison)

Le plafond rayonnant électrique est composé d'un film chauffant collé sur un panneau isolant thermique.

Ce « panneau chauffant » est placé au-dessus de plaques en plâtre spécifiquement conçues pour cet usage. Il se caractérise par une température moyenne de surface inférieure à 35 °C.

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(source : www.stiebel-eltron.fr)

Les cheminées et les poêles : A part pour quelques modèles (poêles de masse ou poêles à pellets), il s’agit généralement de chauffage d’appoint, d’ambiance.

-

Les cheminées

Le foyer d'une cheminée était à l'origine constitué d'un socle en pierre situé à l'aplomb du conduit de fumée. De tels foyers existent encore et on continue à en construire: ce sont des cheminées à foyer ouvert.

L'avantage d'un foyer ouvert est le plaisir des sens : visuel du feu, crépitement, odeur. Mais il est peu performant comme moyen de chauffage au bois car il y a une grosse déperdition de chaleur par le conduit de fumée.

Pour pallier l'inconvénient calorifique d'un foyer ouvert dans une cheminée existante, on met en place un insert de cheminée, afin d'optimiser votre chauffage au bois.

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Si on souhaite créer une cheminée, on positionne un foyer vitré en fonte ou en acier que l'on habille par la suite. Il s'agit alors d'une cheminée à foyer fermé.

Poêle à fioul

(Source : Deville)

Poêle à pétrole

(TECTRO)

(DEVILLE)

Points forts : - Montée en température : ultrarapide.

- Les poêles électroniques disposent d'un système de régulation censé assurer le maintien de la température au niveau sélectionné. Ils disposent par ailleurs d'une soufflerie qui diffuse l'air chaud.

Points faibles : - Émissions de gaz à surveiller : dioxyde de carbone (CO2) et surtout monoxyde de carbone (CO). C'est un risque majeur en cas de dysfonctionnement ou de mauvaise combustion.

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- Humidification de l’atmosphère

Poêle au gaz (gaz naturel, butane, propane) Il existe des appareils mobiles, souvent dotés de roulettes et fonctionnant au moyen d’une bouteille de gaz liquide (butane ou propane) ou des appareils fixes reliés au réseau de gaz naturel.

(vieux modèle disparu du marché)

(EKTOR)

Récemment, de nouveaux appareils associant la combustion du gaz et l’accumulation de chaleur sont proposés sur le marché.

(Alpina)

On distingue trois types de poêles à gaz : Les poêles à infrableu Un brûleur en inox percé de nombreux trous permet la diffusion de flammes bleues. Il diffuse une chaleur douce, conviviale et reposante. La chauffe se fait de façon instantanée à l’allumage, par convection et rayonnement.

Les poêles à infrarouge La combustion du gaz a lieu à la surface d’une briquette en céramique réfractaire percée de trous.

Ce dispositif assure la répartition parfaite de l'arrivée du gaz. Ce type de poêle diffuse une chaleur douce mieux répartie que l’infrableu, qui ne dessèche pas l’atmosphère et donc préserve la qualité de l’air. La chauffe se fait de façon instantanée à l’allumage, par convection et rayonnement.

Les poêles à catalyse La combustion du gaz se fait cette fois à basse température et sans flamme. Ceci empêche la formation d’oxyde de carbone. Un panneau en fibres de céramique recouvrant toute la surface assure une chaleur homogène et constante diffusée par rayonnement. C'est le poêle de chauffage par excellence pour son confort de chauffe et de sécurité d’utilisation, grâce à un réglage multiFiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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positions et à un thermostat pour certains modèles. Le poêle à catalyse possède également une autonomie importante pouvant aller jusqu'à 120 heures suivant les modèles.

Poêle à bois (cf. comparatif entre les différentes ressources énergétiques ci après pour compléments sur les différentes sortes de combustibles « bois ») Poêle à bûches Coût d’un poêle classique : 2 à 5 000 €.

Rq : de nombreux modèles peuvent brûler le bois mais également le charbon.

(Deville)

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(Invicta)

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Poêle à granulés de bois

(source : www.granulesdebois.net)

(Pyros)

Ils offrent de bons rendements (80%), une autonomie de 1 à 7 jours et de nombreuses options (thermostat, programmation, télécommande, etc.)

Leur coût : de 2 à 5 000 €.

Inconvénients : l’achat de granulé est plus onéreux en sac que en vrac.

Attention, pour le fonctionnement de la vis sans fin alimentant le poêle en combustible, de l’électricité est nécessaire ainsi que pour le fonctionnement de la ventilation pour l’apport d’air et la régulation ….

Les poêles de masse : Un poêle de masse (ou foyer de masse) est une technique de chauffage qui compte sur des matériaux lourds pour diffuser l'énergie thermique lentement et également dans une construction.

L'une des particularités de ce type de technique est la combustion totale du bois, empêchant ainsi la dissémination de particules en suspension dans l'air.

Employé depuis la nuit des temps, ce principe de chauffage est aussi appelé poêle à inertie. Si l'un de ses ancêtres est sûrement l'hypocauste des Romains, il évolue à travers les poêles russes, autrichiens, suédois ou encore plus récemment le poêle alsacien en faïence… Partout la même recherche : chauffer mieux en consommant moins de bois (qui venait à manquer vers le XVIIIe siècle).

Depuis les années 1980, plusieurs modèles sont développés en Finlande sous l'égide de Heikki Hyytiainen et au Canada où des organisations de constructeurs réalisent régulièrement des tests afin de faire évoluer l'efficacité du système. Il faut noter qu'à l'inverse des russes, autrichiens ou suédois, les finlandais n'ont jamais cessé d'utiliser le chauffage par poêle de masse même quand le pétrole était bon marché. Cette expérience ininterrompue a permis d'engendrer beaucoup d'expérience.

En raison de ses multiples avantages, tels que le confort de sa chaleur par rayonnement ou l'économie importante de combustible, et poussé par le vent de l'écologie, ce système de chauffage se répand désormais même sous des latitudes où le climat est plus clément.

Le principe du poêle de masse est de stocker dans la masse qui le constitue l'énergie d'une flambée afin de la restituer régulièrement et progressivement sur une longue durée.

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Généralement, une flambée d'une à deux heures permet de chauffer pendant vingt deux heures environ, ce qui permet à son utilisateur de ne faire qu'une flambée par jour. Selon la masse du poêle, les flambées sont plus nombreuses et réparties en deux ou trois fois par jour. Plus la masse est faible, plus le nombre de flambée sera important.

Les matériaux utilisés peuvent être de plusieurs sortes : briques réfractaires haute densité, briques réfractaires courantes, briques simples, briques de terre crue (BTC), terre, argile et toute la gamme des pierres (suivant les régions grès, granit, stéatite, etc.). Les pierres volcaniques sont privilégiées, car plus à même d'encaisser les chocs thermiques répétitifs.

Il existe plusieurs familles de poêles de masse. Le circuit des fumées détermine cette famille.

•

•

•

Le finlandais : Composé d'un foyer principal, d'un goulet d'étranglement donnant sur une seconde chambre de combustion/détente, les gaz sont d'abord mis sous pression et butant sur la dalle de fermeture du haut, ils sont forcés de redescendre dans la canaux de fumée jusqu'en bas du poêle. Ce faisant, les gaz perdent petit à petit leur chaleur qui est transmise aux murs latéraux. Cette circulation « anormale » des gaz vers le bas a donné le nom de poêle de masse à contre courant (contraflow). La particularité de ces poêles est leur connexion au conduit de cheminée au point le plus bas et le moins chaud du poêle. Un avantage pour la pérennité de la connexion.

Le suédois : Composé de plusieurs chicanes verticales forçant les gaz à descendre et à monter, a inspiré les finlandais. Ceci dit, le dessin suédois n'a jamais été aussi abouti que le schéma finlandais. Une des raisons étant que les Suédois ont abandonné le chauffage au bois quand le pétrole était bon marché.

Le russe/ l'autrichien: Généralement assez massif; les chicanes sont plutôt horizontales.

Ce dessin permet des bancs chauffants de grande longueur sur lesquels les gens dormaient.

Ils permettent de chauffer confortablement une maison toute l’année.

Placée au centre de celle-ci, dès la construction ou non, ils rayonnent lentement une chaleur douce. Ils coûtent entre 5 et 15 000 k€ mais évitent l’investissement d’un système de chauffage central.

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(TULIKIVI)

(FINOVEN)

(HIEMSTRA)

(KACHELÖFEN)

- Les appareils producteurs/générateurs de chaleur : Les chaudières : Une chaudière est un réservoir contenant un fluide et muni d'un système de chauffage. Son but est de produire et stocker de l'énergie thermique dans ce fluide et d'utiliser cette énergie dans un autre lieu. Le fluide chauffé est transporté à l'aide de tuyauteries jusqu'au lieu d'utilisation. Généralement une chaudière fonctionne en circuit fermé, le fluide chaud sort par une tuyauterie fixée sur sa partie haute et revient par une autre tuyauterie fixée sur sa partie basse après avoir circulé et s'être refroidi. Le fluide est qualifié de caloporteur.

Les chaudières peuvent utiliser différents combustibles et/ou énergies :(bois, charbon, fioul,gaz, électricité...) Pour les chaudières utilisant un combustible, la circulation des gaz de combustion peut être naturelle (par convection naturelle) ou forcée (ventilateur) au fioul au gaz (gaz naturel, butane, propane) à bois (cf. comparatif entre les différentes ressources énergétiques ci après pour compléments sur les différentes sortes de combustibles « bois ») - la chaudière à bûches Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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(source : www.climamaison.com)

Les appareils modernes dit "turbo" et à "flamme inversée" permettent d’atteindre des rendements supérieurs à 80%. Les chaudières sont raccordées à des circuits de chauffage central classiques et couplées à un ballon tampon (ou d’hydro-accumulation). Confort et autonomie sont ainsi optimisés. Leur coût : 5 à 10 000 € (hors radiateurs).

Les chaudières automatiques à bois, raccordées au système de chauffage (radiateurs ou plancher chauffant), offrent le même degré de confort qu’une chaudière fuel moderne et fonctionnent grosso-modo de la même manière avec une autonomie de 1 an. La principale différence et contrainte est le stockage beaucoup plus volumineux. Le combustible est transporté automatiquement jusqu’au brûleur, puis s’enflamme grâce à un allumage électrique. Une régulation de l’amenée du combustible et de l’air primaire et secondaire permet d’adapter la puissance, d’obtenir une combustion complète et donc d’optimiser les rendements : plus de 90%.

Cela induit une consommation modérée de bois, une très faible production de cendre, ainsi qu’une usure et un encrassement du corps de chauffe réduite. Le décendrage s’effectue automatiquement, reste à vider bac à cendre 2 à 3 fois dans l’hiver. Un entretien annuel doit être effectué par un professionnel.

Afin d’améliorer les performances et le confort, on utilise de "petits morceaux de bois" - les granulés de bois ou le bois déchiqueté - comme un combustible fluide. Ainsi les appareils automatiques s’allument et s’alimentent automatiquement... plus de contrainte de chargement !

- la chaudière à granulés de bois (ou pellets) Aujourd’hui, les chaudières à granulés offrent le même confort que les chaudières fonctionnant avec d’autres combustibles comme le fioul, le gaz, … Elles peuvent être entièrement automatisée et asservie à un module de commande électronique qui vous permettra de réguler très précisément votre chauffage.

Différents éléments permettent d’adapter le régime de votre chaudière aux conditions extérieures, à vos souhaits, toujours dans un souci de rentabilité, d’économie et de confort L’alimentation en granulés peut se faire de manière manuelle ou par un système de vis sans fin.

(source : www.granulesdebois.net)

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Certaines chaudières sont équipées d’une cuve de stockage pour les granulés sur le côté. Ce mini silo d’une capacité de 150 à 500 kgs leur procure une autonomie pouvant aller jusqu’à plus d’un mois.

(source : www.granulesdebois.net)

Attention : comme pour les poêles à pellets, l’alimentation de la chaudière nécessite de l’électricité.

Les livraisons s’effectuent par soufflage. Un camion citerne équipé d’un tuyau de 20 à 30 m se raccorde directement au raccord du silo. Celui-ci peut être textile ou maçonné, de préférence à proximité de la chaudière et jusqu’à 20m. Il doit contenir 5 à 10 m3 de granulé pour satisfaire aux besoins d’une année. Une vis sans fin et/ou un système d’aspiration alimente ensuite la chaudière.

L’investissement moyen pour un système complet (hors radiateurs) est 16 000 €.

- la chaudière à bois déchiqueté Les livraisons s’effectuent par camion benne, soit directement dans un silo enterré via une trappe, soit au sol puis avec reprise pour un silo de plain pied.

Le silo maçonné de forme carré est accolé à la chaufferie qu’il alimente par vis sans fin.

Sa contenance de 25 à 100 m3 nécessite généralement plusieurs livraisons annuelles.

L’investissement moyen pour un système complet (hors radiateurs) varie en fonction du coût du silo, de 20 à 30 000 € pour un particulier.

Remarques : Il existe des chaudières dites "semi-automatiques" avec une trémie attenante remplaçant le silo.

L’autonomie est réduite (1 à 7 jours) mais l’investissement aussi (8 à 10 000 €).

Des chaudières automatiques à bois de très grande puissance peuvent alimenter des immeubles voir des quartiers entiers !

Les pompes à chaleur : La pompe à chaleur ou PAC est un équipement à technologie frigorifique produisant de la chaleur à partir d’un milieu naturel où l’énergie est « pompée » et abondante : air, eau de nappe, eau de mer, eau de rivière sol, sous-sol, … Les PAC ou pompes à chaleur sont donc de plusieurs type : PAC air-air, PAC air-eau, PAC sol-eau, PAC eau-eau, …

La pompe à chaleur ou PAC est constituée d’un circuit fermé et étanche dans lequel circule un fluide frigorigène à l’état liquide ou gazeux selon les organes qu’il traverse. Ces organes sont au Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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nombre de quatre : l’évaporateur, le compresseur, le condenseur et le détendeur. Pour simplifier, on peut dire que la pompe à chaleur prélève un peu de chaleur du sol du jardin, de l’air environnant ou de l’eau d’une nappe, augmente son niveau de température et restitue une chaleur à une température plus élevée dans le logement.

La PAC est l’élément central d’installations de géothermie ou d’aérothermie et fait donc parti de systèmes dits à énergie renouvelable mais attention une alimentation électrique intégrée est obligatoire.

Principe : Le sol ou l’eau souterraine possède donc une quantité de chaleur renouvelée sans cesse grâce au rayonnement solaire et à la capacité thermique du sous-sol.

Puiser de la chaleur pour la transférer dans un autre milieu est un principe bien connu des industries frigorifiques.

Principe selon lequel un fluide frigorigène, à l’intérieur d’un circuit frigorifique, lorsqu’il est compressé ou détendu, permet : • •

D'absorber de la chaleur « du sol », en se vaporisant dans l’évaporateur (l’évaporateur est le dispositif extérieur dans le cas d’une pompe à chaleur), De restituer de la chaleur absorbée en se condensant dans le condenseur (le condenseur est la partie chaude, qui va céder des calories dans la pièce ou l’immeuble à chauffer).

L’énergie mécanique nécessaire au déplacement du fluide frigorigène et à ses changements d’état, est apportée par un compresseur, lui-même fonctionnant à l’électricité.

Ce cycle est appelé cycle frigorifique

Les pompes à chaleur permettent de diviser par 2 à 4 le coût de l'électricité, en fournissant de 2 à 4 kWh pour 1 kWh consommé (ce rapport est appelé COP : coefficient de performance).

Pour une même pompe, le COP varie du simple au double selon la température extérieure (cas des pompes air/air ou air/eau) et la température délivrée. On ne peut donc préciser le gain correspondant.

PAC AIR/AIR : La pompe à chaleur récupère la chaleur de l’extérieur et la transfère à un niveau de température plus élevé dans l'air ambiant du logement.

La pompe à chaleur est généralement installée en extérieur. Attention car le COP ou le rendement chute cruellement quand la température extérieure descend en dessous de –5°C. Selon les régions, la température extérieure de base en hiver peut atteindre –15°C comme à Strasbourg, et il est donc indispensable soit d’opter pour du matériel de qualité prévu pour, soit prévoir un appoint complémentaire : résistance élec, bois, …, qui ne sera sollicité que lorsque les températures deviendront négative (inf. à 0°C).

Les rendements des pompes à chaleur air/air sont donc d’autant plus faibles que la température extérieure chute et est négative.

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Le COP de 3 n’est atteint qu’à partir de 7°C par exemple, alors qu’il chute à 1,5 voire moins pour des températures négatives.

PAC AIR/EAU : La pompe à chaleur récupère la chaleur de l’extérieur et la transfère à un niveau de température plus élevé dans le circuit d'eau chaude de l'installation du chauffage.

La pompe à chaleur est généralement installée en extérieur. Le COP chute quand la température extérieure descend vers des températures extérieures faibles et inférieures à zéro. Un appoint complémentaire : élec, bois, …, sera sollicité lorsque les températures deviendront négative (inf à 0°C).

La pompe à chaleur équipe généralement tout un logement (groupe de pièces) et se présente sous la configuration d’un système centralisé avec une unité extérieure qui absorbe les calories de l’air, et les transmet avec la puissance du compresseur en chaleur à un circuit d’eau chaude. Les pompes à chaleur génèrent de l’eau dite à basse température, soit voisine de 50°C au maximum.

De ce fait, elles sont particulièrement adaptées à des circuits basse température comme les planchers chauffants. A contrario, alimenter avec seulement une pompe à chaleur un circuit de radiateurs communément calculé à 70°C poserait des problèmes de manque de chauffage aux températures extérieures les plus froides. Un complément par résistance électrique, bois, ou chaudières fioul ou gaz est alors nécessaire pour écrêter les pointes hivernales.

PAC EAU/EAU : La pompe à chaleur eau/eau utilise comme source de prélèvement l’eau de nappe phréatique. Même en hiver, la température se situe entre +10°C et +12°C, température suffisante pour alimenter une PAC pour le chauffage d’une maison, d’un immeuble.

Il faut savoir que de très nombreux immeubles situés dans des zones des plus froides, comme par exemple à Strasbourg où la température extérieure de l’air est prise à –15°C, utilisent cette technique avec captage et rejet dans la nappe phréatique, et ce depuis de nombreuses années, avec des rendements et COP très intéressants (COP sup. à 3).

Le fonctionnement en climatisation utilise également l’eau de nappe, qui avec un cycle inverse de la pompe à chaleur, provoque un léger réchauffement de l’eau de nappe en été. Avec des rendements excellents, et bien supérieurs aux rendements obtenus avec une technologie AIR/EAU ou AIR/AIR. Du côté de la maison ou de l’immeuble, la pompe à chaleur se raccorde sur un circuit de chauffage à basse température avec des émetteurs types planchers chauffants, radiateurs basse température, … Il n’est pas indispensable de remonter la température d’eau chaude des circuits de chauffage si les émetteurs sont dits à basse température, car les COP, coefficients de performance, sont encore très bons du fait du niveau de température de l’eau dans lequel on puise les calories.

L’installation de la PAC s’effectue dans un local technique, (cave et sous-sol par exemple). Il est nécessaire de creuser deux puits, un de captage et un de rejet, ou bien un puits regroupant captage et rejet d’eau. Dans le premier puits, dit puits d’aspiration, la PAC pompe l’eau pour absorber ses calories et dans le second, dit puits de restitution, elle rejette l’eau refroidie (et réchauffée en été) dans la nappe.

PAC SOL/EAU : La pompe à chaleur sol/eau fonctionne avec un réseau de tubes inaltérables dans lequel circule un fluide frigorigène (nocifs pour l’environnement) ou de l’eau glycolée. Ce réseau est enterré horizontalement dans le jardin (capteurs horizontaux) ou est disposé verticalement (capteurs verticaux) Les calories du sol sont absorbées, et, une fois transférées via le compresseur de la pompe à chaleur, sont restituées dans la maison à chauffer, le plus souvent dans un circuit de plancher chauffant basse température ou des radiateurs basse température.

Les PAC en France : Année Sol / Sol et Sol / Eau Eau / Eau Air / Eau Air / Air Total

2002

2003 2004 2005 5 400 6 800 7 800 7 700 3 600 4 900 5 400 4 400 4 700 5 600 12 000 Données non représentatives 12 100 13 700 17 300 25 200

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2006 9 600 8 850 35 050 53 500

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Le chauffage solaire Il peut sembler paradoxal de vouloir faire du chauffage solaire, en effet, c’est en général lorsqu’il y a le moins de soleil que le besoin de chauffage se fait le plus ressentir. Cependant le chauffage solaire reste intéressant pour les périodes de mi-saison où les journées sont relativement belles et les nuits encore fraîches.

Il existe deux grands types de systèmes solaires combinés (chauffage et eau chaude)avec des variantes permettant de s’adapter à la majorité des cas.

La première famille de chauffage solaire est conçue sur le principe de l’hydroaccumulation. Le soleil n’étant pas présent toute la journée, l’idée consiste à stocker la chaleur produite par les capteurs dans un volume d’eau tampon, dans lequel on vient puiser lorsque cela est nécessaire.

Cette énergie est ensuite distribuée dans le circuit. Les progrès de la recherche (régulation et stockage de l’énergie dans les ballons), permettent de voir apparaître aujourd’hui des systèmes performants avec des modules compacts et dont le volume est acceptable (de 500 à 2000 l).

La seconde famille, généralement utilisée dans un projet neuf ou une réhabilitation lourde, utilise la dalle du plancher chauffant comme émetteur de chaleur mais aussi comme élément de stockage d’énergie (pas de stockage hydraulique). Ces systèmes utilisent un schéma hydraulique plus simple, mais font appel à une régulation plus évoluée. Ainsi, le Plancher Solaire Direct est le système de chauffage solaire actuellement le plus développé en France.

Lorsque le soleil brille, le liquide antigel est réchauffé dans les capteurs. Le stockage de l’énergie s’effectue ensuite : –

soit dans le ballon tampon

–

soit directement dans la dalle. L’émetteur de chaleur est de préférence à basse température (plancher ou mur chauffant). Dans le cas du Plancher Solaire Direct, une épaisseur de dalle de 12 à 15 cm est préconisée pour augmenter la capacité de stockage. Un système de régulation, composé d’organes couramment utilisés dans les installations de chauffage classiques et ne demandant aucun entretien spécifique, est adapté à chacun des systèmes. Un circuit en dérivation permet de chauffer le ballon d’eau chaude sanitaire.

Les capteurs solaires pour du chauffage

On compte environ 1 m² de capteur pour 7 à 10 m² de plancher chauffant, soit 10 à 20 m² pour une maison individuelle, selon sa taille et sa situation géographique. Il est préférable que les capteurs soient plein Sud (± 45 °) et inclinés entre 45° et 60° (minimum 30° d’inclinaison). Ils peuvent être intégrés dans l’architecture de la maison ou placés sur un châssis. Ils ne nécessitent aucun entretien.

Un système d’appoint permet de pallier les insuffisances du rayonnement solaire. Il peut être totalement indépendant de l’installation solaire : cheminée, poêle à bois, convecteurs électriques, etc..., mais il peut aussi être intégré au système solaire. Ainsi, la régulation peut gérer la mise en route et l’arrêt de l’appoint, en fonction de l’ensoleillement, de la demande de chauffage ou d’eau chaude sanitaire. Dans ce cas on utilise une chaudière classique (fioul, gaz, bois, électrique).

Cette régulation cherche en permanence à optimiser l’énergie solaire.

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Schéma d’un chauffage solaire avec plancher direct

-

Les appareils émetteurs :

Les radiateurs : La chaleur produite par un appareil générateur de chaleur (chaudière, panneaux solaires, PAC, …) est emmagasinée grâce à différents types de matériaux : fonte, aluminium, acier etc. puis restituée uniformément via la carrosserie du radiateur.

Les radiateurs en fonte (très lourds et chauds)

radiateur en fonte

Les radiateurs en acier (lourds et chauds)

(ORNIS)

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Les radiateurs en aluminium (légers et tièdes)

Le plancher chauffant La dénomination "plancher chauffant" (ou "chauffage par le sol") vient du fait que la chaleur est émise par le sol pour une répartition idéale. Pour cela, on utilise des conduites d'eau ou des câbles chauffants qui serpentent le plancher en diffusant la chaleur. A l'instar du radiateur rayonnant, la chaleur est d'abord transmise aux objets proches qui à leur tour transmettent la chaleur au reste de la pièce.

• • • • • •

le plancher chauffant diffuse une chaleur bien répartie qui couvre l'ensemble de la pièce de plancher au plafond il convient à tout type de pièce, même les grands volumes d'un point de vue esthétique/décoration, le plancher chauffant remplace avantageusement un chauffage par radiateur dans la mesure où les murs ne sont plus encombrés il faut bien faire attention au type de revêtement posé sur le plancher chauffant car tous ne sont pas compatibles : par exemple la moquette peut se décoller sous l'effet de la chaleur, l'idéal étant un sol carrelé de par l'étendue et l'inertie de la surface chauffante, le contrôle de la température est parfois inefficace grâce aux techniques employées aujourd'hui et au plancher chauffant dit "basse température", on ne constate plus d'effet "jambes lourdes"

En général, il faut compter entre 35 € et 70 € par m2, hors chape.

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Les bouches de soufflage d’air chaud Une bouche de soufflage représente un élément terminal qui assure la fonction de soufflage d'air dans une pièce, ou un volume. La bouche de soufflage a également pour fonction d'orienter l'air par des ailettes pour lui donner une direction. Si la direction se trouve profondément modifiée, on parle plus de diffuseur de soufflage qui diffusera plus et "projettera" moins l'air. La bouche de soufflage est en conception aluminium, plastique, ou autre. Elle peut être équipée d'un registre de réglage de débit permettant un équilibrage de la distribution d'air par rapport aux autres bouches.

Dans l'habitat, et dans le cas de la VMC, on parle de bouche d'entrée d'air, très souvent localisée dans les menuiseries extérieures des salles de vie. (cf. chapitre )

(Leroy merlin)

(Poujoulat)

Enjeux et comparatif entre les différentes sources énergétiques pour le chauffage L’énergie a de nombreux usages dans un logement, mais parmi ceux-ci, le chauffage prédomine.

Elle représente en 2004, tous usages confondus, 15% des dépenses des ménages consacrées au logement, ou 3,7% de leurs dépenses totales.

Le chauffage est une activité qui a un impact environnemental important : les usages « résidentiels et tertiaires » représentaient en 2001 en France 20% des émissions de gaz à effet de serre (cause du réchauffement climatique), et le chauffage des habitations et lieux de travail représente 75% de ces 20%, donc 15% du total. Le principal gaz émis est du CO2, puisque 58% de l’énergie totale utilisée est d’origine fossile (gaz, fioul et charbon).

Dans un établissement scolaire, le chauffage est responsable de la majorité des émissions de GES (Gaz à Effet de Serre).

Par ailleurs, le chauffage des logements émet dans l’atmosphère des gaz précurseurs d’ozone (oxydes d’azote, composés organiques volatiles non métalliques (COVNM), et monoxyde de carbone), des particules (de diamètre de 1 à 10 µm - PM10, PM2,5 et PM1) et des gaz acidifiants (oxydes de soufre SOx, oxydes d'azote NOx, ammoniac NH3). Il est responsable de 25% des émissions nationales de COVNM et de 29% de celles de monoxyde de carbone (CO). Le secteur résidentiel est à l’origine en 2004, de 20% des PM 10 émises au niveau national, 32% des PM2,5 et 53% des PM1. Les impacts sanitaires de ces dernières sont majorés, car plus fines, elles pénètrent plus profondément dans les voies respiratoires.

Les émissions augmentent en moyenne de 1% par an depuis 1990 avec l’accroissement de la consommation énergétique de l’ensemble des résidences (+13% entre 1990 et 2003). Cela Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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s’explique en partie par l’évolution démographique (+6%) et celle du nombre de logements (+14%). Cette tendance est aggravée par deux facteurs : • •

l’importance grandissante des surfaces à chauffer : +0,5% par an par logement en moyenne entre 1992 et 2003 (32 m² à 39 m² par personne entre 1990 et 2004) ; l’élévation de la température moyenne hivernale des logements (+2°C en 25 ans). (source : IFEN)

Cet impact est en partie sous le contrôle des individus : chacun règle à sa guise la température de son domicile et peut donc décider de limiter son impact personnel. Baisser de 1°C la température fait baisser la consommation de 7 à 10%. (cf. dossier ECOCITOYENNETE).

Le choix de la source d'énergie de chauffage a également un impact environnemental important.

Le fioul Les chaudières modernes (à haute pression et/ou à condensation) ont fait d'énormes progrès en terme de consommation, mais le coût d'installation, la nécessité de stockage, l'entretien, la pollution (1,5 fois plus d'oxyde de carbone, 3 fois plus d'oxyde d'azote et 8 fois plus d'oxyde de soufre qu'une chaudière à gaz naturel) font de cette énergie un choix obsolète, en tout cas pour les constructions neuves.

A performance égale, les chaudières fioul sont assez nettement plus chères que les chaudières gaz.

De plus, la montée du prix du pétrole se répercute beaucoup plus durement sur le fioul, moins taxé que le gazole.

En octobre 2006, le prix du fioul atteint presque celui de l'électricité en tarif de nuit. Opter pour un tel système en construction neuve ou en rénovation lourde n'est assurément pas rentable au vu de l'investissement nécessaire et de l'évolution certaine des prix du pétrole.

Le gaz naturel (méthane) Son prix a augmenté et va continuer à le faire.

Pour autant, si votre logement peut-être relié au réseau, c'est encore une énergie intéressante du point de vue du compromis investissement/coût d'exploitation/confort. Il évite l'investissement d'une cuve de stockage.

Toutefois, sa réputation de propreté ne doit pas faire oublier qu'il s'agit d'une énergie fossile dont la combustion participe à l'effet de serre.

Le gaz propane Le gaz propane (livré en cuve) a maintenant un coût d'utilisation comparable à l'électricité (donc encore plus élevé que le fioul), ce qui rend le choix de cette énergie peu opportun.

L'électricité De même, il ne faut pas s'attendre à une baisse à terme des prix de l'électricité du fait de la libéralisation des marchés. Les nouveaux entrants qui concurrenceront l' "opérateur historique" n'auront pas accès au nucléaire et la production d'électricité à l'aide de centrales thermiques va directement suivre les prix des énergies pétrolières. En janvier 2005 par rapport au prix TTC français, l'électricité est 20% plus chère en Belgique, 40% plus chère aux Pays Bas, +50% en Allemagne et en Irlande, +80% au Danemark.

Le mode de chauffage le plus polluant !

Dans le pays phare de l'électricité nucléaire, l'accent est mis au tout électrique et notre consommation électrique ne fait qu'augmenter.

La part de l'électricité nucléaire est passée de 78,3% en 2002 à 83,4% en 2004.

Mais l'électricité nucléaire (à priori 0%CO2) ne suffit pas à alimenter tous les convecteurs les jours d'hiver et EDF doit alors allumer les centrales thermiques.

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Or il faut 3,5 fois plus de fioul, de gaz ou de charbon pour alimenter une centrale qui chauffera un logement à l'électricité que si le logement était directement équipé d'une chaudière brûlant ce même fioul ou gaz. Donc 3,5 fois plus de CO2 émis. (rendement des centrales électriques nucléaires ou thermiques = 33% + pertes dans les lignes électriques=11%).

L'Ademe a publié en 2005 une note restée bien discrète différentiant le contenu en CO2 de chaque kilowattheure électrique, selon les usages faits de l'électricité.

Il en ressort que chaque kWh électrique consommé en période de chauffage produit 180g de CO2 et jusqu'à 260g les années à hiver froid, cette pollution par contribution à l'effet de serre étant bien évidemment à ajouter aux déchets nucléaires.

A titre de comparaison un kWh de chauffage émet : 200 g de CO2 s'il est produit par une chaudière gaz 280 g de CO2 s'il est produit par une chaudière fioul 900 g de CO2 s'il était produit par une seule centrale thermique au charbon alimentant un convecteur électrique D'après les prévisions de l'ADEME, la contribution CO2 d'un kilowattheure électrique pour le chauffage passera à 300 grammes en 2010.

Même s'il est très propre à la maison, le chauffage électrique (dit "à effet Joule") reste le plus cher et le plus polluant ... et le sera de plus en plus.

Rappelons que le chauffage électrique est interdit au Danemark et que dans certains cantons suisses, il n'est autorisé que si le promoteur immobilier réussit à démonter qu'il ne peut pas utiliser un autre mode de chauffage.

Le bois Le bois fait partie des bioénergies. C’est une énergie renouvelable, sous réserve que les prélèvements soient inférieurs à l’accroissement forestier. C’est le cas en Europe, où les forêts grandissent chaque année depuis un siècle.

Brûler du bois n’émet pas de gaz à effet de serre : le CO2 émis lors de la combustion est absorbé par les végétaux en croissance, s’intégrant au cycle naturel du carbone.

C’est une énergie disponible avec 3 sources principales : 1 Le bois issu de la forêt (1/4 du territoire en France et dans le Rhône, en développement constant et sous-exploitée) ; 2 Les résidus des entreprises de transformation du bois (la moitié d’un arbre coupé devient des sous-produits dont une part importante reste encore à valoriser) ; 3 Le bois récupéré, provenant des déchetteries (élagage, emballage, palette, ...) s’il n’est pas souillé (traitement, peinture, ...).

Le bois est une énergie économique : jusqu’à 6 fois moins cher que le fioul ou le gaz naturel.

C’est également une énergie génératrice d’activité locale : 4 fois plus d’emplois créés que le gaz Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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ou le pétrole, permettant également l’entretien des espaces verts et des forêts.

Aussi la pose d’appareils de chauffage au bois permet de bénéficier d'un crédit d'impôt de 50% en fonction de critères de rendement et respect de norme.

Depuis les années 2000, les poêles et inserts de cheminées ont fait d'énormes progrès en terme de rendement qui peut atteindre jusqu'à 90% alors que le rendement maximum n'était que de 50% avec les poêles et inserts des années 1980 / 1990.

De plus, les appareils modernes réduisent considérablement les émissions de dioxyde de carbone et suppriment la pollution par le souffre. Ils sont équipés d'une chambre de post-combustion et d'un ventilateur extracteur piloté par sonde pour contrôler le niveau d'oxygène nécessaire. Il n'y a plus de phase de ralenti, donc plus de formation de goudron.

Enfin, le développement du combustible bois sous forme de granulés ou de plaquettes permet de s'affranchir du chargement des bûches.

Les différentes formes de « bois énergie » Les bûches : forme très utilisée et qui participe au charme du feu, mais qui demande beaucoup de manutention. Les longueurs usuelles des bûches sont : 20 cm ; 25 cm ; 30 cm ; 33 cm ; 40 cm ; 50 cm ; 1 m. La tolérance sur la longueur par rapport à la cote commerciale nominale est de + ou 5 %. Sa capacité calorifique est de 1500 à 2000 kWh/stère – Tarifs de 30 à 80 euros le stère

Le bois déchiqueté : Egalement appelées “plaquettes”, ces fragments de bois de la taille d’un morceau de sucre sont obtenus par broyage de produits issus de l’activité forestière et paysagère (branches, houppiers, rémanents...) ou industrielle (palettes non souillées...).

Afin d’assurer un bon fonctionnement avec des chaudières automatiques, il faut impérativement un combustible adapté, c’est à dire bien sec (humidité<25%) avec une granulométrie constante (en moyenne : 3x2x1cm).

Le séchage du bois peut s’effectuer avant ou après le broyage : soit par séchage de 1 à 2 ans en perches, puis broyage du bois sec ; soit par broyage du bois vert et séchage en tas pendant 3 à 6 mois sous abri aéré (au printemps pour l’hiver).

Ce combustible local et économique nécessite beaucoup de place pour le stockage. Il convient donc à des bâtiments collectifs ou individuels, et peut être auto-produit en louant un broyeur.

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Les briquettes : sciure agglomérée permettant des rendements supérieurs aux simples bûches.

Les granulés de bois (ou pellets) : obtenus par compression et agglomération de forme. Grâce à leur densité d’énergie élevée et leur grande facilité de livraison et de stockage, les granulés s’avèrent être un combustible optimal pour les systèmes de chauffage entièrement automatiques.

Les granulés de bois sont des cylindres pressés d’un diamètre de 6 mm environ et d’une longueur de 5 à 30 mm et sont composés à 100 % de résidus de bois secs naturels. Leur unité de mesure est le kilo, 1 m3 de granulés correspondant à un poids d’environ 650 kg. La capacité calorifique du granulé bois est importante : 4700 kWh/tonne (environ 5 kW/Kg). Son prix moyen est de 270 euros/tonne.

La livraison des granulés est effectuée par camion-citerne, qui remplit directement le silo.

Lors de l’achat, contrôlez impérativement la qualité des granulés. Seuls les fabricants contrôlés conformément aux normes garantissent la qualité des granulés.

NB : 2 kg de granulés = environ 1 litre de fioul 3 m3 d’espace dans le silo à granulés =1000 litres de fioul

Quelques chiffres ... unité unités/tonne énergie/unité prix/unité prix/kWh [5]

Bûche stère [1] 2 1700 kWh 50€ 0,03€

Plaquette MAP [2] 4 900 kWh 20€ 0,02€

Granulé tonne [3] 1 4700 kWh 200€ [4] 0,04€

[1] 1m3 de bûche de 1m de long ou 0.7m3 en bûche de 33cm [2] 1M3 Apparent de Plaquette [3] = 1,5m3 de granulé [4] livrée en vrac ; 300€ en sac [5] pour particuliers du Rhône ; granulé sac et gaz naturel : 0,05€ ; fioul : 0,06€ ; élec : 0,11€

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Le solaire Le Système solaire combiné (parfois dénommé « Combi solaire ») est une installation utilisant le rayonnement solaire pour couvrir une partie des besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire. (cf. chapitre ). La surface des capteurs mise en œuvre dans un système solaire combiné est généralement comprise entre 10 et 20 m2. L'apport solaire dépend de la surface des capteurs et des besoins de chauffage de la maison.

La part de chauffage assurée par le soleil sera d'autant plus importante que la maison est bien isolée. De même, les capteurs devront être inclinés entre 45 et 60° (minimum 30°) pour bien bénéficier du soleil rasant d'hiver.

Pour utiliser le solaire pour chauffer sa maison, il est donc déconseillé d'intégrer le capteur dans des toits peu pentus (cas du midi de la France).

Voici trois exemples pour une maison isolée selon les normes de réglementation thermique 2000 et dont les capteurs sont orientés au sud (+/- 20°) et inclinés à 45°.

Exemples de maisons (isolées selon la réglementation thermique Apports solaires obtenus 2000) 4600 kWh d'économie, soit 110 m2 habitables à Marseille, 13 m2 de capteurs, 4 personnes 50% 150 m2 à Strasbourg, 18 m2 de capteurs, 6 personnes 6400 kWh, soit 30% 110 m2 à Grenoble, 16 m2 de capteurs, 4 personnes 5500 kWh, soit 40% Moins de soleil dans le Nord ... mais plus d'économies : c’est l’adéquation entre les besoins et l’ensoleillement disponible qui détermine la productivité des capteurs solaires. Ainsi, même si le pourcentage d’économie d’énergie est plus élevé dans le sud que dans le nord, la quantité d’énergie économisée ne sera pas plus importante que dans le Nord et l'Est de la France.

Prix des énergies en Euros TTC, mai 2006 énergie

électricité électricité (effet gaz fioul (effet joule) thermopropane domestique dynamique, (cuve) pompe à chaleur) coût du 0,106 / 0,06 / 0,04 0,075 à 0,077 kilowattheure (1) 0,064 0,11 (3) frais annuels typiques 104 195 104 195 240 (abonnement, location) (1)

gaz bois naturel (bûches)

0,044

bois (granulés vrac)

0,022 0,044 0,046

solaire

0,00

117

tarif "jour" et "nuit" pour l'électricité (avec abonnement double tarif), TVA et taxes locales inclues. Les autres tarifs sont basés sur une capacité calorifique de 14000 kWh/tonne pour le propane, de 10570 kwh/tonne pour le fioul (0,68 €/litre, densité 0,84), de 1700 kWh/stère pour le bois de chêne et de 5000kWh/tonne pour le bois en granulés (230€/t). Prix du gaz naturel indiqué pour la zone 2 et l'abonnement B1. Rendement des chaudières non pris en compte.

(2)

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Prix des énergies en Euros au 11 juillet 2008 en € TTC/kWh utile sur une base de 25 000 kWh/an, hors installation).

• • •

fuel : 0,14€/kWh (1,05€ TTC le litre, 10 kwh/l, 75% de rendement du système de chauffage) bois : 0,12€/kWh (briquettes à 400€ TTC la tonne, 4,5 kwh/kg, rendement poële moderne 75%) électricité : 0,09€/kWh (prix pondéré heures pleines (0,11€) 2/3, heures creuses (0,07€) 1/3, rendement 100%) gaz : 0,07€/kWh (tarif GDF particuliers réglementé B1, rendement installation 75%)

Capacité énergétique de différents combustibles Combustible

Pouvoir calorifique inférieur PCI (supérieur PCS) Emission de CO2 par rapport à PCI (PCS) en kWh/kg en kg/kWh 8,14 (8,41) 0,350 (0,339) 10,08 kWh/l (10,57) 0,312 (0,298) 10,42 kWh/m3 (11,42) 0,200 (0,182)

Houille Fuel domestique Gaz naturel Propane (à 0,51 12,90 kWh/kg (14,00) kg/l)

0,240 (0,220)

Le Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI) des combustibles est la quantité totale de chaleur dégagée par la combustion. Il concerne les chaudières conventionnelles.

Le Pouvoir Calorifique Supérieur (PCS) est égal à la somme du PCI et de la chaleur latente dans la vapeur d'eau produite par la combustion.

Il concerne les chaudières utilisant la technique de la condensation.

Par convention, le rendement d'une chaudière est le rapport entre la chaleur émise et le PCI correspondant au combustible consommé.

C'est pourquoi le rendement des chaudières à condensation dépasse généralement les 100%.

Rafraîchir (sources : Wikipedia, Ekopedia, ADEME, CREAQ, “Fraîcheur sans clim’” de Thierry Salomon et Claude Aubert)

ATTENTION : Il est indispensable dans une démarche d’ECOCONSTRUCTION d’empêcher la chaleur de rentrer avant de rafraîchir l’habitat. Cf. chapitre .

Hier …

Les régions chaudes ont développé des techniques de ventilation et de rafraîchissement naturelles.

Ainsi, dans l'architecture locale, les maisons sont orientées de 20 à 30° par rapport aux vents dominants pour favoriser un écoulement plus régulier de l'air, permettant une ventilation efficace des habitations. De plus, les moucharabiehs des pays arabes combinent protection solaire et aération nocturne. Le jour, les grilles en bois à claire-voie, fermées, laissent passer la lumière mais pas le soleil. Le soir, la partie ouvrante des grilles est relevée sur les trois côtés du balcon, facilitant la pénétration de l'air et la création d'un courant d'air. Ce dernier est rafraîchi par évapotranspiration de l'eau de la qolla, une jarre poreuse que l'on dépose à cet endroit.

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Moucharabiehs (Source : Fraîcheur sans clim, le guide des alternatives écologiques)

En Iran, des techniques élaborées sont utilisées depuis de nombreux siècles. Les maisons et les réservoirs d'eau sont rafraîchis par des tours à vent ou badgir ( attrape-vent en persan), qui captent les vents au-dessus des toits. Ce sont en général des cheminées rectangulaires d'environ trois mètres sur cinq et d'une quinzaine de mètres de haut. La partie supérieure de la tour comporte des ouvertures verticales qui, dépassant au-dessus des toits, "attrapent" en altitude les vents plus rapides et moins chargés de sable. La partie inférieure s'ouvre dans la pièce à rafraîchir. Les flux descendants et les flux ascendants sont canalisés séparément à l'intérieur de la tour. Ce système de tours en adobe favorise ainsi les courants d'air, il évacue l'air chaud au profit de l'air frais venant du jardin ou du sous-sol et crée de la fraîcheur en accélérant l’évaporation de l’eau des bassins. Des dispositifs similaires existent dans l’architecture vernaculaire des zones arides et chaudes de l’ensemble du Moyen-Orient, depuis l’Egypte jusqu’au Pakistan, selon des variantes adaptées aux climats et aux modes de construction (badgir d’Irak et d’Iran, malquaf d’Egypte, bargil des Émirats Arabes Unis, mangh du Pakistan...). Ils ne nécessitent aucune autre énergie que celle du vent pour rafraîchir les constructions.

Exemple

de

cheminée

de

ventilation

traditionnelle

:

leYazd

iranien

(Source : CSTB)

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Les différents principes de rafraîchissement ● La ventilation Ventiler, c’est rechercher un meilleur confort en mettant de l’air en mouvement.

En mettant l’air en mouvement lorsqu’il fait très chaud, les dames espagnoles, grâce à leur élégant éventail, remplacent rapidement l’air proche de leur visage, saturé en vapeur d’eau, par un air moins humide, plus agréable.

En même temps, le déplacement de l’éventail augmente la vitesse de l’air au contact de la peau, qui passe alors à 1 ou 2 m/s, ce qui augmente les échanges par convection et de l’évaporation de la sueur. Celle-ci s’accompagne d’un transfert de chaleur de la peau vers la vapeur d’eau et crée une sensation de refroidissement du visage.

On peut ventiler en brassant l’air d’une pièce avec un simple ventilateur ou bien en renouvelant l’air intérieur grâce à un apport d’air venant de l’extérieur.

Dans le 1er cas, on réalise un simple brassage de l’air. Lors de grosses chaleurs, il s’agit de se rafraîchir en facilitant l’évaporation de la sueur sur la peau, et donc l’évacuation de la chaleur corporelle : c’est l’effet ressenti en agitant devant le visage un éventail ou un journal. Pour procurer en été une sensation de rafraîchissement agréable, la vitesse de l’air doit se situer entre 0,2 mètre par seconde (début de la sensation de courant d’air) et 0,8 mètre par seconde (vitesse à laquelle des feuilles de papier peuvent être déplacées). Utile pour rafraîchir, le brassage d’air n’assure donc pas le renouvellement hygiénique de l’air et n’abaisse pas sa température.

On parle de renouvellement lorsque l’on remplace l’air intérieur par de l’air « neuf » pris à l’extérieur (cf. partie « santé, confort, hygiène »). Pour que cette ventilation rafraîchisse, il faut évidemment que la température de l’air qui pénètre soit inférieure à celle de l’air intérieur : ce n’est souvent pas le cas aux heures les plus chaudes de la journée.

Le renouvellement de l’air peut s’effectuer de façon naturelle (ouverture des fenêtres, dispositifs architecturaux favorisant la mise en mouvement de l’air), ou par un équipement nécessitant de l’énergie comme une ventilation mécanique contrôlée - VMC (cf. chapitre ), un extracteur de salle de bains ou une hotte de cuisine.

L’air frais introduit peut être soit directement de l’air extérieur lorsqu’il est plus frais que l’air intérieur –c’est le principe de la ventilation nocturne-, soit de l’air préalablement rafraîchi par

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contact avec une masse plus froide – c’est par exemple la technique du « puits provençal » (cf. chapitre ). ● Principe du rafraîchissement par évaporation ou rafraîchissement adiabatique Evaporer l’eau pour lutter contre la chaleur : nous le faisons, comme les animaux et les plantes (évapotranspiration), chaque fois que nous transpirons. Dans certains pays chauds, on utilise aussi l’évaporation de l’eau pour rafraîchir les maisons. Une technique naturelle d’une remarquable efficacité.

Il y a des siècles, les Egyptiens utilisaient déjà ce procédé.

Explications : Le passage de l’eau de l’état liquide à l’état gazeux exige de l’énergie et même beaucoup d’énergie : il en faut 7 fois plus pour faire passer 1 gramme d’eau sous forme liquide à l’état de vapeur, que pour l’amener de 20 à 100°C. Lorsqu’on fait chauffer de l’eau, cette énergie est fournie par une source de chaleur (gaz, électricité ou bois). Lorsque de l’eau s’évapore sans apport de chaleur, elle prend l’énergie nécessaire dans l’air environnent, qui se refroidit.

Différentes techniques, plus ou moins sophistiquées, permettent de rafraîchir l’air ambiant selon ce principe, grâce à des brumisateurs ou à des évaporateurs. (Cf. matériels ci-après).

Ce système présente de nombreux avantages : - Le renouvellement constant de l'air améliore le bien-être des occupants, car il permet l'évacuation efficace des odeurs et des fumées.

- L'eau n'est pas stockée (elle ne circule pas en circuit fermé), cela exclue tout risque de légionellose.

- L'air entrant est filtré, il est donc propre et sain.

- Les rafraîchisseurs d'air par évaporation n'assèchent pas l'air, ce qui procure une meilleure sensation de confort par rapport à d'autres systèmes de rafraîchissement.

- Les coûts d'investissement et d'exploitation sont faibles.

- Ce système est écologique: il n'utilise aucun réfrigérant (très polluant en général). Il n'a besoin que d'eau potable pour fonctionner.

Le système présente également certains inconvénients: - L'humidité apportée dans les locaux habités peut provoquer une gêne si elle met du temps à s'évacuer.

- Le système fonctionne moins bien lorsque le climat extérieur est chaud et humide (climats tropicaux). En effet, si l'air est déjà chargé en hygrométrie sa capacité à évaporer l'eau est donc à abaisser la température de l'air s'en trouve réduite.

● Produire du froid avec une machine frigorifique : la climatisation La climatisation consiste à refroidir (ou éventuellement chauffer dans le cadre d’une climatisation réversible) l’air intérieur par une machine frigorifique permettant le contrôle de la température désirée. Une climatisation refroidit donc l’air ambiant sans contrôle sur le taux d’humidité : si la température intérieure atteint le point de rosée, l’installation génère des condensats qui doivent être évacués.

NB : une installation d’air conditionné contrôle à la fois la température (par chauffage et/ou rafraîchissement) et l’hygrométrie de l’air ambiant (par humidification ou déshumidification). Ce type d’installation est plutôt réservé aux processus industriels nécessitant une ambiance bien déterminée ou aux locaux tertiaires.

Principe : dans votre réfrigérateur, un fluide évacue la chaleur de l’intérieur vers l’arrière de celuici, c’est-à-dire l’évaporateur (la plaque froide à l’intérieur du réfrigérateur) vers le condenseur (la grille chaude au dos).

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Un climatiseur fonctionne exactement de la même manière : un circuit rempli d’un gaz spécial, appelé fluide réfrigérant, capte la chaleur de la pièce à climatiser au niveau de l’évaporateur, puis la rejette au-dehors par le condenseur placé à l’extérieur. Un climatiseur est donc une pompe à chaleur air/air (cf. chapitre précédent « se chauffer ») transférant de l’énergie depuis l’air intérieur vers l’air extérieur. Dans certaines installations, le fonctionnement inverse est possible : ces appareils peuvent prendre de la chaleur à l’extérieur pour réchauffer le logement. L’évaporateur devient le condenseur et le condenseur l’évaporateur. La fonction de refroidissement se double d’une fonction de chauffage et l’on parle alors de climatisation réversible.

Pour qu’un climatiseur fonctionne, il faut compresser et mettre en mouvement le fluide réfrigérant, brasser l’air dans la pièce à climatiser et ventiler pour refroidir le condenseur extérieur : toutes ces fonctions consomment de l’électricité.

L’électricité ne sert donc pas à produire directement du froid (ou de la chaleur) mais à permettre un transfert de chaleur afin de rafraîchir (ou de chauffer).

(source : « Fraîcheur sans clim’ ») Plusieurs systèmes permettent de produire et de distribuer du froid (cf. matériels ci-après).

Ils consomment nettement plus d’énergie électrique que dans les systèmes précédemment présentés et génèrent bruit et émissions croissantes de gaz (HFC) au fort pouvoir réchauffant.

La climatisation dans le domaine de l’habitat représente ainsi 2% de la contribution à l’effet de serre (Source : Climax, 2004)

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(source : « Fraicheur sans clim’ »)

Les différents matériels de rafraîchissement ● Les ventilateurs brasseurs d’air : Ils agissent non en refroidissant l’air de la pièce dans laquelle ils fonctionnent mais rafraîchissent le corps en favorisant l’évaporation de la sueur sur la peau.

Des petits ventilateurs que l’on pose sur une table à ceux à grandes pales des plafonds, la variété des modèles est considérable.

Seuls les ventilateurs de plafond sont capables de brasser efficacement tout l’air d’une pièce.

Présents dans presque tous les lieux publics et dans de nombreuses pièces de vie dans les pays méditerranéens, on peut s’étonner qu’ils soient aussi rares chez nous : ils sont pratiquement silencieux et occupent peu de place. ● Les rafraîchisseurs d’air : Les brumisateurs ou humidificateurs : Il faut veiller à choisir des humidificateurs dits parfois « à vapeur froide » (bien qu’en réalité il ne s’agisse pas de vapeur mais de fines gouttelettes) fonctionnant en général par ultrasons. La brumisation est d’autant plus efficace que l’air est plus sec au départ.

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brumisateur/ventilateur (source : Hygienis)

La gare de Marseille équipée de brumisateurs (source : « fraicheur sans clim’ ») Les rafraîchisseurs par évaporation : Un rafraîchisseur-évaporateur fonctionne exactement selon le même principe qu’un drap mouillé suspendu devant la fenêtre. L’air à rafraîchir est aspiré par l’appareil à l’aide d’un ventilateur intégré et traverse une membrane spongieuse ou finement alvéolée maintenue constamment humide. Cela provoque l’évaporation d’une partie de l’eau qui imprègne la membrane, et donc un net rafraîchissement de l’air qui sort de l’appareil.

Consommant environ 10 fois moins d’électricité que les climatiseurs classiques et ne comprenant pas de liquide frigorigène, ces appareils sont beaucoup plus économiques et écologiques. Assez répandus dans certains pays, ils ont été jusqu’à présent très peu utilisés en France où ils sont vendus sous le nom de « rafraîchisseurs d’air ». il en existe de deux types : les appareils mobiles, que l’on place à l’intérieur de la pièce à rafraîchir, et les appareils « de fenêtre », encastrés dans un mur et utilisant directement l’air extérieur. Ces derniers sont préférables, car ils utilisent de l’air sec et renouvellent l’air de la pièce.

L’inconvénient des rafraîchisseurs par évaporation est d’être peu efficaces lorsque l’air extérieur est humide. Ainsi, si l’air aspiré par l’appareil est à 40°C, avec un taux d’humidité de 20%, l’air à la sortie ne sera plus qu’à 23°C soit une diminution de 17°C. Avec un air à 60% d’humidité, l’abaissement de température n’est plus que de 5,5°C. Les rafraîchisseurs par évaporation ne prétendent pas abaisser la température de l’air intérieur dans les mêmes proportions qu’un climatiseur classique, mais le léger abaissement de température qu’ils permettent d’obtenir, accompagné d’une augmentation de l’hygrométrie peut être suffisant pour améliorer sensiblement le confort d’une pièce moyenne.

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(source : CONVAIR)

(source : www.crit.archi.fr)

Certains modèles de fontaines d’intérieur (encore difficile à trouver en France) sont des moyens méconnus de rafraîchir par évaporation. Leur principe est de faire ruisseler de l’eau le long d’une surface généralement métallique ou parfois sur de la pierre.l’eau, présente dans un bac situé à la base de la fontaine, est amenée à l’aide d’une petite pompe immergée en haut de la surface sur laquelle elle ruisselle. Le tout fonctionne en circuit fermé. L’évaporation (et donc le rafraîchissement) est d’autant plus important que la surface de ruissellement est grande. Elle est encore augmentée si l’on crée, par un ventilateur, un courant d’air en direction de la fontaine.

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(source : PRIMEVERE PARIS)

Les climatiseurs : Le climatiseur domestique se présente sous plusieurs formes.

Les appareils monoblocs réunissent en un seul appareil la fonction de captation et d’évacuation de la chaleur. On peut les encastrer dans un mur ou les installer sur l’appui d’une fenêtre. Ces appareils sont classiquement utilisés en milieu urbain et ornent bruyamment les façades des grandes villes dans le monde entier.

Un autre modèle d’appareil monobloc est mobile, mini d’un tuyau d’évacuation de la chaleur. Ces appareils ont pour avantage leur mobilité et leur simplicité d’installation mais pour inconvénient majeur l’obligation de laisser une fenêtre partiellement ouverte pour évacuer la chaleur par le tuyau : entre l’air chaud qui pénètre par la fenêtre et celui que l’on évacue, le bilan est médiocre et leur rendement effectif assez faible. Une variante plus efficace consiste à aménager dans une fenêtre une trappe de sortie pour le tuyau.

Les appareils split system sont constitués de deux parties : une unité placées à l’extérieur (comprenant le condenseur, le compresseur et un ventilateur) et une unité nommée souvent « diffuseur » placée directement dans le local à refroidir (comprenant l’évaporateur et un autre ventilateur). Ces deux unités sont reliées entre elles par des tuyauteries isolées dans lesquelles circule un fluide frigorigène.

Les appareils split présentent de nombreux avantages sur les monoblocs. Le compresseur étant à l’extérieur, seul le bruit du ventilateur brassant l’air rafraîchi subsiste dans la pièce climatisée. Le condenseur étant également à l’extérieur, la chaleur interne peut être évacuée par les murs, comme peut le faire un climatiseur « window » nécessairement moins isolé que la paroi où il est inséré.

Lorsque l’on a plusieurs pièces à climatiser, il est possible de relier un seul équipement extérieur à plusieurs cassettes intérieures : on parle de climatiseur multisplit.

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(source : « fraicheur sans clim’ »)

Le plancher chauffant-rafraichissant est un système de chauffage et de climatisation de l'habitat qui présente l'intérêt d'utiliser une pompe à chaleur réversible pour produire indifféremment du chaud en hiver et du frais en été.

La température de ce type de plancher doit disposer d'une régulation afin de ne jamais atteindre le point de rosée lors du fonctionnement froid en été.

Ce type d'installation de chauffage et de climatisation peut être couplé avec un plafond rafraichissant qui présente les mêmes avantages pour augmenter encore le confort.

Face à la multiplication des étés chauds, le taux d'équipement en climatiseurs est en augmentation. Ainsi, même si le taux de pénétration de la climatisation dans le secteur résidentiel en Europe n'est que de 1 à 5 %, la progression du taux d'équipement est rapide. Les ventes de climatiseurs ont en effet augmenté de 20% en France en 2003 et l’on estime que dans le secteur tertiaire, la consommation électrique liée à la climatisation pourrait progresser de 30% entre 2005 et 2010.

Ces chiffres sont encore largement inférieurs à ceux du Japon, pays dans lequel 85 % des logements sont équipés d'un climatiseur individuel et presque 100% des bureaux. Cette évolution induit une forte augmentation de la consommation d’énergie. Ainsi, dans l'Est de la région PACA, en été à 13h, la climatisation représente 40% de la consommation d'énergie. De telles augmentations des appels de puissance électrique lors des pics les plus chauds nécessitent de multiplier les centrales de production d'électricité. (source : ADEME PACA)

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8 - SOURCES ÉNERGÉTIQUES ET ÉQUIPEMENTS POUR CHAUFFER NOTRE EAU SANITAIRE (source : ADEME)

Les besoins en eau chaude La consommation d’eau chaude d’un volume déterminé s’exprime normalement en mètres cubes par an. Encore faut-il savoir à quelle température.

Par exemple, pour une eau fournie à 50°C (au puisage), à partir d’eau froide à 10°C, soit une élévation de température de 40°C, la consommation énergétique est de 46,5 kWh/m3.

Ainsi au lieu d’exprimer les besoins en m3, il est plus simple de les traduire en kWh/an.

Les différents matériels ● Le chauffe-eau instantané Un chauffe-eau instantané est un appareil générateur d'eau chaude sanitaire qui chauffe l'eau au moment de la demande. Sa puissance est suffisante pour absorber les débits de pointe, toute l’eau froide étant réchauffée au moment où elle est soutirée. Cela conduit à prévoir une puissance d’échange et de production de chaleur importante avec de fortes variations à prévoir dans le temps en fonction de la répartition des périodes de soutirage.

Un chauffe-eau instantané peut être au gaz ou électrique et présente l'avantage de prendre peu de place tout en permettant à l'installation de ne jamais manquer d'eau chaude.

Un délai d’obtention d’eau chaude est nécessaire (30 secondes et plus) et des variations de températures peuvent survenir en fonction du débit.

(source : SAUNIER DUVAL)

● Le chauffe-eau à accumulation Principe de l’accumulation : Ce dispositif est doté d’un ballon de stockage ou ballon à accumulation comportant un thermostat réglé à 60 °c et une isolation thermique limitant les déperditions afin d’obtenir une eau chaude immédiatement disponible dès l’ouverture du robinet. Le stockage représente la totalité de la consommation journalière.

Les avantages : Le confort est accru : l’eau chaude est disponible instantanément.

Economie d’eau et d’énergie : l’eau « accumulée » ne doit pas être montée en température instantanément. Le délai d’obtention de l’eau chaude est réduit (moins de 5 secondes). Lors de variation de débit la température de l’eau est stable.

Les inconvénients : Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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Le manque de place et les risques de développement bactériens font que ces solutions sont de moins en moins utilisées en collectifs.

Les systèmes existants : - Le cumulus électrique Un cumulus électrique est un réservoir d'eau muni d'un système de chauffage électrique, avec une résistance et un thermostat de régulation. Sa cuve isolée lui permet de garder l'eau à température constante.

Il est composé d'une cuve émaillée protégée de la corrosion. Une injection de mousse permet une isolation entre cette cuve et l'enveloppe extérieure. La cuve est pourvue d'une anode anticorrosion en magnésium ou en titane.

Le réservoir est toujours sous pression. Par effet thermique, l'eau chaude se situe dans la partie supérieure du chauffe-eau, d'où elle est puisée. L'eau froide qui la remplace arrive dans la p artie

inférieure du chauffe-eau, et monte progressivement à mesure qu'elle chauffe.

Le chauffage de l'eau peut être continu, et régulé par un thermostat, ou uniquement effectué pendant les heures creuses, pour bénéficier d'un prix de l'électricité inférieur d'environ 40%.

Les résistances.

La résistance blindée ou thermoplongée : Celle-ci est en contact direct avec l'eau qu'elle réchauffe. Si cette dernière est calcaire, le tartre se dépose petit à petit sur la résistance. Son entretien devient alors régulier et plus coûteux.

La résistance stéatite : Celle-ci est par une enveloppe. Elle n'est pas en direct avec l'eau et apporte une plus fiabilité dans le temps. Elle existe en blocs et monobloc. Ce type de offre l'avantage de pouvoir être sans vidanger l'installation.

protégée contact grande multirésistance changé

(source : Leroy-Merlin)

- Le chauffe-eau solaire (cf. chapitre ) - le chauffe-eau thermodynamique (cf. chapitre ) - les systèmes mixtes servant au chauffage et à la production d’eau chaude : Il s’agit de ballon de stockage couplé à une chaudière à bois, fuel, gaz, solaire ou électricité thermodynamique.

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NB : la possibilité de solutions intermédiaires existe : matériels semi-instantanés ou à semiaccumulation. Il s’agit de petits ballons tampon (15l, 30 l maxi) capable d’absorber les variations de température de soutirage. Ces dispositifs sont intéressants comme production d’appoint (complémentaire) et/ou en cas de stockage trop éloigné des points de soutirage (robinets).

9 - SOURCES ÉNERGÉTIQUES ET ÉQUIPEMENTS POUR ASSURER L’ENTRETIEN ET LA CUISINE, POUR ÉCOUTER DE LA MUSIQUE, REGARDER LA TÉLÉVISION, SURFER SUR INTERNET, … (sources : ADEME, WIKIPEDIA, Perseüs Ecoénergie, ENERTECH)

L’électricité est une vraie mère poule pour nos légumes, qu’elle garde à la bonne température.

Pour regarder la télévision, mettre en route la machine à laver, et tous les autres usages où elle est irremplaçable, l’électricité est dite « spécifique ».

Même si cela peut surprendre, dans l’ensemble des logements construits en France depuis vingt ans, le poste le plus important de la facture énergétique n’est pas le chauffage comme on le croit souvent mais l’électroménager qui peut être jusqu’à deux fois plus coûteux que le chauffage.

C’est une des conclusions de la campagne de mesures CIEL - Consommations Individualisées d’Electricité dans les Logements - qui a permis le suivi pendant un mois de la consommation de 874 appareils dans 114 logements de Soane et Loire, étude menée par le Cabinet Conseil Olivier Sidler dans le cadre du programme SAVE de la Communauté Européenne.

Cette étude a permis notamment une hiérarchisation des appareils selon leur consommation d’électricité spécifique correspond aux consommations électrodomestiques et de l’éclairage, à l’exclusion de toutes les applications thermiques comme le chauffage, l’eau chaude sanitaire ou les usages en cuisine et à l’exclusion des applications informatiques (ordinateurs - écrans imprimantes ...)

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D’après le graphique ci-dessus, on observe que le premier poste de consommation spécifique d’électricité d’un logement est toujours la production de froid ménager. Il représente un tiers de la consommation, soit environ 1000 kWh/an.

Vient en second l’éclairage avec environ 15 % ainsi que les sèche-linge (500 kWh/an), Puis la consommation électrique des chaudières murales et celle de la VMC (plus de 300 kWh/an).

Lave-vaisselle, lave-linge, téléviseurs viennent bien après.

Enfin, les appareils considérés comme les plus consommateurs dans l’esprit des utilisateurs (fers à repasser, etc) sont situés en fin de classement.

A noter aussi le niveau de consommation élevé des aquariums.

(source Perseüs Ecoénergie )

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Les appareils électroménagers

Le réfrigérateur Avant l’invention des réfrigérateurs, on stockait la glace découpée l’hiver sur les étangs dans une glacière. Il s’agissait d’un trou fermé par un couvercle isolant dans lequel on alternait des couches de paille, ou de sciure de bois, et de glace. Comme l’air froid descend, le trou restait froid et la glace se conservait jusqu’à l’été.

Des inventeurs tentèrent de fabriquer de la glace à la fin du XVIIIe siècle et au début du XIXe. Edmond Carré invente, en 1850, le réfrigérateur à eau et acide sulfurique.

Mais la première véritable tentative d’utilisation industrielle de la réfrigération date de 1851 : James Harrison, un imprimeur écossais émigré en Australie, avait acheté une entreprise de presse. Alors qu’il nettoyait des caractères à l’éther, il remarqua que le liquide refroidissait fortement le métal en s’évaporant. L’éther est un liquide à faible point d’ébullition. Harrison eut l’idée de comprimer l’éther gazeux avec une pompe pour le transformer en liquide, puis de laisser l’éther liquide revenir à l’état gazeux en provoquant un refroidissement. Il mit ce système en œuvre dans une brasserie australienne où le gaz froid d’éther était pompé dans des tuyaux qui circulaient dans le bâtiment.

Harrison utilisa le même principe pour fabriquer de la glace en faisant passer dans de l’eau les tuyaux refroidis par l’éther gazeux. Mais il fit faillite en 1860 : la glace naturelle qu’on importait par bateau d’Amérique restait moins chère.

Le réfrigérateur a été inventé en 1876 par Carl von Linde. Mais d’autres inventeurs s’attribuent cette paternité, parce que cette technologie a mis du temps à se développer. Une des premières utilisations de la réfrigération domestique a eu lieu au domaine de Biltmore à Asheville, Caroline du Nord, États-Unis, autour de 1895.

Le premier réfrigérateur fabriqué industriellement est le Domelre, en 1913 par Fred W. Wolf de Chicago.

Le réfrigérateur à absorption de gaz, qui se refroidit par l’utilisation d’une source de chaleur, a été inventé en Suède par Baltzar von Platen en 1922. Plus tard il a été fabriqué par Electrolux et Servel. Aujourd’hui il est utilisé dans les maisons qui ne sont pas reliées au réseau électrique et dans des camping-cars.

Le fer à repasser Des casseroles en métal remplies de charbon de bois ont été utilisées pour lisser les tissus en Chine au Ier siècle av. J.-C.. À partir du XVIIe siècle, en Europe, on commence à employer des outils en fonte de forme triangulaire et munis d'une poignée que l'on chauffe dans un feu. Par la

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suite, on utilisa une boîte en fer remplie de charbons chauds périodiquement aérés à l'aide d'un soufflet attaché. Ce type de fer était en vente aux États-Unis au moins jusqu'en 1902.

Dans le monde industrialisé, ces conceptions ont été remplacées par le fer électrique, chauffé au moyen d'une résistance électrique. La partie métallique, appelée semelle, n'est plus faite de fer mais d'aluminium, plus léger. L'élément de chauffe est commandé par un thermostat qui maintient la température souhaitée. L'invention du fer à résistance électrique est attribuée à Henry W. Seeley de New York en 1882. La même année, un fer utilisant un arc de carbone a été présenté en France, mais il fut jugé trop dangereux. Le premier fer utilisant un thermostat est apparu dans les années 1920.

Fer à charbon

Fer à charbon

Fer à (ouvert)

charbon

L’aspirateur Le premier système de nettoyage utilisant le vide pour aspirer la poussière était manuel. Il s'agit du Whirlwind, inventé à Chicago en 1869 par Ives W. McGaffey. Cette machine légère et compacte était toutefois difficile à utiliser car il fallait tourner une manivelle tout en la poussant sur le sol.

Breveté le 25 juin 1869, cet appareil était vendu pour 25 $, un prix très élevé pour l'époque. On ne sait pas quel fut le succès du Whirlwind, mais la plupart des appareils ayant été vendus à Chicago et à Boston, on peut penser que la plupart ont été perdus dans le grand incendie qui ravagea Chicago en 1871. Seuls deux exemplaires nous sont parvenus, dont l'un se trouve au Hoover Historical Center (en Ohio).

L'aspirateur motorisé a été inventé en 1901 par Hubert Cecil Booth, un ingénieur britannique.

Celui-ci avait remarqué que le nettoyage des sièges de trains par époussetage serait avantageusement remplacé par un système qui aspirerait la poussière au lieu de la faire s'envoler ailleurs. Après avoir essayé lui-même d'aspirer la poussière d'un des sièges à travers un mouchoir, il a mis en pratique le procédé dans un appareil connu sous le nom de Puffing Billy. Cet encombrant système devait être tracté par des chevaux devant le bâtiment à nettoyer, la succion étant provoquée par un moteur à essence. Trop contraignante, l'invention de Booth n'a pas connu de réel succès.

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En 1905, Griffith's Improved Vacuum Apparatus for Removing Dust from Carpets (« Appareil à vide amélioré de Griffith pour enlever la poussière des tapis ») est breveté par Walter Griffiths. Il s'agit d'un nouveau système manuel facilement transportable, facile à ranger et qui peut être utilisé par une seule personne. L'opérateur doit presser un système de soufflet qui aspire la poussière via un tuyau flexible et amovible auquel plusieurs embouts peuvent être attachés. Il s'agit du premier aspirateur domestique comparable aux aspirateurs actuels.

En 1906, James Murray Spangler, concierge de Canton dans l'Ohio, invente un aspirateur électrique à partir d'un ventilateur, d'une boîte et d'une taie d'oreiller. Le modèle de Spangler intègre également une brosse rotative pour décoller plus facilement la poussière. Breveté en 1908, le système est vendu à l'entreprise de son cousin William Hoover : Hoover Harness and Leather Goods Factory ; qui le nomme balai à succion mécanique. Hoover reste l'un des leaders mondiaux de l'aspirateur, si bien que le mot est passé dans le langage courant (en Angleterre, on appelle hoover l'aspirateur tandis que « passer l'aspirateur » se dit couramment to hoover).

Resté un bien de luxe jusqu'à la seconde guerre mondiale, l'aspirateur s'est aujourd'hui généralisé dans les pays développés.

De nouvelles versions sont automatiques et autonomes (charge sur secteur, etc.)

Le sèche-cheveux (sèche-cheveux de 1900) Inventé à la fin du XIXe siècle, le sèche-cheveux est d'abord utilisé dans les salons de coiffure. En 1886, le coiffeur français Alexandre Godefroy met au point une sorte de bonnet relié à un tuyau flexible qui projette sur les cheveux l'air chaud provenant d'une cuisinière à gaz.

Le modèle manuel est inventé en 1926 par un ingénieur de Calor, Léon Thouillet. Il s'appelle alors la « douche électrique à air chaud et froid ». Dans les années 1950 et 1960, un ingénieur de Moulinex, Jean Mantelet, décide de changer la forme du sèche-cheveux en s'inspirant de celle d'une perceuse électrique.

La machine à laver Le premier brevet relatif à une machine à laver semble avoir été pris le 28 mars 1797 par l'Américain Nathaniel Briggs dans le New Hampshire. En 1830 apparaissent, en Angleterre, les premières machines à laver mécaniques, et, en France, on présente à la Foire de Paris de 1920 la première machine à laver à moteur électrique. En 1937 est inventée la première machine Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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automatique par Bendix. Les années 1950 voient apparaître les premières machines combinées, où l'essorage est obtenu par la force centrifuge au sein du tambour.

lavoir

Machine à laver manuelle (On distingue le bac avec son agitateur, la manivelle d'entraînement, et, séparés, les deux rouleaux de caoutchouc destinés à essorer le linge)

Autre machine du même fabriquant, datant de 1930. Elle est dotée d'un moteur électrique et d'une cuve métallique, mais reste fonctionnellement équivalente au modèle précédent.

Machine à laver aux États-Unis. L'installation semble dater des années 1940 ou 1950

Machine à laver Constructa, datant des années 1950.

Ces machines se sont généralisées en occident durant la seconde moitié du XXe siècle et ont contribuées à supprimer l'usage des lavoirs où les blanchisseuses lavaient le linge dans l'eau froide et dans des positions qui devenaient vite pénibles.

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Le lave-vaisselle La première mention d'une machine lavant la vaisselle remonte à 1850 ; Joel Houghton dépose un brevet concernant une machine semi-automatique. Les lave-vaisselles modernes descendent d'un modèle imaginé par Josephine Cochrane en1886, semi-automatique lui aussi. Les premiers éléments électriques sont ajoutés en 1920. Cet appareil domestique est devenu un équipement courant dans les années 1970.

Le sèche-linge Il semble que les premiers systèmes d'activation du séchage du linge soient apparus dès le XVIIIe siècle. En France, on lit dans le Moniteur du 3 février 1802 qu'un « citoyen Pochon fera l'expérience d'un ventilateur, propre à dessécher le linge et toute espèce d'étoffe en moins de deux heures, dans la plus mauvaise saison. » Ce ventilateur était un fût cylindrique percé de fentes, actionné manuellement au moyen d'une manivelle au-dessus d'un feu.

On doit l'invention du sèche-linge moderne à l'américain J. Ross Moore. Celui-ci, originaire du Dakota du Nord, cherchait un moyen de faire sécher le linge lors des hivers rigoureux de cette région. Après plusieurs essais, il finit par mettre au point un sèche-linge électrique automatique en 1935. L'année suivante, suite à des difficultés financières, il devra céder son invention à la Hamilton Manufacturing Company qui débutera la production en série de l'invention dès 1938.

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La cafetière Vers 1800, le français Jean Baptiste de Belloy, archevêque de Paris invente le système de la percolation du café et de la première cafetière (appelée aussi le dubelloire ou la débelloire). La cafetière est composée de deux récipients empilés, séparés au milieu par un compartiment où l'on place le café. On verse l'eau bouillante dans la partie supérieure de la cafetière ; le café s'infuse lentement et passe dans le récipient inférieur.

En 1825 apparaît la cafetière à dépression de type Cona. Composée de deux globes superposés et fixés à un support, elle fonctionne à pression d'air. La partie inférieure, la boule, contient l'eau et la partie supérieure, la tulipe, reçoit la mouture. À l'aide d'un brûleur, l'eau chauffe et s'évapore créant une surpression dans le globe inférieur. L'eau chaude (85 °C) monte à l'étage supérieur par le tube de la tulipe plongé dans la boule et se mélange à la mouture. À ce moment, on arrête la source de chaleur puis, la pression diminuant, l'eau infusée redescend par dépression dans le récipient inférieur par le tube de la tulipe sur lequel est placé un filtre. Le brevet est déposé par la française Jeanne Richard en 1837 en faisant référence aux travaux de l'allemand Loeff. Plusieurs brevets se succèdent en apportant diverses améliorations (Louis François Boulanger (France, 1835), Mority Platow et James Vardy (Angleterre, 1839), Mme Vassieux (France, 1841).

En 1844, Louis Gabet invente le siphon balancier. Il sépare les deux récipients qui sont placés l'un à coté de l'autre (en céramique pour l'eau, en verre pour le café) ; l'eau est transférée dans un tube de l'un vers l'autre par effet siphon. Lorsque l'eau est transférée dans le deuxième récipient, son poids s'alourdit et déclenche un balancier qui éteint ainsi automatiquement le brûleur au bon moment. Un système similaire est développé parallèlement par l'écossais James Napier, ingénieur naval et grand inventeur. Il diffère du système précédent par l'absence de mécanisme pour éteindre la flamme. C'est ce système qui fut utilisé en Grande-Bretagne.

La cafetière va s'étendre aux États-Unis. En 1866, William Edson améliore le système en construisant une cafetière en un seul tenant, proche des cafetières italiennes. Elle est composée d'une chambre haute et d'une chambre basse reliées par un tube. Sous l'effet de la pression, l'eau monte au travers du tube, puis le café s'infuse et, lorsque la pression diminue, retourne dans le fond. Cette cafetière a l'avantage d'être peu coûteuse et sans risque.

En 1868, Julius Petsch (Hanovre) et Stephen Buynitzky (SaintPetersbourg) déposent un brevet sur une cafetière du même type que Edson à ceci près, que le compartiment supérieur est sur pivot ; lorsque l'eau rentre dedans, le compartiment bascule à cause de sa forme asymétrique. La flamme est éteinte et l'eau s'écoule dans le réservoir du bas. Lorsque l'eau s'est écoulée, le réservoir bascule de nouveau et va actionner un marteau qui frappera une sonnette pour signaler que le café est prêt.

Puis, il y eut une succession de cafetières en essayant d'améliorer le système et les matériaux (introduction du pyrex). Par exemple, dans les années 1895, on voit apparaître les premières cafetières à pression de vapeur appelées cafetières italiennes (ou moka). L'eau est cette fois-ci portée à ébullition (100 °C) et la vapeur traverse le filtre puis se condense pour laisser infuser le café et redescendre en bas. La cafetière napolitaine a ceci de particulier qu'on la retourne dès que l'eau a atteint la température voulue. Il ne s'agit pas à proprement parler d'infusion, mais de lixiviation.

Le filtre en papier, lui, est inventé en 1908 par Melitta Bentz et va révolutionner la préparation du café.

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Inventée par l'Italien Caliman en 1933, la cafetière à piston (en anglais : French press) fait son apparition ; généralement en verre et en métal, cette cafetière porte en son centre un piston dont l'extrémité du bas est munie d'un disque de métal troué servant de filtre. Après avoir déposé la mouture au fond de la cafetière, on verse l'eau frémissante et on laisse reposer deux minutes, environ. En exerçant une pression, le filtre s'enfonce jusqu'au bas, séparant le café du marc.

Quant à la machine à expresso, elle trouve ses origines dans le XIXe siècle mais a surtout été améliorée par l'italien Achille Gaggia en 1948. La machine à expresso utilise le principe de la percolation sous haute pression. De l'eau frémissante traverse rapidement une fine mouture contenue dans un filtre métallique.

Cependant, la cafetière classique que la plupart des gens utilisent a supplanté toutes ces méthodes. La première cafetière automatique à filtre Mr. Coffee fut introduite en 1972. Elle combine les deux aspects d'infusion et de percolation avec une chambre où l'eau est chauffée par des résistances électriques.

Le grille-pain On admet généralement que le premier grille-pain électrique fut mis en vente par la General Electric Company en 1909, sous le nom de brevet D-12. Il existe cependant quelques controverses sur ce point : il existe par exemple une publicité de la Pacific Electric Heating Company pour sa marque Hotpoint datant de 1917 qui prétend : « Vous ne le savez peut-être pas, mais le premier grille-pain était un Hotpoint. C'était il y a 12 ans. » (Perhaps you didn't know that the very first toaster made was a Hotpoint. That was 12 years ago.)

Cette publicité daterait le Hotpoint de 1905, la même année de l'invention par Albert Marsh du fil de Nichrome. Ce fil pouvait supporter une chaleur intense pendant un temps suffisamment long et fut à l'origine du développement du grille-pain électrique.

Le grille-pain qui éjecte le pain au bout d'une durée de cuisson préalablement choisie fut breveté par Charles Strite en 1919.

En 1925, à partir d'une version redessinée du grille-pain de Strite, la Waters Genter Company commercialisa le Toastmaster, le premier appareil pouvant griller les deux tranches du pain en même temps, régler la cuison sur un minuteur et éjecter le pain.

Parmi les récents développements du grille-pain, on peut citer la possibilité de griller du pain congelé, de ne griller qu'une seule face (utile par exemple pour certaines pâtisseries), des leviers séparés pour ne griller que deux ou quatre tranches ou des fonctions de maintien au chaud afin de réchauffer un morceau de pain sans le griller.

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La hotte aspirante La première hotte aspirante de cuisine a été produite par Faber en 1963. Depuis tous les grands fabricants d'électroménager en ont à leur gamme.

Le robot-ménager, la sorbetière, la yaourtière, le cuit-vapeur, machine à pain, rasoir, …

ETC …ETC …ETC…

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Les appareils audiovisuels

La télévision La télévision est un moyen de diffuser par un courant électrique (ligne) ou par une onde (voie hertzienne), de manière séquentielle, les éléments d'une image analysée point par point, ligne après ligne. À l'origine, un mécanisme permet l'exploration d'un ensemble de cellules photoélectriques (mosaïque). Plus tard, le balayage (scanning) de la mosaïque s'effectue par un mince faisceau d'électrons (analyse cathodique) et la première mosaïque composée d'éléments de sélénium est décrite, en 1877, par George R. Carey (Boston, États-Unis).

Inspiré par le Pantélégraphe de Caselli (1856), le principe du balayage apparaît en 1879, dans un projet de « télectroscope » de Constantin Senlecq, notaire dans le Pas-de-Calais : un mécanisme de pantographe explore la face arrière d'un verre dépoli sur lequel est projetée l'image d'un objet.

En 1884, l'ingénieur allemand Paul Nipkow dépose un brevet de « télescope électrique » (Elektrische Teleskop). Un disque, percé à sa périphérie de trous disposés selon une spirale centripète, analyse en tournant les brillances d'une ligne de l'image transmise par un objectif. Le décalage des trous permet de passer d'une ligne à l'autre. Dans ces divers cas, le caractère réversible de chacun des procédés doit assurer la reproduction de l'image.

En 1891, Raphael Eduard Liesegang publie l'ouvrage : Beiträge zum Problem des electrischen Fernsehens (Contribution sur la question de la télévision électrique). L'ouvrage R.W. Burns, Television, an international history of the formative years, The Institution of Electric Engineers, London, 1998 ne mentionne pas Liesegang mais il dit que Rosing (cité ci-dessous) reconnaît sa dette envers lui.

En 1907, le russe Boris Rosing dépose un brevet qui propose d'utiliser un tube cathodique perfectionné en 1898 par Ferdinand Braun, pour reproduire une image analysée par des moyens électromagnétiques. L'année suivante un Anglais, Campbell-Swinton, propose l'utilisation du tube cathodique à l'analyse et à la reproduction de l'image. Aucun de ces projets ne mentionne la reproduction du mouvement.

Ces projets conduisent un Russe émigré aux États-Unis, Vladimir Zworykin, à déposer en 1923 un brevet de télévision « tout électronique » (all electronic), alors qu'en Grande Bretagne Logie Baird obtient une licence expérimentale en 1926 pour son televisor. Les années 1930 allaient alors être marquées par des tentatives diverses d'émissions en Europe (surtout la BBC en Grande-Bretagne) et aux États-Unis mais la bataille entre les différentes licences et techniques utilisées d'une part et la Seconde Guerre mondiale d'autre part, allaient retarder l'avènement de la télévision comme média populaire.

Les États-Unis, sortants grands gagnants de la guerre, furent les premiers à imposer une normalisation technique qui permit une progression rapide des stations d'émission et une progression fulgurante du parc de récepteurs (30 000 en 1947, 157 000 en 1948, 876 000 en 1949, 3,9 millions en 1952)."L'année 1949 est [alors] celle de l'explosion. La grille des programmes de l'automne abonde en émissions en tous genres, annonciatrices de ce que nous pouvons voir à l'écran aujourd'hui : fictions comiques et dramatiques, théâtre, films, sport et, bien sûr, variétés et jeux de connaissance générale richement dotés".

En 1957, le pape Pie XII proclama que Claire d'Assise était la sainte patronne de la télévision.

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La chaîne Hi-Fi Une chaîne haute-fidélité (ou chaîne Hi-Fi) Les premières « chaînes » conçues pour le grand public sont les chaînes stéréo, qui se sont développées avec la naissance du disque microsillon 33 tours. L'arrivée du Compact Disc ou CD, au début des années 1980, marque la fin des disques vinyles en même temps qu'elle permet de fabriquer des chaînes haute-fidélité moins encombrantes et de meilleure qualité en termes de rapport signal-bruit. L’apparition de nouvelles techniques de compression et de codage, la commercialisation de nouveaux supports (Laserdisc, DVD, minidisc, Super Audio CD) ont conduit les fabricants à proposer des équipements adaptés à ces innovations.

Les chaînes haute-fidélité se présentent alors soit de manière compacte, un seul boîtier regroupant tous les éléments à l'exception des enceintes, soit sous la forme d'éléments séparés qui peuvent être de marques différentes.

Dans les années 2000, l'émergence de l'électronique numérique a donné lieu à de nouvelles déclinaisons de la chaîne haute-fidélité, sous la forme de mini-chaînes équipées de connecteurs USB pour brancher un baladeur MP3 ou sous la forme de « stations d'écoute » destinées aux baladeurs MP3. Mais ces produits ne répondent pas tous aux critères très sévères de la haute fidélité.

Plusieurs constructeurs, comme Cabasse, Focal ou Triangle Industries, proposent aujourd'hui des équipements haut de gamme pour satisfaire les plus exigeants des audiophiles.

Le magnétocope et le lecteur DVD Les premiers magnétoscopes furent commercialisés en 1954 par la société RCA. Ces premiers magnétoscopes enregistraient les signaux vidéo longitudinalement (comme les magnétophones) sur une bande magnétique de 2 pouces et consommaient une quantité astronomique de bande.

Ces magnétoscopes avaient une vitesse de défilement de bande de 9 mètres par seconde !

En 1956, la société Ampex a résolu le problème de la consommation de bande en enregistrant les signaux vidéo de manière transversale par rapport au défilement de la bande en utilisant des têtes vidéo tournantes, ce qui permit de réduire considérablement la consommation de bande en ramenant le défilement de celle-ci à 38 centimètres par seconde. Ces magnétoscopes révolutionnaires furent mis au point par une équipe de seulement six personnes : Charles Ginsburg, Charles Anderson, Ray Dolby, Shelby Henderson, Alex Maxey, et Fred Pfost.

L'enregistrement se faisait en noir et blanc.

En 1959, la société Toshiba a innové en enregistrant les signaux vidéo de manière dite « hélicoïdale » avec une seule tête tournante. En 1964, cette technologie fut améliorée par Philips qui ajouta une deuxième tête tournante. En 1968, le procédé fut intégré aux magnétoscopes grand public en utilisant des bandes magnétiques de ½ pouce. Cette technique d'enregistrement des

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signaux vidéo sera conservée pour tous les magnétoscopes professionnels et grand public fabriqués par la suite.

Né en 1995, le DVD s’est imposé à la place de la cassette VHS, et cela pour plusieurs raisons : • • • •

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facilité d’utilisation et souplesse d’usage : pas de rembobinage contrairement aux cassettes, possibilité d’accéder directement à un point précis du film, chapitrage, accès à des bonus ; possibilité de voir le film en différentes langues avec ou sans sous-titrage. qualité de l’image très supérieure, et surtout stabilité de cette image : les images sur VHS sont très vite dégradées après seulement quelques lectures ; on peut y stocker sept fois plus de données que sur un CD (soit 4,7 Go ou 4,38 Gio), et plus encore si le DVD est en double couche ; le prix des graveurs et des consommables vierges (le DVD en lui-même) est peu élevé ; la simplicité de fabrication, comparativement à un magnétoscope et ses consommables, en font des instruments moins dispendieux, plus fiables et plus robustes que leurs prédécesseurs ; le gain d’espace, s’il n’est pas une raison fondamentale de l’essor du DVD, n’en reste pas moins un avantage fondamental pour l’utilisateur ayant une grande collection de DVD.

Le DVD a marqué le début d’une nouvelle ère dans le cinéma à la maison. Au temps de la VHS, l’amateur cinématographique ne trouvait généralement que le film lui-même sur la cassette et, plus rarement, des bonus en nombre très restreint. De plus, il peut goûter sur le même support à la version originale et à la version dans sa langue, avec ou sans sous-titrage.

Désormais, on peut trouver en plus du film qui est d’assez bonne qualité, des bandes-annonces, des making-of, des entrevues et même parfois des jeux. On trouve aussi sur support DVD des concerts musicaux, des séries télévision, des vidéo-clips, des spectacles d’humoristes, des séances de gym, etc.

L’ordinateur 1980)

(Un ordinateur personnel IBM PC 5150 des années

En 1936, la publication de l'article fondateur de la science informatique (en)On Computable Numbers with an Application to the Entscheidungsproblem par Alan Mathison Turing allait donner le coup d'envoi à la création de l'ordinateur programmable. Il y présente sa machine de Turing, le premier calculateur universel programmable, et invente les concepts de programmation et de programme.

Peu avant la seconde guerre mondiale apparurent les premières calculatrices électromécaniques, construites selon les idées d'Alan Turing. Les machines furent vite supplantées par les premiers calculateurs électroniques, nettement plus performants.

Le premier ordinateur fonctionnant en langage binaire fut le Colossus, conçu lors de la 2e guerre mondiale, il n'était pas Turing-complet bien qu'Alan Turing ait travaillé au projet. À la fin de la guerre, il fut démonté et caché à cause de son importance stratégique. L'ENIAC, créé en 1945, est le premier ordinateur entièrement électronique construit pour être Turing-complet.

Le mot ordinateur fut introduit par IBM France en 1955. François Girard, alors responsable du service publicité de l'entreprise, eut l'idée de consulter son ancien professeur de lettres à Paris, Jacques Perret, afin de lui demander de proposer un mot caractérisant le mieux possible ce que l'on appelait vulgairement un calculateur (traduction littérale du mot anglais « computer »). Ce dernier proposa « ordinateur », un mot tombé en désuétude désignant anciennement un Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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ordonnateur, voire la notion d'ordre ecclésiastique dans l'église catholique (ordinant). Le professeur suggéra plus précisément « ordinatrice électronique », le féminin ayant pu permettre, selon lui, de mieux distinguer l'usage religieux de l'usage comptable du mot.

Les consoles de jeux vidéo Le début de l’histoire du jeu vidéo est relativement flou compte tenu du fait que la notion même de jeu vidéo n’est pas précisément cadrée et constitue l’objet de débats entre spécialistes. Selon la définition que l’on accepte du jeu vidéo, son histoire peut commencer aux alentours de 1950 avec l’idée de Ralph Baer ou bien 1952 avec OXO, 1958 avec Tennis for Two ou encore 1962 avec Spacewar, qui est la date la plus communément admise. Pong quant à lui est le premier jeu dont le gameplay a été suffisamment accrocheur et addictif pour lui faire connaître le succès auprès du grand public.

Si Pong n’a pas inventé le jeu vidéo, il a donné le coup d’envoi à l’industrie vidéoludique. Celle-ci connaît une croissance explosive et fébrile aux États-Unis jusqu’en 1983 où elle subit un krach qui la fait migrer vers le Japon. C’est là qu’elle voit sa renaissance, notamment grâce à la NES de Nintendo et au jeu Super Mario Bros. en 1985 qui inaugure une nouvelle philosophie dans la conception des jeux vidéo : plus riches et ouverts à tous les publics.

Depuis, le secteur du jeu vidéo est en croissance continue, et à partir de 2002 son chiffre d’affaire mondial dépasse celui du cinéma.

10 - PERFORMANCE ÉNERGÉTIQUE DANS L’HABITAT (Sources

: CLER, ASDER, www.outilssolaires.com, « Fraicheur sans clim’ » de Thierry Salomon et Claude Aubert, HESPUL, CSTB, ADEME, www.performance-energetique.fr; www.logement.gouv.fr; www.constructionsdurablesaquitaine.com, www.assohqe.org, www.negawatt.org, www.eole.org, »Guide pour le montage de projets de petite hydroélectricité » de l’ADEME, AJENA )

Engagements et réglementation Pour une amélioration énergétique de l'ensemble des constructions, plusieurs engagements ont été pris par la France : ● A l’échelle mondiale Dans le cadre du protocole de Kyoto (fév 2005), la France s’est engagée à poursuivre les efforts dans la lutte contre le réchauffement climatique avec un objectif affiché de diviser par 4 l’ensemble des consommations d’énergie dans le bâtiment d’ici 2050 (le facteur 4). Au niveau des bâtiments cela signifie que la consommation d’énergie primaire du chauffage et d’eau chaude sanitaire doit

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se rapprocher de la valeur cible de 50 kWh/m2/an, les bâtiments sont alors qualifiés de bâtiment basse énergie (voir ci-dessous). ● A l’échelle européenne Sous l'impulsion de la "Directive européenne sur la performance énergétique des bâtiments (DEPEB)," la France s’est engagée à diminuer la consommation énergétique des bâtiments de 22 % d'ici 2010. ● A l’échelle nationale - Les Réglementations Thermiques (RT) successives ont permis d’augmenter les exigences de performances énergétiques des bâtiments.

La RT 2005 a été publiée le 24 mai 2006. Elle transpose la directive européenne sur la performance énergétique des bâtiments et s’applique à tous les projets de construction faisant l’objet d’une demande de permis de construire ou d’autorisation préalable déposée à compter du 1er septembre 2006.

Elle fixe comme objectif principal une amélioration de la performance énergétique des bâtiments neufs d’au moins 15% par rapport à la RT 2000.Tous les 5 ans une nouvelle réglementation plus restrictive sera applicable avec un objectif d’une amélioration de la performance de 40% d’ici 2040. En effet, la réglementation actuelle (RT2005) ne permet pas encore de répondre à l’enjeu du facteur 4 (cf. graphique ci-après).

La nouvelle RT 2005 reconduit également le principe de labels Haute Performance Energétique comportant 5 niveaux de performance (cf. chapitre ci-après).

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Depuis le 1er novembre, un diagnostic de performance énergétique (DPE) doit être établi au même titre que le diagnostic amiante, plomb et termites lors de la vente d'un logement afin de réduire les émissions de CO2 et contribuer aux économies d'énergie.

Ce document comprend la quantité d'énergie effectivement consommée ou estimée pour une utilisation standardisée du bâtiment ou de la partie de bâtiment ainsi qu'une classification en fonction de valeurs de référence afin que les consommateurs puissent comparer et évaluer sa performance énergétique. Sa lecture est facilitée par une estimation chiffrée en euros et par l'utilisation d'une double étiquette : une étiquette pour connaître la consommation d'énergie et une étiquette pour connaître l'impact de ces consommations sur l'effet de serre (cf. ci-contre).

En outre, il est également accompagné de recommandations destinées à améliorer la performance énergétique permettant ainsi, en cas de travaux ou de remplacement d'équipements, d'optimiser les interventions pour maîtriser la consommation énergétique et contribuer ainsi simultanément à réduire les charges pour les occupants et limiter les émissions de gaz à effet de serre.

Ce DPE dont la mise en place a fait l'objet d'un décret publié au journal officiel du 14 septembre 2006, doit être établi lors de la vente, au même titre que le diagnostic amiante, plomb et termites. Toutefois, il n'aura qu'une valeur informative. En effet, à la différence d'autres diagnostics, comme le diagnostic termites ou le diagnostic plomb, l'acquéreur ou le locataire ne pourra s'en prévaloir à l'encontre du propriétaire.

D'une durée de validité de 10 ans, ce DPE pourra être réalisé par un professionnel indépendant dont les compétences devront être certifiées par un organisme accrédité. Un arrêté du 16 octobre 2006 définit les critères de certification des compétences des personnes physiques réalisant le diagnostic de performance énergétique et les critères d'accréditation des organismes de certification.

Concernant le coût du document pour le bailleur, chaque diagnostiqueur est libre de fixer les tarifs de ses prestations. Généralement, la moyenne des prix estimés en phase expérimentale du DPE

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pour

les

ventes

était

comprise

entre

150

et

250

euros.

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Le grenelle de l’environnement a permis d’accélérer l’amélioration de la performance énergétique des bâtiments privés et publics grâce à plusieurs arrêtés : Un premier arrêté prévoit l’obligation de réaliser un diagnostic de performance énergétique (DPE) pour les bâtiments neufs dont le permis de construire a été déposé après le 1er juillet 2007.

Un deuxième arrêté stipule que les gestionnaires des bâtiments publics importants devront désormais afficher le diagnostic de performance énergétique (DPE) dans le hall d’accueil du bâtiment, de manière visible du public. Cet affichage vise à sensibiliser le public, les occupants et le gestionnaire du bâtiment sur les consommations énergétiques et les émissions de gaz à effet de serre qu’engendre le bâtiment, et sur les mesures d’économies d’énergie à prendre, notamment lors des périodes d’inoccupation du bâtiment.

Un troisième arrêté prescrit la réalisation systématique, pour les bâtiments neufs de plus de 1000 m², d’une étude de faisabilité de diverses solutions d’approvisionnement en énergie de leur projet de bâtiment, avant le dépôt de la demande de permis de construire. L’objectif de cette étude est de fournir au maître d’ouvrage tous les éléments d’appréciation lui permettant de choisir le système énergétique le plus adapté, notamment au regard des objectifs de maîtrise des consommations d’énergie, d’emploi des énergies renouvelables et de réduction des émissions de gaz à effet de serre.

Enfin, un quatrième arrêté fixe des objectifs de performance énergétique à atteindre lors des travaux importants de rénovation thermique.

Désormais, tout le monde, propriétaire, locataire, gestionnaire ou occupant de bâtiment public, peut connaître la consommation d’énergie et les émissions de gaz à effet de serre du bâtiment qu’il veut acheter, louer ou fréquenter, mais aussi disposer de conseils pour réduire les factures d’énergie du bâtiment et son impact sur la planète.

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Le principe des obligations et des certificats d'économies d'énergie.

La mesure proposée (arrêté de sept 2006) repose sur une obligation de réalisation d'économies d'énergie imposée par les Pouvoirs Publics sur une période donnée aux vendeurs d'énergie (électricité, gaz, chaleur / froid et fioul domestique) comme EDF, Gaz de France, la CPCU...

Liberté et créativité sont laissées aux vendeurs d'énergie pour choisir les actions qu'ils vont entreprendre afin d'atteindre leurs obligations.

Ils peuvent amener leurs clients à réaliser des économies d'énergie en leur apportant des informations sur les moyens à mettre en œuvre, avec des incitations financières en relation avec des industriels ou des distributeurs : prime pour l'acquisition d'un équipement, aides aux travaux, service de préfinancement, diagnostic gratuit. Le champ des initiatives s'avère large et ouvert. En contrepartie du constat des investissements effectués par les consommateurs grâce à ces actions, les vendeurs d'énergie reçoivent des certificats sur la base de forfaits en kWh calculés par type d'action.

Ils ont également la possibilité de réaliser des économies d'énergie dans leurs propres bâtiments et installations, à condition que ces sites ne soient pas déjà soumis à des exigences au titre de la réglementation sur les quotas d'émission de gaz à effet de serre.

Les vendeurs d'énergie peuvent cependant choisir d'acheter, si cela s'avère moins coûteux, des certificats d'économies d'énergie auprès d'autres acteurs comme les collectivités territoriales et/ou les entreprises industrielles ou de services qui pourront, dans certaines conditions (produits innovants), obtenir elles aussi des certificats.

Tout ce qui permet de réaliser des économies de manière démontrable pourrait a priori entrer dans le champ des certificats, lorsque le dispositif sera totalement en place : éclairage, chauffage, isolation, etc. Enfin, le bénéfice du dispositif est élargi aux énergies renouvelables pour le chauffage dans les bâtiments, sous certaines conditions spécifiques, lorsqu'elles viennent se substituer aux énergies fossiles. La mise en place du dispositif global sera progressive (première période expérimentale de 3 ans) de manière à laisser à tous les acteurs un temps « d'apprentissage ».

Si les vendeurs d'énergie ne parviennent pas à remplir leurs obligations dans le temps imparti, ils devront s'acquitter d'une pénalité libératoire à verser au Trésor public.

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Pour le particulier, différentes aides financières nationales, régionales ou plus locales destinées à tendre vers de la performance énergétique dans l’habitat (principal) existent : subventions et primes de l'ANAH, crédits d’impôts, prêts bonifiés, …

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L’ADEME, l’Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie a mis en place depuis 2001, en partenariat étroit avec les collectivités locales, un réseau d'information et de conseil de proximité sur l'efficacité énergétique et les énergies renouvelables. Le réseau INFO ENERGIE est constitué de 160 espaces et compte environ 300 conseillers au service du public.

Dans chaque Espace Info-Energie (EIE), des spécialistes informent et conseillent sur toutes les questions relatives à l'efficacité énergétique et au changement climatique : quels sont les gestes simples à effectuer ? Quel type d'équipement choisir ? Quelles sont les aides financières accordées ? etc. Espace Info Energie 0810 060 050 Petit film sur le travail des Espaces Info Energie de l’ADEME et sur l’outil de thermographie aérienne (cf. ci-après) sur le site http://www2.ademe.fr

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Thermographie infrarouge aérienne appliquée aux déperditions thermiques des bâtiments : La thermographie aérienne permet de déterminer le niveau de déperditions de chaque bâtiment par la toiture, mais aussi par les façades (en moyenne, 30 % des déperditions thermiques d’un bâtiment s’effectuent par la toiture, 25 % par les murs, 13 % par les vitres).

Les prises de vues sont réalisées grâce à une caméra thermique embarquée sur un hélicoptère ou un avion.

Le survol à lieu très tôt le matin afin de ne pas être gêné par le soleil.

L'opération se déroule en hiver par temps froid afin que toutes les habitations soient chauffées.

Le public est accompagné dans l'interprétation et dans l'analyse par des professionnels (Ademe, espaces info-énergie ...).

Une caméra infrarouge associée à un logiciel de traitement d’image...

Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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... permet d’obtenir une image en deux dimensions, appelée thermogramme, de la zone contrôlée.

La couleur de chaque pixel de l’image peut être reliée à la température en faisant des hypothèses sur la valeur d’émissivité de la surface.

A Bordeaux : En collaboration avec la Ville et l’Ademe, la thermographie aérienne de Bordeaux a été réalisée par la Jeune chambre économique, de manière à identifier l’origine des déperditions des habitations particulières, ainsi que des bâtiments collectifs.

C’est en décembre 2007 que les premiers clichés thermographiques par infrarouge ont été réalisés par le survol en hélicoptère d’un quartier test Grand Parc / Chartrons, avant d'être étendus à l'ensemble de Bordeaux. Pour cause d’hygrométrie trop élevée, la totalité des résultats de la thermographie ne peut être exploitée à ce jour. 9% de la ville sur une zone regroupant la partie ouest de Caudéran jusqu’aux communes limitrophes ne sont pas interprétables. Aussi ce secteur sera thermographié en novembre ou décembre prochains. www.bordeaux.fr Ce dispositif est en projet d’être étendu à l’ensemble du territoire de la CUB. Notons toutefois que ce moyen de diagnostic est coûteux et qu’il faut l’envisager plus comme un outil de sensibilisation que comme un instrument de mesure précis.

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Concepts et labels ● Le label Haute Performance Energétique, HPE 2005 Ce label volontaire vient compléter la réglementation thermique 2005 (RT2005) qui est applicable aux permis de construire déposés à partir du 1er septembre 2006.

La RT2005 vise à une amélioration d’au moins 15% de la performance de la construction neuve, mais le label s‘inscrit dans une dynamique de progrès pour atteindre une amélioration d’au moins 40% en 2020.

L’arrêté du 27 juillet 2006 définit le contenu et les conditions d’attribution de ce label : pour en bénéficier, un bâtiment doit non seulement être performant d’un point de vue thermique mais aussi faire l’objet d’une certification portant sur la sécurité, la durabilité et les conditions d’exploitation des installations de chauffage, de production d’eau chaude sanitaire, de climatisation et d’éclairage ou encore sur la qualité globale du bâtiment.

A l’heure actuelle, ce label comprend quatre niveaux : - Le « label haute performance énergétique, HPE 2005 » correspond à une consommation conventionnelle d’énergie inférieure de 10% à la consommation conventionnelle de référence de la réglementation ; - Le « label très haute performance énergétique, THPE 2005 » correspond à une consommation conventionnelle d’énergie inférieure de 20% à la consommation conventionnelle de référence de la réglementation.

- Le « label Haute Performance Energétique énergies renouvelables, HPE EnR 2005 » correspondant au critère du label HPE et où au moins 50% de la production de chauffage est réalisée par des énergies renouvelables - Le « label Très Haute Performance Energétique Energies Renouvelables et pompes à chaleur, THPE EnR 2005 » correspondant à une consommation conventionnelle d’énergie au moins inférieure de 30 % à la consommation conventionnelle de référence RT 2005 et où l’utilisation/production d’énergies renouvelables est importante.

● L’Habitat basse énergie Le concept basse énergie général vise à réduire de manière significative, la consommation d’énergie aussi bien au niveau des besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire, que de ventilation et d’électricité spécifique. Une réduction d’énergie d’au moins 50 % par rapport à une habitation conventionnelle neuve est, dans la plupart des pays, l’objectif d’un habitat basse énergie.

Une multitude de labels foisonnent sur le marché du bâtiment. En France il n’existe qu’un label de la réglementation thermique 2005 (officielle, applicable à tous les bâtiments) qui correspond à ce concept de Bâtiment Basse Consommation, c’est le Label BBC 2005. Il correspond à une consommation conventionnelle d’énergie primaire du bâtiment pour le chauffage, le refroidissement, la ventilation, la production d’eau chaude sanitaire et l’éclairage des locaux inférieure ou égale à 50 kWh/m²/an d’énergie primaire (modulée en fonction de la zone climatique et de l’altitude). (+ cf. paragraphe ci-dessous).

● La maison passive Fortement isolée, la maison a des besoins en énergie de chauffage très faibles qui peuvent être couverts par des énergies renouvelables. La maison passive est également conçue et équipée de manière à limiter les autres consommations : eau chaude sanitaire et électricité spécifique (électroménagers, hi-fi, éclairage). Pour cela, les concepteurs de maisons passives font appel à des notions de bioclimatisme, de sur-isolation et intègrent des équipements déjà connus : puits canadien, triple vitrage, ventilation à récupération de chaleur, capteurs solaires thermiques et/ou photovoltaïques, ampoules à économie d'énergies, électroménagers peu consommateurs, etc.

Originaire d'Allemagne, ce concept a été depuis les années 1990 développé en Autriche, dans les pays scandinaves et en Suisse. Dans chaque pays, il est mis en oeuvre à travers un label Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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spécifique. Mais si ces labels sont basés sur la même définition, ils diffèrent sur les critères d'attribution et notamment sur les consommations d'énergie maximales à ne pas dépasser.

Le label allemand PassivHaus est attribué à des maisons dont la consommation totale en énergie n'excède pas 120 kWh/m2/an environ dont 15 kWh/m2/an seulement pour le chauffage tandis que le label suisse Minergie-P est attribué à des maisons qui ne consomment pas plus de 42 kWh/m2/an pour l'eau chaude sanitaire et le chauffage.

En France, un label de ce type a été créé récemment dans le cadre de la nouvelle réglementation thermique (RT2005) grâce aux travaux de l'association Effinergie. Baptisé BBC pour Bâtiment Basse Consommation, il est attribué aux logements consommant au maximum 50 kWh/m2/an* ajusté d'un facteur 0,8 à 1,3 selon l'altitude et la zone climatique. Ainsi à Toulouse une maison passive ne doit pas consommer plus de 45 kwh/m2/an d'énergie alors qu'à Paris cette limite est rehaussée à 65 kwh/m2/an.

Malgré leurs différences, les trois labels sont accessibles en France mais ils ne sont pas attribués par les même organismes. L'association Prioriterre attribue le label Minergie-P, l'institut allemand PassivHaus est le seul à attribuer le label du même nom alors que le label BBC peut être attribué par plusieurs organismes français : CERQUAL pour les immeubles collectifs, CEQUAMI pour les maisons individuelles en groupement (CMistes), CERTIVEA pour les bâtiments tertiaires (écoles, bureaux…) et PROMOTELEC pour l'individuel diffus.

Sachant qu'à l'heure actuelle le parc moyen des logements français consomme 400 kWh/m2/an, les maisons passives représentent une solution intéressante pour réduire significativement les besoins énergétiques des bâtiments et les émissions de gaz à effet de serre associées comme le sous-entend l'objectif « Facteur 4 ». Mais contrairement à l'Allemagne ou à la Suisse où ces bâtiments se comptent en plusieurs milliers (10.000 en Allemagne et 7.000 en Suisse), en France leur développement est très limité. Selon l'association La Maison Passive France, il existe encore de nombreux freins à la construction très basse consommation : faible promotion par les organes de l'état (DDE, mairies, conseils généraux, Architectes et Bâtiments de France…), peu de professionnels informés et qualifiés, un système bancaire craintif, des aides confuses et complexes…

Toutefois, la création d'un label officiel semble avoir d'une certaine façon « décoincé » le secteur.

Même s'il est difficile de recenser les projets de manière exhaustive, plusieurs dizaines de chantiers sont en cours ou prévus que ce soit des maisons individuelles ou des logements collectifs, privés ou publics. Les deux premières maisons passives labellisées PassivHaus construites dans l'Oise par Les Airelles ont été inaugurées en avril dernier et deux autres maisons sont déjà à l'étude. Il y a quelques jours le label Minergie-P a été attribué pour la première fois en France pour une maison en Haute-Savoie. Le constructeur Maison Phenix a même présenté dernièrement un concept de maison « Basse consommation » baptisé « La Bonne Maison » qui sera proposé à la commercialisation à grande échelle dès mars 2008 et sera labellisé BBC. Même intérêt dans le secteur de la rénovation des bâtiments existants : à Mulhouse, un ensemble d'anciens immeubles privés a pu bénéficier d'un programme de rénovation qui leur a permis de réduire leur consommation en chauffage de 450 kWh/m2/an à une consommation de moins de 70 kWh/m2.an. Autre exemple dans le val-de-Marne, où une grande maison est en train d'être réhabilitée en logement social et ne consommera que 50 kWh/m2/an. (source : F.ROUSSELLABY Actu-Environnement.com – 25/10/2007) (projet du Grenelle de l’environnement d’un futur label BEPAS /maison passive correspondant à une consommation totale en énergie n'excède pas 15 kWh/m2/an) www.lamaisonpassive.fr

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● La maison à énergie positive Le bâtiment de demain sera quant à lui un bâtiment à énergie positive, c’est à dire un bâtiment qui produit plus d’énergie que ce qu’il en consomme. Il en existe déjà quelques dizaines dans toute l’Europe. (Futur label BEPOS = BEPAS + production d’énergie).

(source : HESPUL)

● Autres démarches parallèles aux démarches de performance énergétique - La maison autonome Une maison autonome est une maison énergétiquement indépendante. Elle produit elle-même la totalité de l'énergie dont elle a besoin et gère l'eau qu'elle utilise.

- La maison bioclimatique Appelé aussi solaire thermique passif, l'objectif de l'architecture climatique est la recherche de la meilleure adéquation entre la conception et la construction d'une habitation; et le climat et l'environnement dans lequel il est implanté.

La conception concerne la disposition des différentes pièces, la construction concerne les matériaux utilisés et leurs caractéristiques propres.

Le but général est donc d'utiliser au mieux l'énergie solaire afin de consommer moins d'énergie tout en conservant un confort équivalent.

Les maison bioclimatiques retiennent bien sûr le climat, mais requièrent l'utilisation d'arbres à feuilles caduques comme masques estivaux, d'éventuelles plantes grimpantes pour éviter que le soleil direct ne touche les murs en été, utilisent le sol environnant comme masse de stockage thermique via des puits canadiens ou des lits de gravier, et utilisent l'énergie-bois locale comme une solution de chauffage complémentaire : en gros une maison bioclimatique utilise la vie comme une composante active des limitations de ses besoins en énergie et d'émission de gaz à effet de serre.

NB : Toutes n'utiliseront pas forcément des matériaux sains pour leur construction. Pourtant le "bio" de "bioclimatique", en plus de faire référence à l'environnement vivant de la maison, fait aussi bien référence à l'usage de matériaux de construction et d'aménagement dit "bio, autrement appelés "sains". (cf. ci-dessous "maisons saines") Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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Un exemple de maison bioclimatique: Les rayons du soleil d'hiver (jaune) chauffent la maison en hiver à travers les baies vitrées.

En été, les avancées du toit empêchent les rayons du soleil estival (orange) de darder directement sur les vitres. (source : EKOPEDIA)

(+ cf. le bioclimatisme ci-après) - La maison saine La maison saine est avant tout une maison dont les matériaux (tous naturels) sont choisis pour leur faible impact supposé sur leurs habitants (par opposition aux maisons conventionnelles présupposées "malsaines"). Il vaut mieux séparer les concepts 'bioclimatique' et 'sain' car la dimension énergétique n'est que très peu prise en compte dans les maisons saines, dans lesquelles des concepts ésotériques peuvent entrer en ligne de compte : tracés régulateurs, fengshui, ou encore d'autres aspects physiques avérés tels que la protection électromagnétique, le géomagnétisme. NB : Certaines maisons saines peuvent être des gouffres énergétiques, inversement certaines maisons climatiques seront considérées comme "malsaines" et non écologiques par de nombreux tenants de l'habitat "sain"! (cf. matériaux sains dans dossier « santé, confort, esthétisme ») - La maison « écologique » Sous cette appellation, on retrouve souvent un mixte de maison visant la performance énergétique par des concepts bioclimatiques et l’utilisation d’énergies renouvelables notamment, et utilisant en plus des matériaux sains.

- La Haute Qualité Environnementale – HQE Cette démarche a été créée et est développée par l’association HQE (www.assohqe.org) depuis fin 1996 avec pour finalité de fournir aux acteurs du bâtiment des référentiels et des méthodes opérationnelles.

HQE® est une marque déposée dont l’association HQE détient la licence exclusive pour la France.

Pour l’habitant, la HQE® apporte un plus pour : - la santé : qualité de l’air intérieur, qualité de l’eau au robinet, bonne hygiène des locaux - le confort : températures et humidité, recherche de la lumière naturelle et qualité de la lumière électrique, lutte contre le bruit et les mauvaises odeurs, - les économies de charges d’habitation, chauffage, électricité, entretien, - la valeur patrimoniale des immeubles et leur capacité d’adaptation.

Pour la planète et la collectivité, la HQE® contribue : – à bien gérer les ressources naturelles : réduction des prélèvements de matières premières, gestion des eaux pluviales et des espaces collectifs – à économiser l’énergie sous toutes ses formes, – à lutter contre le réchauffement climatique, – à réduire les pollutions émises par les logements : pollution de l’air, eaux usées, tri des déchets.

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à une bonne insertion dans le site, pour un paysage urbain de qualité au maintien et au développement de la diversité biologique, par une bonne gestion des espaces extérieurs pendant le chantier, à une réduction des nuisances pour les riverains.

La HQE, c’est 14 cibles pour aider les Maîtres d’Ouvrages à structurer leurs objectifs : MAITRISER LES IMPACTS SUR L’ENVIRONNEMENT EXTERIEUR

CREER.UN.ENVIRONNEMENT INTERIEUR SATISFAISANT

ECO-CONSTRUCTION

CONFORT

1. Relations des bâtiments avec leur environnement immédiat 2. Choix intégré des procédés et produits de construction 3. Chantier à faibles nuisances

8. Confort hygrothermique 9. Confort acoustique 10. Confort visuel 11. Confort olfactif

ECO-GESTION

SANTE

4. Gestion de l’énergie 5. Gestion de l’eau 6. Gestion des déchets d’activité 7. Gestion de l’entretien et de la maintenance

12. Qualité sanitaire des espaces 13. Qualité sanitaire de l’air 14. Qualité sanitaire de l’eau

Pour garantir la bonne application de cette démarche, il est possible, dans certains secteurs, d'en demander la certification. Une offre apparaît depuis quelques années (marque NF) et d'autre part de l'Association HQE (marque Démarche HQE®).

Sont actuellement concernées : - les maisons individuelles du secteur diffus, édifiées par des constructeurs engagés dans cette démarche. Marque "NF Maison individuelle - Démarche HQE®" délivrée par CEQUAMI. - les opérations de logement collectif ou individuel groupé, avec la marque "NF Logement Démarche HQE®", ou la certification "Habitat & Environnement", délivrées par CERQUAL. - les opérations des secteurs tertiaires du Bureau et de l'Enseignement (extension en cours à d'autres secteurs), avec la marque "NF Bâtiments tertiaires - Démarche HQE®" délivrée par CERTIVEA.

● La démarche « négawatts » Cette démarche proposée par l'association négaWatt (www.negawatt.org) s’appuie sur : -

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la sobriété énergétique dans nos usages individuels et collectifs de l’énergie, pour supprimer les gaspillages absurdes et coûteux l’efficacité énergétique de nos bâtiments, de nos moyens de transport, dans nos équipements et moyens de production afin de réduire les pertes, pour mieux utiliser l’énergie et en augmenter les possibilités. et un recours affirmé mais maîtrisé aux énergies renouvelables. par définition inépuisables, décentralisées et à faible impact sur notre environnement.

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Vers un habitat économe ● Les ressources énergétiques propres et renouvelables Une énergie renouvelable est une source d'énergie dont le gisement se reconstitue en permanence à un rythme au moins égal à celui de la consommation. Le géothermique n'est pas selon cette définition renouvelable. Mais la quantité de chaleur disponible l'est à l'échelle de l'humanité.

Ce qui suscite deux remarques : • la renouvelabilité est dépendante des conditions de consommation et de reconstitution : ainsi, au Moyen Âge, le pétrole, la tourbe, et le charbon étaient des énergies renouvelable car la production (par la terre) excédait la consommation humaine. Inversement, le bois n'est plus actuellement une énergie renouvelable dans certains pays, qui en consomment largement plus que ce que leurs forêts produisent.

• comme il n'existe pas d'entité capable de rendre disponible de l'énergie à partir de rien, il n'existe pas au sens propre, d'énergie renouvelables ; par contre, il existe des réservoirs d'énergie qui, à l'échelle de l'humanité, apparaissent inépuisables dans un état donné de la technique, et qui sont exploités par des processus naturels pour réalimenter des sources d'énergie. Le principal étant le soleil, et, éventuellement, la terre (en tant que réservoir de chaleur et d'énergie cinétique de rotation).  Le concept d'énergie renouvelable est directement lié à une idée d'énergie "non polluante", mais il en est en toute rigueur distinct : le fait qu'une énergie se reconstitue n'implique pas que les déchets d'exploitation de cette énergie disparaissent. De même une énergie renouvelable peut être d'exploitation difficile et risquée.

On peut considérer dans l'état actuel de leur utilisation les sources suivantes d'énergie comme étant globalement renouvelables (même si localement elles peuvent être consommées à un rythme excédant leur renouvellement): L’Union Européenne cherche à promouvoir les énergies renouvelables. En France, la loi d’orientation sur l’énergie publiée en juillet 2004 transpose la directive européenne qui, à l’horizon 2010, fixe à 21% le taux d’électricité devant être produite à partir de sources renouvelables, et à 12% celui de l’énergie totale. Notre pays en est loin : seuls 12,9 % de l’électricité et 5% de l’énergie produites sont « vertes ».

 Le bioclimatisme (cf. maison bioclimatique ci-avant) N’ayant à leur disposition qu’une gamme très réduite de matériaux et de technologies, nos anciens savaient compenser cette simplicité par une remarquable et intuitive compréhension du climat.

Une démarche bioclimatique se développe sur trois axes : capter la chaleur, la transformer/diffuser et la conserver. Trouver un équilibre entre ces trois exigences, sans en négliger aucune, c'est suivre une démarche bioclimatique cohérente.

Dans les régions chaudes (de type méditerranéen par exemple), un quatrième axe fondamental doit être pris en compte : se protéger de la chaleur et l'évacuer. Cet axe, a priori contradictoire avec les précédents, est la base d'une conception bioclimatique bien comprise.

- Capter la chaleur Le verre laisse passer la lumière mais absorbe les infrarouges et va, en conséquence, piéger la chaleur du soleil à l'intérieur de la maison. Ce phénomène est aussi appelé "effet de serre". La lumière du soleil sera convertie en chaleur par les surfaces opaques de la maison (les murs et/ou le sol). Lorsque cette énergie sous forme d'infrarouges va tenter de ressortir, la vitre va l'absorber et la réémettre en partie vers l'intérieur de la maison. C'est ce qu'on appelle le "solaire passif" : solaire car la source d'énergie est le soleil, passif car le système fonctionne seul sans système mécanique. une maison bioclimatique se caractérise donc par : Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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- des ouvertures de grande dimension au sud - très peu d'ouvertures au nord - peu d'ouvertures à l'est (soleil du matin) - peu d'ouvertures à l'ouest (soleil du soir) - Transformer/Diffuser la chaleur Pour convertir la lumière en chaleur, on utilise des matériaux opaques, comme une dalle ou des murs peints d'une couleur sombre. Ces éléments doivent être de teinte plutôt foncée sinon ils réfléchiraient la lumière sans la convertir en chaleur. Ils ne doivent pourtant pas être trop sombres au risque que leur surface s'échauffe énormément et atteigne des températures qui peuvent devenir dangereuses pour les occupants. Une teinte brune ou terre cuite est un bon compromis entre les performances thermiques et le rendu esthétique (le noir étant souvent très laid).

Le matériau doit également être très dense et très lourd. Plus sa masse est importante, plus il pourra absorber par inertie une quantité d'énergie importante, l'objectif étant de capter pendant la journée suffisamment d'énergie pour la rediffuser pendant toute la nuit. Le mur ainsi créé est souvent appelé mur capteur (+ cf. mur Trombe ci-après). C'est le véritable radiateur de la maison; il fonctionne à basse température, un peu comme un plancher chauffant, et rayonne sa chaleur sur toute sa surface.

Le mur Trombe ou mur Trombe-Michel, qui a été conçu par le Professeur Félix Trombe et l'architecte Jacques Michel, est un mur capteur. Il est composé d'un bloc de matière à forte inertie (béton, pierre, etc.) qui accumule le rayonnement solaire du jour et le restitue pendant la nuit.

Devant cette paroi, on place une vitre pour créer un effet de serre pour chauffer l'air.

On peut améliorer ce mur capteur, en augmentant l'absorption du mur stockeur (par exemple en le peignant en noir). Ce mur peut aussi être percé d'ouvertures pour permettre la circulation de l'air chaud. À partir du concept de base, on peut utiliser des technologies de pointe comme des doubles vitrages à faible émissivité thermique pour augmenter le rendement du mur. On peut rendre active cette technologie passive par l'ajout de ventilation motorisé sur les clapets de circulation d'air.

Edward Morse breveta le concept en 1881 (US Patent 246626), mais il fut ignoré jusqu'en 1964.

(source : CRDP de Basse-Normandie)

- Conserver la chaleur Une fois captée et transformée, l'énergie solaire doit être conservée à l'intérieur de la maison le plus longtemps possible. C'est la raison pour laquelle il faut isoler conséquemment les parois. (cf. chapitre isolation ci-après) - Se protéger de la chaleur et l'évacuer Le relief et la direction des vents doivent d’abord conditionner l’implantation d’un habitat.

(Une même maison peut voir sa consommation énergétique varier de plus de 30% suivant l’orientation).

L’environnement végétal de la maison (ombrage des arbres à proches, pergolas, toitures et façades végétalisées, choix des espèces à feuilles caduques qui protègent en été et laissent passer la lumière en hiver,…), la nature du revêtement du sol autour de la maison, l’utilisation des Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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matériaux et couleurs des parois réfléchissants, les protections des fenêtres (stores, volets, casquettes, …), etc. sont autant de techniques permettant de se protéger de la chaleur sans consommation d’énergie.

NB : Dans un pays tempéré, une maison bioclimatique peut arriver à fournir plus des deux tiers de ses besoins de chauffage uniquement grâce au soleil.

(source : guide « fraîcheur sans clim »)

Les avantages multiples de la végétation : elle crée un ombrage, protège du vent, oxygène l’air, rafraîchit par évapotranspiration, protège des poussières et fixe le carbone pendant la croissance des plantes.

(source : guide « Fraicheur sans clim »)

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● L’isolation du bâtiment

(source : AER)

Isoler, c’est : – se protéger du chaud et du froid – réaliser des économies d’énergie en réduisant les déperditions de chaleur – assurer un confort thermique et acoustique pour une maison facile à chauffer en hiver et qui reste fraîche en été.

On caractérise la résistance thermique de la paroi par le coefficient R. Elle représente la somme des résistances thermiques des différents matériaux qui constituent la paroi. La résistance thermique d’un matériau est le rapport entre l’épaisseur du matériau (en m) et sa conductivité thermique (en W/m.°C).

L’isolation des toitures R = 5.5 °C.m²/W L’air chaud s’élevant par convection, c’est par la toiture que s’effectue la majorité des déperditions thermiques.

L’isolation des toitures est donc une intervention prioritaire lorsque l’on décide d’isoler un logement. Mais la fonction première des toitures est d’assurer l’étanchéité à l’eau de la construction. Deux techniques d’isolation peuvent être utilisées : l’isolation par l’intérieur ou par l’extérieur. (source : ASDER)

L’isolation des murs R = 2.7 °C.m²/W Par l’intérieur

(source : ASDER)

Avantages : - réchauffement rapide de l’air intérieur - choix varié d’isolants

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Par l’extérieur Avantages : - forte inertie - réduction importante des ponts thermiques - diminution des infiltrations d’air

(source : ASDER)

Mur porteur isolant Le mur est autosuffisant thermiquement avec un dispositif de rupture du pont thermique.

Avantages : - isolant naturel - forte inertie - meilleure valorisation des apports gratuits - moins de surchauffe l’été : la brique de terre cuite agit comme un climatiseur naturel qui régule la température de la maison

(source : ASDER)

L’isolation des planchers R = 2 °C.m²/W Dalles sur locaux non chauffés (source : ASDER)

Les déperditions thermiques vers le bas peuvent parfois être importantes dans une habitation et ne doivent pas être négligées, en particulier s’il existe des problèmes d’humidité dans les sols.

Les planchers sur terre-plein sont en général sains et secs car protégés des eaux de pluie par les chenaux des toitures et les fondations des murs extérieurs. Dans ce cas, de tels planchers n’occasionnent que peu de déperditions thermiques, la terre Dalles sur terre-plein ou sur vide sèche étant un médiocre conducteur de la chaleur. sanitaire, isolation par-dessus (source : ASDER)

L’isolation de ces ouvrages n’est donc pas toujours indispensable, mais peut être envisagée lorsqu’une réfection importante du plancher est prévue. L’isolation peut donc se faire sous ou sur dalle ou par chape légère.

En ce qui concerne les planchers sur locaux non chauffés, une isolation est indispensable pour réduire les déperditions thermiques de l’intérieur de l’espace chauffé vers le sol. Différentes solutions peuvent être envisagées : planchers isolants en maçonnerie, planchers isolants sur structure bois, isolation sous ou sur dalle.

L’isolation des vitrages R = 0.7 °C.m²/W De par leur fonction d’ouverture et de transparence, les baies vitrées constituent les parois de l’habitation les plus vulnérables aux déperditions thermiques.

L’amélioration de l’isolation thermique des vitrages est donc une des opérations à envisager prioritairement.

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Il existe trois techniques possibles : – Les survitrages : l’opération consiste à rapporter un second vitrage sur les ouvrants d’une fenêtre existante ; – Les vitrages isolants : l’opération consiste à installer des (source : ASDER) ouvrants à double ou triple vitrage, soit dans le cas d’une fenêtre neuve, soit sur des dormants anciens conservés ; – Les doubles fenêtres : en rénovation, l’opération consiste à installer une seconde fenêtre en avant ou en arrière de la fenêtre ancienne conservée. En construction neuve, deux fenêtres sont posées.

(source : EDF)

Les vitrages peu émissifs ou vitrage à isolation renforcée Les pertes de chaleur s’effectuent par trois phénomènes physiques : la conduction, la convection et le rayonnement. Les vitrages peu émissifs permettent de réduire les pertes de chaleur par rayonnement. Une fenêtre à double vitrage peu émissif comporte un revêtement spécial déposé sur la face intérieur du vitrage (Argent ou oxyde métallique à base de Titane ou Nickel). Ce revêtement joue le rôle de barrière thermique à l’intérieur du vitrage. Ainsi cela permet de réduire les pertes de chaleur de l’ordre de 30%.

Principe de fonctionnement Le rayonnement solaire traverse le vitrage et réchauffe les parois de la pièce. Ces parois émettent des rayons infra rouges (chaleur) qui sont renvoyés en majorité par la couche peu émissive vers l’intérieur de la pièce.

(source : PLASTIC-HOME SAS)

Performances techniques des vitrages Le coefficient U d’un vitrage correspond à sa performance thermique : plus ce coefficient est petit, meilleure est la qualité d’isolation. (coefficient U du simple vitrage : 5,7 W/m2.K) Le coefficient U d’un vitrage peu émissif est compris entre 2,1 et 2,8 W/m2.K. Il existe des fenêtres de ce type comportant en plus du gaz argon (gaz inerte sans danger) qui remplace la lame d’air entre les deux vitrages, et qui permet une isolation thermique encore meilleure.

Le coefficient U du vitrage est alors compris entre 1 à 1,7 W/m2.K. A ces coefficients il faut ajouter le coefficient des menuiseries qui varie selon leur type (bois, PVC, aluminium...)

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Sur une maison individuelle de 100 m2 avec une surface vitrée de 18 m2, les économies possibles sont résumées dans le tableau suivant : Economies d’énergies réalisées en kWh : Type de vitrage

Habitation situéeHabitation située en montagne en plaine

Simple vitrage référence 0 U = 5,7W/m².K Double vitrage 3888 kWh U = 3,2W/m².K Vitrage à isolation renforcée avec lame d’air 5599 kWh U = 2,1W/m².K Vitrage à isolation renforcée avec lame 6844 kWh d’argon U= 1,3W/m².K

0 3024 kWh 4354 kWh

5322 kWh

NB : Depuis le 1er juin 2001, toute construction neuve ou agrandissement est concerné par la RT2000. Cette réglementation impose une qualité d’isolation accrue, notamment en introduisant des vitrages à isolation renforcée.

Ces vitrages font partie des solutions de référence. Les valeurs fixées comme référence pour les parois vitrées (menuiserie et vitrage) sont de 2,4 W/m2.K pour notre région. (+ cf. isolation écologique dans partie « santé, confort, esthétisme »)

 La ventilation Pendant longtemps, l’aération des logements a été négligée et laissée à la charge des conduits de cheminée et aux défauts d’étanchéité, ne laissant aucun contrôle sur la circulation de l’air et les déperditions de chaleur. L’isolation et l’étanchéité actuelle des maisons ont rendu indispensable les systèmes de ventilation.

Selon la réglementation (arrêtés du 24/03/1982 et du 28/10/1983), la ventilation est une obligation légale pour tous les logements postérieurs à 1982 qu’ils soient collectifs ou individuels. L’aération doit être générale et constante et la circulation de l’air doit se faire depuis des entrées situées dans les pièces principales jusqu’à des sorties dans les pièces de service (cuisine, salle de bains…).

Ventiler permet d’apporter un air neuf, d’évacuer les odeurs et polluants (cf. partie « santé, confort, esthétisme ») mais également de réguler l’hygrométrie et la température de l’habitat et d’économiser ainsi de l’énergie.

La ventilation « naturelle » consiste à faire rentrer l’air extérieur par la simple ouverture des grilles d’aération ou des fenêtres.

Lors des grandes chaleurs estivales, la ventilation par les fenêtres répond à deux objectifs : renouveler l’air intérieur et rafraîchir. Pour renouveler simplement l’air, ouvrir les fenêtres en grand pendant 2 à 5 minutes, plusieurs fois par jour, est suffisant, et cela évite que la chaleur extérieure ne pénètre durablement dans le logement.

Pour rafraîchir on est parfois tenté de créer un courant d’air en ouvrant les fenêtres même lorsque l’air extérieur est plus chaud que l’air intérieur. Accélérant l’évacuation de la sueur, un courant d’air même un peu plus chaud que l’air de la pièce créera en effet une impression momentanée de fraîcheur. Mais l’effet à long terme sera inverse de ce que l’on recherche : l’air introduit réchauffera les murs, qui restitueront ensuite la chaleur dans la pièce.

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Température intérieure Température extérieure

(source : CONRAD)

Ce type de thermomètre permet de savoir quel est le bon moment pour ouvrir ou fermer les fenêtres.

Différentes dispositions intérieures permettent de favoriser la circulation de l’air à l’intérieur de l’habitation en provoquant un courant d’air entre des ouvertures se trouvant sur des façades opposées ou à des niveaux différents.

Ce principe de « balayage » transversal des locaux est essentiel pour atteindre des niveaux de ventilation suffisants pour rafraîchir. Ainsi l’ouverture de deux fenêtres de la même façade sera beaucoup moins performante que leur ouverture sur des façades opposées : cette règle de bon sens est souvent impossible à mettre en pratique dans les logements collectifs, ce qui explique une part importante des surchauffes constatées dans ce type de logement.

Lorsque la ventilation nocturne par ouverture de fenêtres opposées n’est pas possible, une solution intéressante consiste à assister la ventilation naturelle en favorisant la circulation de l’air par des dispositifs simples, tels que des « extracteurs statiques ». L’air extérieur pénètre alors par une ouverture (fenêtre, large grille d’aération), puis, après « balayage » du logement, est extrait par un conduit d’aération surmonté d’un dispositif accélérant le tirage en créant une aspiration dans le conduit d’aération.

Les extracteurs statiques basés sur le principe du venturi (tuyère à cônes divergents) ou d'autres dispositifs, créent sous l'action du vent, une dépression suffisante dans le conduit d'extraction pour maintenir un débit d'air minimum.

Le débit d'air extrait dépend des conditions atmosphériques extérieures.

L'extracteur statique ASTATO AS1 avec collier sur mitron terre cuite.

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Les extracteurs statiques peuvent être associés à un tirage mécanique par induction d'air asservie aux conditions climatiques (vent, température).

La ventilation peut ainsi répondre aux besoins à tout moment.

Le système NAVAIR montrant l'extracteur, le conduit d'induction et le moteur.

L'aide mécanique à la ventilation naturelle est asservie à un automate qui analyse les paramètres des besoins et des conditions climatiques afin de commander le moteur.

La surventilation nocturne : la température extérieure diminue régulièrement en fin de journée et durant la nuit : l’air extérieur peut alors rafraîchir très efficacement une habitation si elle est ventilée à ces moments-là. La surventilation nocturne consiste à accélérer le renouvellement de l’air par un moyen naturel ou mécanique (VMC). Pour plus de performance, la fraîcheur nocturne doit pouvoir être « stockée » dans les murs, le mobilier, ce qui suppose qu’ils aient une inertie (capacité d'un matériau à accumuler puis à restituer un flux thermique, chaleur ou fraîcheur) assez forte.

Les ventilations mécaniques contrôlées – VMC : La VMC simple-flux : l’air frais venant du dehors traverse d’abord les pièces de séjour et les chambres et est évacué des pièces de service par un groupe d’extraction comportant un ventilateur.

(source : ADEME)

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La VMC double-flux : Ce système permet de limiter les pertes de chaleur inhérentes à la ventilation : il récupère la chaleur de l’air vicié extrait de la maison et l’utilise pour réchauffer l’air neuf filtré venant de l’extérieur. Un ventilateur pulse cet air neuf préchauffé dans les pièces principales par le biais de bouches d’insufflation. Cet équipement est plus coûteux qu’une VMC simple-flux mais il permet des économies de chauffage importantes : - en récupérant jusqu’à 70% (90% dans les systèmes haute performance maintenant sur le marché) de l’énergie contenue dans l’air vicié ; - en profitant de la chaleur dégagée par la cuisson ou la toilette.

(Source : ADEME)

Ventilation mécanique en toiture (Source : www.cpservices.fr)

Le puits provençal ou puits canadien : il s’agit d’une méthode ancestrale dont le principe –d’une grande simplicité- repose sur le fait que la température du sol, au-delà de 1,5 mètre de profondeur, ne varie que de quelques degrés au cours de l’année. En été, elle est donc plus basse que celle de l’air extérieur et vice et versa en hiver. L’air extérieur peut donc être refroidi ou réchauffé en permanence s’il circule avant de pénétrer dans l’habitation dans des tuyaux enterrés à cette profondeur.

L’équipement nécessaire pour une maison individuelle consiste en une canalisation de forte section (par exemple en PVC de 160 à 250 mm de diamètre) placée dans le sol, à une profondeur de 1,5 à 2,5 mètres, sur une longueur d’au moins 25 à 35 mètres. L’air extérieur est insufflé dans ce tuyau par un ventilateur avant de pénétrer dans les locaux à rafraîchir ou à réchauffer. Ce parcours suffira à lui faire perdre ou gagner environ 5 à 9°C.

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(Source : HERZOG)

● La production d’eau chaude sanitaire Les consommations pour la production de l’eau chaude sanitaire représentent en moyenne 1000 kWh par an et par personne, soit environ 20% du budget énergie d’une famille de 4 personnes (maison isolée selon réglementation thermique en vigueur).

En premier lieu, il faut tacher de réaliser des économies d’eau (cf. dossier l’eau, dans l’habitat)  S’assurer que la température de l’eau est inférieure à 65°C. En effet, passé cette température, l’eau, qu’elle soit calcaire ou non, a tendance à générer du tartre, ce qui a terme provoque une surconsommation de l’ordre de 10%. Par ailleurs, les trop hautes températures de consigne de l’eau chaude qui génèrent des pertes importantes au niveau du ballon. Préférer un stockage un peu plus important à une température d’environ 50°C.  La mise en place d’un chauffe-eau solaire ou d’un chauffe-eau thermodynamique permet de diviser au moins par deux cette charge. 

Le chauffe-eau solaire Le chauffe-eau solaire est l'application de l'énergie solaire la plus répandue et la plus rentable.

CESI est l'abréviation de chauffe-Eau Solaire Individuel.

Sa conception est simple et les économies d'énergie se retrouvent rapidement dans la consommation d'eau chaude sanitaire qui peut être assurée quasiment toute l'année.

Un appoint d'énergie électrique est toutefois nécessaire, la résistance électrique ne fonctionnant que lorsque la température du ballon solaire chute. L'installation du chauffe-eau solaire donne droit à des subventions sous forme de crédit d'impôt.

Il comprend des capteurs solaires (placés le plus souvent en toiture), et un ballon de stockage (installé à l'intérieur de la maison).

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Pour relier capteurs et ballons, une tuyauterie calorifugée assure la circulation d'un liquide caloporteur.

Le chauffe-eau thermodynamique Il s’agit du principe de la pompe à chaleur (cf. chapitre ) La pompe à chaleur va récupérer les calories, les transporter vers le ballon et ainsi chauffer votre eau sanitaire.

Ce ballon thermodynamique est une alternative très intéressante car son COP est de l'ordre de 4, c'est à dire pour 1kW utilisé d'électricité il va restituer 4kW de chaleur.

Donc par rapport à un chauffe-eau électrique traditionnelle l'économie est de 75%.

(source : et-energie)

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● Le chauffage Les frais de chauffage sont intimement liés à la conception de l’habitation. Il convient donc dans un premier temps d’avoir un bâtiment correctement isolé (cf. chapitre isolation). Le choix de l’énergie repose essentiellement sur des critères de prix, de facilité d’approvisionnement et d’émission de gaz polluants.

Le prix des énergies fossiles fluctue rapidement en ce moment. Opter pour cette solution, c’est être dépendant des aléas du cours du pétrole sur le long terme.

L’électricité utilisée pour le chauffage, en plus de son coût relativement élevé n’est pas aussi “propre” qu’on peut l’entendre dire. Durant les périodes de pointes, de vieilles centrales à charbon et à fuel particulièrement polluantes sont remises en fonctionnement.

Se chauffer au bois La valorisation énergétique du bois dans des chaudières modernes est une alternative qui compte de nombreux avantages : entretien de la forêt et des paysages, réduction de l’effet de serre, maintien ou création d’emplois, récupération de déchets, dynamisation de l’économie locale ...

Attention toutefois au type d’appareil utilisé, à son rendement et à sa combustion (cf. chapitre ).

Qu'est-ce qu'une combustion efficace et non polluante ?

C’est une combustion complète : quasiment aucune fumée ne s’échappe, si ce n’est un peu de « fumée » blanche qui est en réalité de la vapeur d’eau.

Quelles sont les conditions d’une combustion complète : une température de combustion supérieure à 800° C pour que tous les gaz brûlent, une deuxième arrivée d’air dans la chambre de combustion, qui va amener l’oxygène nécessaire à la combustion complète, un mélange parfait du gaz chaud et de l’air secondaire, un foyer bien fermé et de préférence revêtu d’un matériau réfractaire.

Une combustion au ralenti étant toujours incomplète, il faut choisir un appareil dont la puissance est adaptée au volume à chauffer.

Dans tous les cas, il faut s’orienter vers l'utilisation d'équipements performants, avec un rendement d'au moins 65 % et aux émissions réduites. (Performances label Flamme Verte étiquette apposée sur les appareils).

Une

Les systèmes combinés solaires (chauffage et eau chaude) permettent également d’utiliser de l’énergie renouvelable.

Aussi appelé Combi solaire, c’est une installation qui utilise le rayonnement solaire pour couvrir une partie des besoins en chauffage et en eau chaude sanitaire.

Comme son nom l'indique, le Système solaire combiné, associe chauffage de l'eau sanitaire et chauffage de l'habitat. En plus de réchauffer l'eau sanitaire, le caloporteur transmet sa chaleur au réseau d'eau de chauffage également stockée dans un ballon et toujours par le biais d'un échangeur thermique. C'est ensuite l'eau de chauffage qui circule dans les radiateurs pour réchauffer l'air ambiant.

Là encore, il convient de conserver une chaudière classique pour prendre le relais en cas de besoin.

En France, seul un millier de Systèmes solaires combinés sont installés et sont essentiellement des PSD (Plancher Solaire Direct). Le PSD fonctionne selon le même principe est un Combi Solaire, à la seule différence que le caloporteur passe directement dans un réseau de tubes intégrés au plancher. C'est donc la dalle qui sert de zone de stockage de l'eau réchauffée. Le PSD dispense donc de ballon d'eau de chauffage et de radiateurs. La chaudière traditionnelle reste un complément nécessaire.

Géothermie et aérothermie avec systèmes de pompe à chaleur (PAC) présentent quant à eux les avantages d’exploiter les calories renouvelables du sol ou de l’air (cf. chapitre ).

Avec toutefois, le besoin d’électricité pour faire fonctionner la PAC.

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● L’électricité L’électricité est une forme noble d’énergie par excellence, difficile et coûteuse à produire, et plus difficile encore à stocker. Il convient donc de la réserver aux applications où elle est irremplaçable, ce que l’on appelle l’électricité spécifique, et d’en limiter à l’inverse les usages concurrentiels, ceux pour lesquels d’autres formes d’énergie sont utilisables à meilleur compte énergétique et économique.

Usages non-spécifiques – Chauffage et eau chaude sanitaire Parmi les usages non-spécifiques, on pense notamment à la chaleur basse température pour le chauffage des locaux et pour l’eau chaude sanitaire, pour lesquels la France se distingue de tous les autres pays par une très forte pénétration de l’électricité.

Pourtant produire de l’électricité pour créer de la chaleur devrait conduire à limiter le chauffage électrique, voire à l’interdire, comme dans certains pays.

En créant une hyper-pointe de demande au cœur de l’hiver, il oblige à disposer de moyens de production sous-utilisés et généralement peu performants (cf. chapitres ,  et ).

Facteur aggravant, son coût d’investissement très bas en fait le mode de chauffage le plus accessible aux foyers modestes, mais son coût de fonctionnement très élevé, surtout en hiver (tarifs type "Tempo"), le transforme en une véritable "trappe à pauvreté". A preuve la récente mise en place des dispositifs anti-précarité pour tenter de contenir l’augmentation inquiétante des impayés d’électricité et leur cortège de misère sociale.

- Climatisation Autre usage non-spécifique, pendant estival du chauffage électrique, la climatisation est en général rendue nécessaire sous nos latitudes tempérées par une mauvaise conception thermique des bâtiments, notamment dans les bureaux. On doit pouvoir s’en passer par des moyens simples comme la ventilation naturelle ou des brise-soleil sur les façades sud.

L’électricité spécifique, c’est-à-dire celle qui ne sert pas au chauffage ni à la production d’eau chaude sanitaire peut atteindre jusqu’à 30% du budget énergie d’un ménage. Une famille moyenne consomme 3 à 4000 kWh électrique s par an ; cette facture énergétique peut être réduite à 2000 kWh, en prenant quelques résolutions qui n’enlèvent rien au confort.  Maîtriser ses consommations Contrairement aux idées reçues, les appareils de grosses puissances ne sont pas les plus gros consommateurs (ils ne fonctionnent pas très longtemps).

Les plus gourmands sont en effet ceux qui fonctionnent en permanence, même à faible puissance.

Dans cette catégorie on retrouve les appareils de froid, l’éclairage, les circulateurs de chauffage, et les appareils en veille.

 Les appareils en veille Lorsque certains appareils ne sont pas utilisés, ils continuent pourtant à consommer de l’énergie.

Cela s’appelle une veille.

Tous les appareils qui sont branchés en permanence (télé en veille, magnétoscope, décodeur, horloge du four, répondeur, chaîne hi fi,...) consomment quelques watts, 24h/24, 365 jours par an ce qui représentent, à l’échelle de la France, la production d’une centrale nucléaire.

Pour certains appareils comme les radio-réveils, on ne peut rien faire...

Par contre, ce sont les appareils autour de la TV qui sont le plus concernés : veille de la TV, magnétoscope, décodeur Canal +, démodulateur d’antenne satellite, chaîne Hi-fi (parfois) peuvent consommer annuellement jusqu’à 900 kWh (soit 95 € ).

Un magnétoscope absorbe par exemple 97 % de son énergie à l’arrêt !

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Pour éviter ce "gaspillage", le mieux est de supprimer ces veilles soit manuellement (lorsque c’est prévu), soit de brancher les appareils sur des prises multiples munies d’un interrupteur ce qui permet de couper directement l’alimentation de l’ensemble.

(source : www.economie-energie.net)

(source : www.econologie.com)

Voici à titre d’exemple les gains que l’on peut réaliser sur le poste « audio-télévisuel »

Appareils TV Magnétoscope Amplificateur individuelle Décodeur Canal + Démodulateur satellite Chaîne HiFi GAIN POSSIBLE

antenne

antenne

Veille (W) 8 à 22 4 à 30

Temps de quotidien (h) 18 23

veille Conso (kWh/an) 53 à 145 34 à 252

annuelle

1à2

18

7 à 14

9 à 16

22

72 à 128

13 à 15

18

85 à 99

0 à 33

23

0 à 277 251 à 915 kWh/an

Les autres appareils que l’on peut aussi débrancher : Appareils Micro-ondes Minitel Console vidéo Radiocassette Aspirateur de table

Veille (W) 0à9 2à7 1à8 0à4 1à4

Conso annuelle (kWh/an) 0 à 79 60 9 à 70 0 à 35 9 à 35

Les "veilles" pour lesquelles on ne peut pratiquement rien faire : Appareils Ventouse chaudière murale Refricongel Tél. sans fil Répondeur auto Téléphone Fax Table à induction Radioréveil

Veille (W) 7 à 18 0 à 30 1à6 1à6 7 à 11 8 à 18 1à4

Conso annuelle (kWh/an) 61 à 160 0 à 260 9 à 53 9 à 53 61 à 95 67 à 151 9 à 35

(Source : Cabinet Enertech / Olivier Sidler)

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 Les appareils électroménagers Il existe sur l’électroménager une classification qui permet de comparer le coût énergétique au moment de l’achat (étiquette énergie : du moins consommateur classe A++ vers le plus consommateur classe E). Le remplacement d’un vieil appareil par un appareil performant peut ainsi se rentabiliser en quelques années.

 Les appareils de froid La production de froid ménager (réfrigérateur - congélateur - surgélateur) représente un tiers de la consommation d’électricité spécifique, soit de 800 à 1000 kWh par an...

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Opter pour des appareils de classe A ou A+, beaucoup plus économiques à l’usage et souvent pas plus onéreux. Pour le même service rendu, un réfrigérateur peut avoir une consommation électrique qui varie de 1 à 5.

Bannir les réfrigérateurs « Américains » qui consomment deux fois plus.

Eviter les appareils combinés (réfrigérateur + congélateur), sauf s’ils ont deux compresseurs séparés. Sinon, préférer un réfrigérateur et un congélateur séparés. La consommation de l’ensemble est toujours moindre pour des volumes disponibles beaucoup plus grands.

Ne pas placer le réfrigérateur dans une pièce chaude ou à proximité d’une source de chaleur (radiateur, fenêtre au sud) car cela augmente considérablement sa consommation (38 % de plus dans un local à 23 °C par rapport à un local à 18°C).

Pour les congélateurs, les installer dans les pièces les plus froides, idéalement dans le garage ou dans la cave.

Eviter si possible d’encastrer le réfrigérateur dans un meuble de cuisine. La circulation d’air est énormément freinée ce qui limite l’échange thermique et fait tourner beaucoup plus le compresseur.

Vérifier la température intérieure du congélateur souvent trop froide (-18° suffisent) et celle de du réfrigérateur, souvent trop chaude (+5° recommandé). Vous consommerez 20% de plus si vous maintenez votre réfrigérateur à +2°C par exemple.

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Penser à dégivrer ces appareils au moins deux fois par an ou dès qu’il y a 0,5 cm de givre car le givre augmente votre consommation. Ainsi, 2 à 3 mm de givre double la consommation d’énergie pour assurer la même température dans l’appareil.

Couvrir tous les plats cuisinés afin d’empêcher l’humidité de s’en échapper. Sinon vos aliments se dessécheront et il y aura formation de givre dans le réfrigérateur.

Laisser la porte du réfrigérateur ouverte le moins longtemps possible lors des opérations de chargement et de déchargement. Sinon, chaleur et humidité (donc givre) pénètrent dans l’appareil et l’obligent à consommer plus.

Nettoyer une fois par an la grille qui est à l’arrière du réfrigérateur. C’est par là que la chaleur extraite de l’appareil peut s’évacuer dans la pièce. Encrassée, cette grille ne peut plus bien évacuer la chaleur et l’appareil consomme plus.

Vérifier le bon état des joints de la porte.

Laisser toujours refroidir les aliments avant de les ranger dans le réfrigérateur ou le congélateur.

Eviter de dégivrer les aliments dans le four à micro-ondes. Le faire à l’avance dans la partie de votre réfrigérateur, le rendement de ce dernier s’en trouvera amélioré ... et plus besoin du four micro-ondes ! Éviter de surcharger le réfrigérateur car l’air circulera alors moins bien, ce qui signifie une surconsommation d’énergie et une diminution de la durée de conservation des aliments.

 Le sèche-linge 1 % des foyers disposait d’un sèche-linge en 1990. C’est 40 fois aujourd’hui !

C’est un appareil qui consomme en moyenne sur un an deux fois plus qu’un lave-linge.

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Il faut donc essayer de s’en passer le plus possible, en faisant sécher le linge à l’extérieur quand le temps le permet, ou même à l’intérieur. Le linge séché à l’air s’abîme moins vite, ce qui est économique à plus long terme.

Ou bien présécher le linge à l’air libre et n’utiliser le sèche-linge que pour parfaire le séchage. On divise ainsi sa consommation par 3 ou 4.

Ne pas oublier pas d’ajuster la vitesse d’essorage au cours du lavage au niveau le plus élevé possible (et en fonction de la nature du linge). Plus le linge sortira sec, moins le sèche-linge consommera !

La consommation d’électricité des sèche-linge peut encore être importante pour certains modèles. Si on envisage d’acheter un appareil neuf, se référer d’abord à l’étiquette Energie : du B très économe au G pour très gourmand en électricité ( il n’existe pas actuellement de sèche-linge de classe A sur le marché français).

Opter si possible pour un séche-linge à évacuation (les sèche-linge à condensation ne nécessitent pas d’évacuation mais consomment plus d’électricité).

Opter impérativement pour les appareils à contrôle électronique qui arrêtent automatiquement le cycle dès que le linge est sec. Le surcoût est rentabilisé dans l’année.

 Le lave-linge Le chauffage de l’eau dans le lave-linge représente une partie importante de la consommation d’électricité.

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Opter pour un appareil de classe « A » à essorage rapide (1400 t/mn). Le linge sera plus sec en sortie, et si vous utilisez un sèche-linge, il consommera moins.

La consommation en eau et en électricité de la classe A est inférieure d’un tiers à celle des lave-linge les moins économes. Concernant la consommation en eau, il existe aujourd’hui des lave-linge ne consommant pas plus de 55 litres...

Pour les familles de 3 personnes ou plus, choisir une machine à laver de grande capacité (6 kg) qui permettra d’espacer les lessives.

Sur les nouvelles machines, on peut régler la température ! Sélectionner les programmes à basse température (30/40°C ), c’est économiser 70% d’énergie par rapport à un lavage à 90° C.

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Éviter les lessives trop fréquentes : attendre que la machine soit remplie. Selon les fabricants, pour mettre 5 kg de linge il ne faut pas hésiter à le tasser.

Le prélavage est souvent superflu, surtout avec les produits de lessive actuels. Cela évite de consommer inutilement 15% en eau et en électricité.

Utiliser la touche Eco si elle existe pour les vêtements légèrement souillés ou les petites quantités de linge en "urgence". Encore un solide gain : la consommation diminue de 30 à 40% par lessive par rapport au cycle ordinaire !

Enfin, nettoyer régulièrement le filtre pour toujours diminuer la consommation d’énergie mais aussi augmenter la durée de vie du lave-linge.

 Le lave-vaisselle Un lave-vaisselle consomme beaucoup d’eau et d’électricité.

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Choisir les appareils qui consomment le moins d’eau possible, car la consommation d’électricité en dépend directement. Il existe aujourd’hui des lave-vaisselle consommant 15 litres et moins.

Regarder aussi le niveau de consommation électrique indiqué par le constructeur et exiger des appareils de classe "A".

Astuce : raccorder l’appareil sur l’alimentation eau chaude plutôt qu’eau froide, en particulier si on est équipé d’un chauffe-eau solaire.

Attendre que la machine soit pleine pour la mettre en marche. Il vaut mieux nettoyer les plats à la main car ils prennent beaucoup de place.

Utiliser la touche Eco et les programmes à température basse (50-60 °C). Economie jusqu’à 30 % par rapport à un lavage à 70 °C. Faire sécher la vaisselle à l’air libre et évitez d’utiliser la fonction séchage du lavevaisselle.

Nettoyer régulièrement le filtre du lave-vaisselle pour augmenter sa durée de vie et diminuer sa consommation d’énergie.

 L’éclairage L’éclairage représente avec 14 %, le deuxième poste de consommation d’électricité spécifique (500 kWh par an).

La performance des ampoules :

Quantité de lumière émise pour 100 W consommés (en lumens)

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Durée de vie (en heures)

Couleur de la lumière diffusée

Consommation des différents types d’éclairage : L’éclairage représente en moyenne 15% de la facture d’électricité des particuliers (hors chauffage et eau chaude) La consommation annuelle d’électricité liée à l’éclairage de votre logement est fonction du nombre de ponts lumineux de leur type et aussi de vos habitudes de vie.

Elle est en moyenne de 500 kWh par an et par logement. type d’ampoule puissance consommation consommation coût annuel utile journalière (4 annuelle (330 jours) heures) halogène 500 W 2000 Wh 660 kWh 65 € incandescence 60 W 240 Wh 79 kWh 8€ fluo compact 15 W 60 Wh 20 kWh 2€ néon 12 W 48 Wh 16 kWh 1.6 €

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La classe énergétique des ampoules : Au dos des emballages de toutes les ampoules (incandescence, halogènes, fluocompactes ou néons), se trouve une classification énergétique de A à D, exactement comme pour les appareils électroménagers, "A" étant la catégorie qui consomme le moins d’énergie et "D" celle qui en consomme le plus. Les ampoules fluocompactes sont quant à elles cotées A ou B. Attention aux ampoules fabriquées en Asie du Sud Est ou en Chine : elles sont moins chères mais leur durée de vie est parfois incertaine et très réduite.

Les puits de lumière : Sur la base du concept de bioclimatisme, il est possible d’optimiser l’utilisation de la lumière naturelle et réduire ainsi ses consommations énergétiques sur le poste éclairage.

Simple ouverture dans le toit éclairant les toilettes d’un camping à Hourtin (33) (source : CREAQ)

Les fenêtres de toit ne permettent qu’une faible collecte de lumière et sont principalement privilégiées pour des raisons esthétiques (installation à fleur de toit).

Le conduit de lumière, associant un dôme à un tube de transmission, est un système de collecte plus performant malgré une ouverture plus faible que pour une fenêtre de toit classique.

Ce système a trois objectifs : collecter, concentrer et transmettre 1) Collecter la lumière 2) Concentrer la lumière Certains systèmes utilisent un réflecteur orienté vers le sud afin de réorienter les rayons solaires à l’intérieur du conduit. Ce système permet d’accroître la quantité de lumière capturée favorisant une intensité lumineuse accrue. Ce système de réflecteur permet d’optimiser l’utilisation de la lumière naturelle.

3) Transmettre la lumière La lumière est ensuite déviée dans un tube de transmission aux parois hautement réfléchissantes dont le diamètre varie selon les marques de 250 à 600 mm. Constitué d'aluminium recouvert d'un film multicouche à base de polymère, il possède un fort pouvoir de réflectivité. L’objectif est de transmettre la lumière avec un minimum de perte tout en conservant les spécificités de la lumière Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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naturelle. Les différents systèmes développés aujourd’hui offrent la possibilité de faire des coudes à 90° et d’atteindre des longueurs importantes (jusqu’à 12 mètres de longueur).

Les principales différences entre les tubes de transmissions sont principalement en termes de nature (tube souple ou rigide) et en fonction de leurs indices de réflexion.

Les différents produits commercialisés sur le marché ont des indices de réflexion allant de 85% à 99.7%. Les conduits ayant la plus faible réflexion sont les conduits souples en aluminium dont le rendement lumineux est trois fois plus faible que celui de la version rigide. Le conduit de lumière le plus réfléchissant au monde est fabriqué à base de silicium. Il permet une réflexion de 99.7%, soit seulement 0.3% de perte par réflexion. Par ailleurs la quantité de lumière transmise sera plus importante si le conduit est court et large et inversement plus le diamètre du tube sera étroit et plus la perte de lumière sera conséquente.

Avec l’utilisation de tube long, une partie de l’intensité lumineuse est perdue. Afin de minimiser les pertes, une haute réflectivité du tube est cruciale.

La lumière est ensuite diffusée dans toute la pièce grâce à une lentille de diffusion conçue pour le confort visuel. Le diffuseur doit être placé au plafond de la pièce à éclairer. Aujourd’hui certaines lentilles hautement performantes permettent une conservation optimum de la qualité de la lumière naturelle lors de sa diffusion.

(source : Wikipedia)

 Les piles Menée par Bio Intelligence Service, avec le soutien financier de l’ADEME, une étude a porté sur l’analyse du cycle de vie des piles, les matières premières, la fabrication, le transport, l’utilisation jusqu’à sa fin de vie.

L’étude s’articulait autour de cinq indicateurs majeurs : - consommation de ressources naturelles, - impact sur le changement climatique, - pollution à l’ozone, - acidification de l’air, - pollution de l’eau.

Résultats : Sur tous les indicateurs, les piles rechargeables sont nettement plus respectueuses de l’environnement que les piles jetables pour une quantité équivalente d’énergie produite (1 kWh).

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Impact sur l’environnement de la pile rechargeable/pile jetable, pour 1 kWh d’énergie produite

Un peu plus économique à l’achat, une pile jetable a, en réalité, un coût plus élevé : - sa durée de vie est plus courte, - son coût pour l’environnement est plus élevé : pas de recyclage, pas d’économie de matières premières.

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L’achat de piles rechargeables avec chargeur est rentabilisé dès la 5ème recharge.

Acheter 1 chargeur + 2 piles = acheter 5 piles jetables.

Coût moyen de 4 piles jetables (R6) : 4 € Coût moyen d’une recharge + 2 piles : 15 € Utilisation de la pile rechargeable = utilisation d’environ 100 piles jetables.

 Produire son électricité Avec de l’énergie solaire L’énergie solaire grâce aux panneaux photovoltaïques permet de la production d’électricité chez soi (de manière décentralisée), ce qui diminue considérablement les pertes (pas de transport d’énergie sur de longues distances). (cf. chapitre ) Après avoir été transformée par un onduleur, de courant continu de tension variable fourni par les panneaux, en courant alternatif à fréquence, tension et synchronisme de phase, adaptés aux caractéristique du réseau, l'électricité produite par les panneaux solaires photovoltaïques est injectée sur le réseau de distribution électrique et peut ainsi être consommée immédiatement sans qu'il y ait besoin de dispositif de stockage (batteries). On se trouve alors en présence d'une mini centrale électrique dont la fonction est comparable à celle d'une centrale électrique industrielle, mais dont la puissance est un ou deux millions de fois inférieure.

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(source : Wikipedia)

Un onduleur de 2 kW (hauteur : 40 cm)

(source : www.solarsavoies.com)

La quantité d’électricité produite à chaque instant dépend de l’ensoleillement. Ainsi, on peut soit : – produire moins que ce qui est consommé dans la maison, auquel cas, EDF fournit l’appoint de courant nécessaire.

– produire plus que les appareils de la maison n’utilisent, et dans ce cas, la production renvoyée sur le réseau fait tourner le compteur à l’envers.

NB : Un équipement normalement raccordé au réseau peut aussi servir à assurer l'alimentation en électricité d'un site ou d'une installation en cas de panne, en ajoutant une batterie d'accumulateurs comme pour une installation autonome.

Des panneaux photovoltaïques de 1 kWc (environ 9 m²) produisent environ 1100 kWh par an, soit la moitié de la consommation d’une famille économe.

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Lycée Yves THEPOT - QUIMPER

Avec de l’énergie éolienne On divise généralement les éoliennes en 4 catégories : –

le grand éolien : puissance > 350 kW

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le moyen éolien : puissance entre 36 kW et 350 kW

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le petit éolien : puissance entre 1 kW et 36 kW

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le très petit éolien : puissance < 1 kW

Le petit et moyen éolien est particulièrement bien adapté (de par sa taille et sa puissance) pour l’équipement des particuliers, des exploitants agricoles, des entreprises et des bâtiments publics.

Il existe des éoliennes de toutes tailles. Plus elles sont grandes, plus elles peuvent capter l’énergie cinétique du vent et produire de l’électricité.

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Les très petites éoliennes pour bateau font moins de 60 cm pour une puissance de quelques centaines de Watts.

A l’opposé, les grandes éoliennes industrielles de plusieurs MW dépassent les 80 m de diamètre.

Le petit et moyen éolien correspond à des éoliennes dont les tailles sont comprises entre 3 et 30 m.

Contrairement aux panneaux photovoltaïques, par exemple, la puissance des éoliennes augmente selon le carré de leur taille : lorsque l’on double le diamètre d’une éolienne, on multiplie par 4 la surface de vent balayée, et donc par 4 sa puissance de production d'énergie.

Il existe de nombreuses technologies différentes d’aérogénérateurs, ayant chacune des avantages spécifiques.

On en distingue principalement 3 : - Axe horizontal avec généralement 3 pales (ex : gamme Weole HORIZON) - Axe vertical type Darrieus (ex : gamme Weole VISION) - Axe vertical type Savonius (ou à godets) Les éoliennes à hélice sur axe horizontal et les éoliennes à axe vertical de type Darrieus utilisent la force de portance du vent comme le font les avions. Elles sont les plus performantes pour les fortes vitesses de vent.

Les éoliennes à axe vertical de type Savonius utilisent la force de traînée du vent à la façon des roues à aube de bateaux. Elles ont un plus faible rendement énergétique.

Il est possible d’installer une éolienne partout où il y a un minimum de vent.

L’installation peut se faire soit sur un mât ancré dans le sol, soit sur un bâtiment (maison, immeuble, stade, château d’eau, …). Le code de l’urbanisme (Art. R421-2 alinea (c) prévoit qu’un permis de construire n’est pas nécessaire pour les éoliennes dont le mât ne dépasse pas les 12 mètres (les pâles et parties en mouvement ne sont pas prises en compte pour le calcul de la hauteur).

Avant toute installation d'une éolienne, il est recommandé de connaître le potentiel de son gisement éolien. Météo France fournit des "Roses des vents" calculées sur plusieurs années, pour la plupart des cantons de France Métropolitaine.

Il n’est pas nécessaire de modifier son installation électrique pour y ajouter une installation éolienne.

Il est possible de choisir entre plusieurs types d’installations : - Raccordée au réseau électrique avec revente des surplus de production - Raccordée au réseau électrique avec stockage des surplus de production - Isolé du réseau avec stockage des surplus de production La vitesse du vent varie avec le temps. Une éolienne ne produit pas de l’électricité en permanence ni avec une puissance constante. Il y a donc une différence entre l’électricité produite et l’électricité consommée.

Si l’installation intègre des batteries, lorsque le vent souffle fort, le surplus d’électricité est stocké pour être utilisé lorsque le vent sera plus faible.

Si l’installation est raccordée au réseau via un opérateur d’électricité, celui-ci peut racheter les surplus de production et vous les revendre lorsque le vent sera plus faible.

Une éolienne moderne et bien installée ne rajoute quasiment aucun bruit à celui du vent dans les arbres, poteaux ou antennes environnants.

Au contraire des vieilles éoliennes de générations précédentes, les technologies récentes utilisées permettent de réduire la vitesse de rotation à l’extrémité des pales, ce qui est la première source de bruit.

De plus l’installation au bout d’un mât de 12 m ou sur un toit, les isole du fait des espaces habités.

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Avec de l’énergie hydraulique Il est possible de réhabiliter/rénover des moulins et des installations de petites centrales (moins de 2 MW) en France pour un potentiel compris entre 300 et 500 MW. Il existe également des milliers de sites hydrauliques constitués surtout par des anciens moulins qui représentent un potentiel « physique » supplémentaire.

Toutefois, la prise en compte des impacts environnementaux, les coûts élevés de réhabilitation pour les petits équipements et le manque d’information sur cette filière créent un contexte peu favorable à un projet de réhabilitation de microcentrale ou de petite centrale.

Il existe plusieurs types de petites centrales hydrauliques : - petite centrale pour une puissance comprise entre 2 000 kW et 10 000 kW - mini-centrale pour une puissance comprise entre 500 kW et 2 000 kW - micro-centrale pour une puissance comprise entre 20kW et 500 kW - pico-centrale pour une puissance inférieure à 20kW Les deux facteurs essentiels de la récupération d’énergie disponible sont la hauteur de chute et le débit d’eau qui dépendent du site.

(source : ADEME Basse-Normandie)

(+ lire article ci-dessous)

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Et surtout n’oublions pas :

L’énergie la plus propre est celle que l’on ne consomme pas !

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IDÉES DE SÉANCES 1- QU’EST-CE QUE L’ÉNERGIE ?  Faire émerger les représentations initiales des enfants (Séance tirée du cahier d’ARIENA « 1, 2, 3, … énergies ») Principe : - Mettre à disposition des enfants des magazines présélectionnés avec photos, images évoquant l’énergie soit directement (éoliennes, centrales hydroélectriques, ampoules) soit indirectement (sportif, un thermomètre, une chaise).

- Demander à chaque enfant de découper 5 photographies/images.

- Demander à chaque élève de s’exprimer sur les photos qu’il a découpées : en quoi ces photos suggèrent-elles la présence d’énergie ?

- Projeter les photos sélectionnées par l’enseignant, et en particulier celles qui évoquent l’énergie de manière indirecte.

- Demander aux enfants s’ils pensent que ces photos représentent également l’énergie.

- Faire débattre les enfants sur leur perception de l’énergie. Qu’est-ce que l‘énergie ? Sous quelles formes trouve-t-on l’énergie ? Quelles sources d’énergie connaissent-ils ?  Faire émerger les représentations initiales des enfants (Séance CREAQ) - Trouver des photos représentant des scènes de vie quotidienne, des centrales électriques (nucléaires, thermiques, hydrauliques, éoliennes, solaires), des appareils de chauffage, d’éclairage, …

- Constituer des groupes d’élèves.

(Cycle 2)

Observe la photo et trouve les objets en rapport avec l’énergie NOM ou DESSIN de l’objet en A quoi sert-il ? rapport avec l’énergie Fils électriques

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Transporter de l’électricité

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(Cycle 3) En observant la photo, listez : ce qui consomme de l’énergie : …………………………………………………. ........................................................................................................................ ........................................................................................................................ ........................................................................................................................ ........................................................................................................................ ........................................................................................................................ ........................................................................................................................ ........................................................................................................................ ce qui sert à produire de l’énergie : ................................................................ ........................................................................................................................ ........................................................................................................................ ........................................................................................................................ ........................................................................................................................ ........................................................................................................................ ........................................................................................................................ ........................................................................................................................ ce qui a nécessité de l’énergie pour sa fabrication : tout.............................

.............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. ..............................................................................................................

Il ne faut pas confondre énergie, sources d’énergie et formes d’énergie utilisables par l’Homme.

L’énergie est une puissance d’action (travail mécanique ou équivalent) ; un système possède de l’énergie s’il est capable d’en mettre un autre en mouvement.

Les sources d’énergie proviennent de phénomènes naturels ou sont issus de matières premières qui produisent de l’énergie : c’est le vent, le soleil, l’eau, le bois mais aussi le pétrole, le gaz, …L’électricité est une forme d’énergie nécessitant une source d’énergie pour être fabriquée.

+ notions d’énergie grise et de bilan énergétique dans dossier ECOCONSOMMATION

 Question aux élèves : « Comment percevez-vous la présence de l’énergie avec vos 5 sens ? » L’énergie est perceptible par ses diverses manifestations : - la chaleur (le soleil, un four, un moteur de voiture, …)

- le mouvement (un vélo, une voiture, un oiseau qui vole, des feuilles d’arbres poussées par le vent, un objet qui tombe, …)

- la lumière (du soleil, du feu, des ampoules électriques, …)

Si la vue est le principal sens qui permet de déceler l’énergie, il n’est pas le seul. Les enfants peuvent utiliser leurs autres sens pour « percevoir »l’énergie : la chaleur du soleil sur la peau, la sensation du vent dans les cheveux, la sueur (mécanisme de refroidissement du corps, …)

 Sens du mot énergie (tiré de « l’énergie de notre planète bleue » ORCADES) - « Recherche dans le dictionnaire l’étymologie et les différents sens du mot " énergie" (usage courant et scientifique) » Par exemple, d’après Le Petit Robert et le petit Robert des enfants : - usage courant : "force, vigueur" ; "force et fermeté dans l’action, qui rend capable de grands effets" ; "force, vitalité physique" ; "force capable de produire du travail, de la chaleur, du mouvement" - usage scientifique : "ce que possède un système s’il est capable de produire du travail" ; "énergie chimique potentielle de l’être vivant"

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- « Essaie d’établir les liens entre le sens courant et le sens scientifique du mot "énergie" » Dans tous les cas, l’énergie sera ce qui anime, ce qui permet de faire, de réaliser ou de produire.

- « Recherche les expressions françaises dans lesquelles le mot "énergie" est utilisé. Explique le sens de chacune d’elles. » Exemples : - "une personne énergique" - "avoir beaucoup d’énergie" - "avoir de l’énergie à revendre" - "un regain d’énergie" - "un visage énergique" - "des aliments énergétiques ».

On peut aussi rechercher des synonymes ou des antonymes (contraires).

L’énergie dans l’Histoire (cycle 2) (tiré de livret CIELE) Au cours de l’Histoire, l’Homme apprend à utiliser ces différentes sources d’énergie.

Trouve la place des 6 vignettes.

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(cycle 3) Au cours de l’histoire, l’homme apprend à utiliser ces différentes sources d’énergie.

Remets les 5 étapes cette histoire dans le bon ordre : ❍ Puis, la maîtrise du vent et des chutes d’eau fournirent les premières sources d’énergie mécanique. Bateau à voile servit le transport, moulin à vent ou à eau pour la minoterie, …. ❍Enfin, en 1843, James Joule donna son nom à l’unité qui mesure l’énergie, en 1878, Thomas Edison inventa la lampe à incandescence (l’ampoule) et quelques temps après Pierre et Marie Curie découvrent la radioactivité qui donnera naissance à l’énergie nucléaire. ❍Vint alors l’invention des machines transformant la chaleur en énergie mécanique. La première locomotive fut mise en marche sur chemin de fer par Stephenson en 1814. ❍D’abord l’Homme connut le travail musculaire. La seule source d’énergie est celle fournie par la nourriture. ❍Ensuite apparut le feu, première manifestation de l’énergie chimique résultant de la combustion du bois au contact de l’oxygène de l’air. Il permit de cuire les aliments et de se chauffer.  La petite histoire de l’énergie A raconter aux élèves : « Au commencement, l’homme sur la terre a faim, froid, peur, doit se battre pour manger, s’habiller, s’abriter, bref pour tout ! Rapidement, il fait une découverte capitale : allumer le feu. Dès lors, il peut se réchauffer, se protéger des animaux sauvages et forger des outils … Il peut chasser plus facilement et cuire ses aliments. Le bois est alors le seul combustible connu. Peu à peu l’homme maîtrise l’énergie des animaux pour cultiver la terre. Puis il découvre la force du vent et la domestique avec les moulins. Il apprend aussi à utiliser l’énergie des rivières. Grâce à toutes ces inventions, l’existence est devenue moins pénible. L’homme s’en contentera jusqu’à … la découverte de la machine à vapeur ! Là les temps modernes commencent. Ces machines ont un besoin grandissant de combustible pour fonctionner. Le bois est remplacé par le charbon, puis par le pétrole. Les travaux pénibles sont accomplis par les machines. Les inventions se succèdent et se perfectionnent. Elles ont toutes un point en commun : elles consomment de l’énergie ! Les villes grandissent, l’industrie se développe et les techniques progressent. L’ère du gaspillage commence … Aujourd’hui, nous consommons en un jour plus d’énergie que nos ancêtres en consommaient en une année ! » ● De l’énergie pour quoi faire ? (séance CREAQ) L’énergie sert à :

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L’énergie sert à : - se chauffer et faire fonctionner tous nos appareils électriques (TV, téléphone, …)

- chauffer l’eau pour l’hygiène - se déplacer - faire cuire - faire fonctionner nos muscles - s’éclairer L'énergie est un des éléments fondamentaux de notre univers. Nous employons l'énergie pour effectuer un travail utile dans notre quotidien. L'énergie éclaire nos villes. L'énergie actionne nos véhicules, les trains, les avions et les fusées. L'énergie chauffe nos maisons, fait cuire notre nourriture, nous permet d'écouter notre musique et nous donne des images à la télévision. L'énergie actionne des machines dans les usines. Quand nous mangeons, notre corps transforme la nourriture en énergie pour effectuer un travail comme marcher, lire ou courir. Les voitures, les avions, les chariots, les bateaux et les machines transforment également l'énergie en travail. Le travail signifie déplacer quelque chose, soulever quelque chose, chauffer quelque chose, allumer quelque chose.

Nous aussi, nous avons besoin d’énergie pour grandir, sauter, courir, réfléchir, travailler …

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2- D’OÙ VIENT L’ÉNERGIE ?  D’où vient l’énergie ? (tiré de « l’énergie de notre planète bleue » ORCADES version simplifiée par le CREAQ) « Observe le schéma suivant. Quelles formes d’énergie le rayonnement du soleil permet-il de créer sur Terre ? »

Corrigé : Les 5 formes d’énergie provenant du soleil sont : - la chaleur du soleil (énergie solaire) - la lumière du soleil (énergie solaire) - l’énergie du vent (l’énergie éolienne) : le soleil chauffe inégalement l’air. La différence entre les zones froides et les zones chaudes de l’air provoque d’immenses « courants d’air » : ce sont les vents - l’énergie de l’eau (l’énergie hydraulique). Le soleil chauffe la mer et les plans d’eau. L’eau s’évapore en nuages, puis retombe en pluie pour alimenter les cours d’eau et les barrages.

- L’énergie des plantes (la biomasse) : le bois, les plantes et donc le pétrole, le gaz naturel, le charbon.

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3- LES DIFFÉRENTES SOURCES D’ÉNERGIE ● Les différentes sources d’énergie à notre disposition (séance CREAQ) Grâce au soleil, l’énergie se présente donc sous plusieurs formes : le vent, le gaz naturel, le bois, le soleil, le charbon, le pétrole, l’uranium, l’eau.

Essaie de les retrouver.

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 « Retour aux sources » (tiré du cahier ARIENA 1, 2, 3… énergies !)

 Les combustibles fossiles (tiré de « l’énergie de notre planète bleue » ORCADES) Objectifs : Identifier les combustibles fossiles. Expliquer le processus de formation des combustibles fossiles.

Déroulement : A – « En t’aidant de la définition et du schéma suivants, cite les combustibles fossiles que l’on exploite actuellement. » D’après le Petit Robert : Fossile : "qui est extrait de la terre (minéraux) " ; " se dit des débris ou des empreintes des corps organisés dans les dépôts sédimentaires de l’écorce terrestre".

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B - Sous l’action des microorganismes du sol, les déchets végétaux et animaux se décomposent.

Après des centaines de millions d’années, cette décomposition aboutit à la formation de gisements souterrains de pétrole, de charbon et de gaz. C’est pour cette raison que l’on parle de ressources "non renouvelables" : à l’échelle de l’humanité, les ressources qui existent actuellement sont en effet les seules qui sont et seront disponibles ; d’autres ne pourront se créer en l’espace de quelques siècles seulement. « En regardant le schéma, recherche pour qu’elle raison on parle de "fossiles" à propos de ces sources d’énergie. Complète ensuite les pointillés figurant sur le schéma. » Corrigé : A – le pétrole, le charbon, le gaz naturel.

B – 1 déchets végétaux et animaux sédimentés au fond des marécages, des lacs et des océans ; 2 gaz naturel ; 3 pétrole ; 4 charbon Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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 Activités liées à la ressource pétrolière : (+ cf. dossier ECOMOBILITE)  Question/débat : « Quels sont les avantages et les inconvénients des panneaux solaires ? des éoliennes ? des centrales hydroléctriques ?»  Expériences des livrets « La concentration solaire » et « Le biogaz » du dossier « L’expérience ôte le doute » d’ENERGIES SOLAIRES DEVELOPPEMENT

4- COMMENT UTILISE-T-ON CES SOURCES D’ÉNERGIE ? ● L'énergie: ses formes, ses effets, ses transformations http://cm1cm2.ceyreste.free.fr/formes.html#moteurs  La particule d’énergie (tiré de « l’énergie de notre planète bleue » ORCADES) Objectif : Mettre en évidence les différentes étapes du processus de transformation de l’énergie solaire en énergie électrique.

Déroulement : Remettre aux élèves, répartis en groupe de2 ou 3, le texte « l’histoire de la particule d’énergie » et les dessins de la bande dessinée découpée au préalable et mélangés (1 jeu de dessins par groupe).

Consigne : « Lisez l’histoire de la particule d’énergie. Découpez l’histoire en 14 parties, chacune d’elle correspond à un dessin. Numérotez chaque partie et reportez ces numéros sur chaque dessin (dans le cadre prévu à cet effet). Vous aurez ainsi reconstitué la bande dessinée. »

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Corrigé : 1 Je suis une particule d’énergie lumineuse. Je suis née dans le soleil.

2 Pour l’instant, je traverse l’espace à une vitesse vertigineuse.

3 En arrivant tout près de la terre, beaucoup de mes amies sont arrêtées par l’atmosphère, cette couche de gaz qui entoure ta planète. Certaines rebondissent, d’autres sont absorbées ou transformées en chaleur.

4 Je passe au travers du gaz et j’arrive au sol. Accompagnée de milliards d’autres particules de lumière, j’éclaire la face de la terre tournée vers le soleil. Il fait jour ! En bas, j’aperçois un marécage.

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5 Je choisis une plante qui a les pieds dans l’eau et je me dirige droit vers une de ses feuilles vertes.

6 Je pénètre dans la feuille car je suis très petite. Je rencontre la chlorophylle qui donne cette couleur verte aux plantes.

7 La chlorophylle nous absorbe et la plante transforme et utilise notre énergie pour fabriquer les matières organiques dont elle a besoin pour vivre et croître. Me donc, transformée en énergie chimique et prisonnière à l’intérieur de la plante.

8 Cette histoire s’est passée il y a des millions d’années et je suis restée prisonnière pendant tout ce temps !

9 Je suis toujours tranquillement installée dans cette plante lorsqu’elle meurt et tombe dans la vase au fond du marécage.

10 patiemment, les microbes qui vivaient dans la vase commencent à se nourrir des déchets végétaux.

11 Au bout de longues années, la plante dans laquelle je me repose est transformée en charbon.

Aujourd’hui, le marécage a disparu et je suis coincée avec le charbon dans le sol.

12 Mais voici les mineurs qui creusent des galeries et prennent le morceau de charbon où je dors depuis si longtemps.

13 On m’emporte dans une usine, et je sens que quelque chose se prépare.

14 Voilà, le charbon commence à brûler, et pendant qu’il se consume je suis libérée. Je me transforme en chaleur et je vais chauffer de l’eau qui se transforme en vapeur. La vapeur en s’échappant fait tourner une turbine pour fabriquer de l’électricité.

Voilà, c’est la fin de mon histoire, et toi comme il commence à faire noir, tu allumes ta lampe pour relire mon histoire.

 Le soleil, source d’énergie (tiré de « l’énergie de notre planète bleue » ORCADES) Objectifs : Découvrir que la chaleur du soleil peut être captée. Comprendre le principe de l’effet de serre.

Déroulement : une expérience peut être menée pour chauffer l’eau avec la seule énergie du soleil.

Pour cela, il faut capter et emprisonner de l’énergie du soleil. Cette expérience doit être menée de préférence un jour de plein soleil !

Matériel à rassembler : - 2 bouteilles en verre - 2 boîtes en polystyrène pouvant contenir chacune une bouteille - 2 vitres pour couvrir les boîtes en polystyrène - 2 thermomètres - 2 bouchons en liège - 1 pot de peinture acrylique noire Préparation : Répartir le travail de préparation entre deux groupes d’élèves.

- Peindre en noir les deux bouteilles (on peut aussi utiliser des bouteilles d’un vert très foncé).

- Peindre en noir l’intérieur des deux boîtes en polystyrène.

- Faire des orifices dans les bouchons et y introduire les thermomètres.

- Choisir un lieu bien exposé au soleil et préparer une cale pour y poser une des boites.

Mise en place de l’expérience : - Remplir les bouteilles d’eau. Les refermer avec les bouchons dans lesquels on a introduit les thermomètres.

- Mettre les bouteilles dans les boîtes (une bouteille par boîte) et recouvrir les boites avec leur plaque de verre ; - Placer une des boîtes dans le lieu choisi. L’incliner à 45° et l’orienter vers le Sud. - Placer l’autre boîte à l’intérieur d’une pièce, à l’ombre.

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Observation : des élèves seront chargés de relever les températures et de les noter dans le tableau suivant : Temps (minutes) Température dans la Température dans la bouteille placée à bouteille placée au soleil l’intérieur à l’ombre (°C) (°C) 0 10 20 30 Exploitation : - Quelle conclusion peut-on e tirer ?

- Un élève peut-il interpréter le résultat obtenu ?

Cette expérience montre qu’une surface noire absorbe la chaleur du soleil et qu’avec certains matériaux (matériaux isolants et verre) on peut faire un « piège » pour l’énergie solaire. Il existe d’autres techniques pour capter l’énergie du soleil. Par exemple, on peut concentrer l’énergie du soleil en un point. On peut aussi la transformer en électricité grâce à des cellules photovoltaïques.

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 Centrales électriques (tiré du cahier ARIENA 1, 2, 3… énergies !) « Retrouve le nom de chaque centrale ».

Centrale thermique (à charbon, pétrole ou gaz) Centrale hydroélectrique Centrale nucléaire Centrale géothermique Eoliennes Panneaux solaires photovoltaïques

 Si ça tourne, ça brille … (tiré du cahier ARIENA 1, 2, 3… énergies !)

Objectif : Comprendre la formation de l’électricité Principe : Expérimenter la production de l’électricité à partir d’un vélo et de sa dynamo

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 Fabrique de l’électricité ! (séance CREAQ) Objectif : Comprendre la formation de l’électricité Principe : Produire de l’électricité Demander : « Connaissez-vous aujourd’hui les différentes techniques pour produire de l’électricité ? »

L’électricité existe à l’état naturel : la ……………. (foudre) Mais ce n’est qu’en 1800 que l’Italien ………………………. (Volta) découvre le moyen de produire un courant électrique : c’est la 1ère pile électrique.

Quelques années plus tard, le physicien Anglais ……………………………. (Faraday) donna le principe du moteur électrique : la génératrice.

Mais il faut attendre la fin du XIXème siècle pour que se répande, en Europe et aux Etats-Unis, cette énergie produite dans des centrales …………………………………… (thermiques) à charbon, puis à fuel (pétrole) puis utilisant la force de l’eau : les centrales …………………… ………... (hydauliques) Enfin, les centrales ………………………………. (nucléaires) ont fait leur apparition ; elles utilisent de l’uranium.

En France, …...% de l’électricité est produite dans des centrales nucléaires, 12% avec la force de ……. et ……..% avec des énergies fossiles.

Après l’énumération des sources naturelles et des différentes centrales, expliquer qu’il y a, aujourd’hui, 2 « façons » de fabriquer de l’électricité : - par le biais d’une génératrice - par le biais de cellules photovoltaïques 1 - Une génératrice c’est : - une turbine qui tourne grâce à la force de ………… (eau), de la ……………(vapeur). ou du ………. .(vent)

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-

d’un alternateur composé d’un …………….……(aimant) tournant le rotor et d’une partie fixe faite de plusieurs …………….………(bobines) de cuivre : le stator.

Turbine/alternateur/distribution Fabrication d’un alternateur : Remettre aux élèves ce mode d’emploi : Fabrique une bobine : Prends le fil de cuivre et le bouchon en liège. Laisse pendre environ 15 centimètres de fil, puis enroule le autour du bouchon en faisant bien attention de toujours l’enrouler dans le même sens. Fais environ 100 tours autour du bouchon. Puis, laisse de nouveau 15 centimètres de fil.

Gratte les 2 fils qui pendent sur 2 cm pour enlever le vernis isolant protecteur.

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Raccorde les 2 fils aux cordons munis de pinces crocodiles.

Teste avec le multimètre si tu arrives à fabriquer de l’électricité : - Place l’aimant devant la bobine. Observe le multimètre. Que se passe-t-il ?

- Déplace l’aimant de haut en bas, à environ 1 centimètre devant la bobine, sans interruption pendant quelques secondes. Observe le multimètre et note ce qui se passe.

- Fais osciller l’aimant sans interruption en dessous de la bobine. Note ce qui se passe.

Refais la même expérience : - en utilisant 2 aimants - en augmentant la vitesse du mouvement d’oscillation de l’aimant - en quadruplant la taille de la bobine (soit 400 tours) Résultats Quand l’aimant est posé devant la bobine : ……………………(rien ne se passe) Quand on oscille l’aimant devant la bobine : ………………….. (on fabrique de l’électricité) Quand on oscille l’aimant dessous la bobine : ………………… (rien ne se passe) Explications L’aimant est un champ magnétique.

La bobine, c’est du fil qui conduit (transporte) l’électricité.

Le mouvement de l’aimant, c’est la force mécanique.

Fabriquer de l’électricité revient à produire une force magnétique sur un aimant placé face à une bobine.

Si les enfants veulent en savoir plus et comprendre ce qui se passe entre l’aimant et la bobine, voir explications en images sur www.edf.fr/html/ecole_energie

(source : CREAQ)

2- Utilisation de cellules photovoltaïques : En connectant de petites cellules photovoltaïques sur un multimètre, les enfants s’apercevront vite que ce matériel produit de l’électricité.

Plusieurs protocoles pourront être testés : rapprocher le capteur de la fenêtre, le mettre dans le noir, …

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Cellule photovoltaïque = fine couche de silicium, minerai traité chimiquement et ayant la propriété de capter les cellules lumineuses du soleil (les photons) et de les transformer en énergie électrique + des fils conducteurs

 Distribution de l’électricité « Comment transporte-t-on l’énergie produite dans les centrales électriques jusqu’à ton logement ? » La distribution d’électricité se fait par des …………(câbles) suspendus à des…………(pylônes) métalliques et des …………(poteaux) en béton ou en métal munis d’isolateurs en céramique ou en verre. On peut ainsi toucher un pylône sans danger.

Certaines lignes sont …………….(enterrées) pour ne pas dénaturer le paysage.

Complément : une partie de l’énergie est perdue par les fils électriques quand on la transporte sur de longues distances.

● Fabriquer une pile www.crdpmontpellier.fr/cd66/map66/pages/activites_scientifiques/electricite_usage_montage/la_pile.htm

 La transformation des énergies primaires : (tiré de « l’énergie de notre planète bleue » ORCADES actualisé par le CREAQ) A – Définition de l’énergie primaire : énergie brute extraite nécessitant une transformation avant d’être consommée par l’utilisateur final. « Cite les énergies primaires que tu connais ».

Pétrole, gaz, charbon, uranium, bois, énergie hydraulique, énergie solaire, énergie éolienne, énergie marémotrice, biomasse, …

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B – Répartir les élèves en 5 groupes : chaque groupe complètera une chaîne horizontale de transformation (et rédigera un texte d’explication). Un élève de chaque groupe vient présenter les différentes étapes de la chaîne qu’il a étudiée et e donne une explication orale à l’ensemble de la classe. Si cette activité est trop complexe pour certains élèves, on pourra faciliter leur travail en remplissant quelques cases à l’avance. « Suis sur le schéma ci-joint les différentes étapes de la transformation du charbon. Le charbon est extrait du sous-sol. Ensuite, il est acheminé vers une centrale thermique où il est brûlé, pour fournir de la chaleur. Celle-ci actionne une turbine, qui entraîne un générateur d’électricité (il y a conversion de l’énergie thermique en électricité). L’électricité ainsi produite est transportée par un réseau de conducteurs électriques jusqu‘au consommateur. Cette énergie alimente, par exemple, un petit moteur (énergie utile) qui permet au CD d’être lu, décodé, amplifié et converti en son par les enceintes, pour que tu puisses écouter la musique.»

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Corrigé ENERGIE PRIMAIRE Charbon Pétrole brut Uranium Gaz naturel Energie éolienne Energie hydraulique

CENTRE DE PRODUCTION Centrale thermique Raffinerie

ENERGIE DELIVREE électricité

EXEMPLES

ENERGIE UTILE

SERVICE RENDU musique

Lecteur CD

essence

Automobile

Centrale nucléaire Station de traitement de gaz Aérogénérateu r (éolienne produisant de l’électricité) Centrale hydroélectrique

électricité

Réfrigérateur

Gaz liquéfié

Cuisinière

Puissance motrice Puissance motrice Production de froid chaleur

Conservation des aliments cuisson

électricité

lampe

rayonnement

éclairage

électricité

radiateur

chaleur

chauffage

déplacement

● Impacts environnementaux (Cycle 2) Entoure ce qui est mauvais pour l’environnement

(source : CIELE)

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(Cycle 3) Réécris les termes suivants dans les bonnes étiquettes : pluies acides

gaz toxiques

gaz à effet de serre

(source : ORCADES et CREAQ)

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5- COMMENT MESURE-T-ON L’ÉNERGIE ? ● Expériences à mener avec un wattmètre (à emprunter au CREAQ)

● Lire un compteur électrique (séance CREAQ) Faire mener l’enquête aux élèves à l’école et/ou chez eux (attention certains enfants n’auront pas accès à leur compteur car habitat collectif) afin de : - repérer le type de compteur

mécanique

ou

numérique

- relever la consommation

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● Fabriquer un thermomètre [Cycles 2 et 3] http://www.lamap.fr/?Page_Id=6&Element_Id=204&DomainScienceType_Id=13&ThemeType_Id= 3

6 - SOURCES ÉNERGÉTIQUES ET ÉQUIPEMENTS POUR S’ÉCLAIRER ● L’Histoire de l’éclairage De petits exposés peuvent être demandé aux enfants quant à l’Histoire de l’éclairage. (cf. partie « en savoir + » chapitre )

● Combien d'énergie consommes-tu à l'école ?

Préparation Regardez avec les élèves le chiffre inscrit sur une ampoule : exemple 60 Watt. C'est la puissance électrique nécessaire pour allumer une ampoule. Si l'ampoule est allumée pendant une heure, la consommation électrique sera : 1 heure x 60 Watt = 60 Watt-heure puis 2 heures x 60 Watt = 120 Watt-heure et ainsi de suite…

Exercices de mesure 1) Comptez l'ensemble des tubes d'éclairage de l'école 2) Regardez la puissance d'un tube en demandant au personnel d'entretien de vous en prêter un. Généralement, ils sont de 35 Watts.

3) Multipliez 35 Watt par le nombre de tubes de l'école = " Total de Watt " 4) Multipliez le nombre d'heures passées en classe dans la journée par le " total de Watt " pour connaître la consommation d'électricité de l'école par journée et seulement pour l'éclairage.

Faites la même chose pour connaître la consommation dans votre classe.

Exemple 100 tubes x 35 Watt=3 500 Watt au total

:

3 500 Watt x 60 heures de classe=21 000 Watt-heure ou 21 kiloWatt-heure

● Mesurer l’éclairement de la salle de classe (séance CREAQ) « A l’aide d’un luxmètre (à emprunter au CREAQ) et de l’échelle ci-dessous, mesure si sans éclairage artificiel, la salle de classe est suffisamment éclairée pour que chaque élève puisse travailler correctement ».

Valeurs indicatives de la densité de lumière

Escalier, caves, greniers Garages, couloirs, cellier Cuisine, salle de jeux, salon, salle à manger, local de travaux domestiques, salle de détente Manger, travaux de cuisine et de loisir, travaux de secrétariat et de laboratoire Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

30 lux 60 lux 250 lux 500 lux

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Hall d’entrée, salle d’eau, salle de bains, 720 lux chambre d’enfant, cellier Lire, écrire, travaux manuels, devoirs, 750 lux bricolage, dessins, maquillage Architecture, travaux précis, contrôle exact, 7000 lux différencier les couleurs

7- SOURCES ÉNERGÉTIQUES ET ÉQUIPEMENTS POUR CHAUFFER OU RAFRAÎCHIR NOS HABITATIONS  Enquêtes « Interroge des personnes âgées et demande leur comment leur logement était chauffé dans leur enfance et à l’époque de leurs parents et grands-parents. » « Demande à tes parents ou au gardien de ton immeuble de te montrer et de t’expliquer comment ton logement est chauffé l’hiver et rafraîchi l’été ».  Rafraîchir la classe !

Une bassine, une serviette éponge et un ventilateur cela suffit pour improviser un rafraîchissement par évaporation.

(source : « fraîcheur sans clim’ »)

Il suffit de remplir la bassine d’eau, d’y tremper la serviette, de la poser sur un séchoir d’intérieur ou sur le dossier d’une chaise et de laisser sa partie inférieure baigner dans l’eau. Le ventilateur, placé devant, provoquera une évaporation rapide de l’eau et donc un rafraîchissement. Il faudra évidemment remouiller la serviette de temps en temps.

NB : la méthode du drap mouillé étendu devant la fenêtre ouverte ou devant un ventilateur fait aussi ses preuves. Pour remouiller le drap on peut projeter de l’eau avec une bouteille ou un pulvérisateur de jardin. Le drap peut être remplacé par une couverture qui absorbera davantage l’eau ou une ou deux serviettes de bain.

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8 - SOURCES ÉNERGÉTIQUES ET ÉQUIPEMENTS POUR CHAUFFER NOTRE EAU SANITAIRE ● Le principe du cumulus électrique (séance CREAQ) 1 – Demander aux enfants d’enquêter chez eux pour savoir comment leur eau chaude sanitaire est chauffée.

Faire l’enquête à l’école aussi (au niveau de la restauration scolaire notamment) Classer les résultats en 2 colonnes : ceux qui chauffent leur eau avec du gaz et ceux qui chauffent avec de l’électricité. Cette dernière colonne est, en général, la plus importante.

2 – Mini-cumulus électrique : pour reproduire ce qui se passe à l’intérieur d’un ballon électrique, il suffit de prendre une résistance électrique domestique et réchauffer un volume d’eau,

ou d’utiliser et d’étudier le principe d’une bouilloire électrique.

Il sera nécessaire de compléter la séance avec une séance sur l’isolation (cf. ci-après) afin de faire comprendre aux enfants que les ballons sont isolés pour conserver l’eau chaude le plus longtemps possible.

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cumulus électrique

[Pour expliquer le principe des chaudières gaz (instantanées ou à accumulation), vous pouvez employer un petit réchaud à gaz pour approcher ce type de combustible.]

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9 - SOURCES ÉNERGÉTIQUES ET ÉQUIPEMENTS POUR FAIRE ASSURER L’ENTRETIEN ET LA CUISINE, POUR ÉCOUTER DE LA MUSIQUE, REGARDER LA TÉLÉVISION, SURFER SUR INTERNET, … ● L’Histoire des équipements De petits exposés peuvent être demandé aux enfants. (cf. partie « en savoir + » chapitre ) ● Combien nos appareils consomment-ils ? (wattmètre à emprunter au CREAQ)

10- PERFORMANCE ÉNERGÉTIQUE • A-t-on besoin de beaucoup d’énergie ? (séance CREAQ) Coche ce que l’on utilisait :

machine à laver

Au temps de mes arrières-grands-parents ❍

aujourd’hui ❍

lave-vaisselle

❍

❍

lampe halogène

❍

❍

voiture

❍

❍

avion

❍

❍

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usines

❍

❍

incinérateur de déchets

❍

❍

8  Les énergies fossiles en question (tiré du cahier ARIENA 1, 2, 3… énergies !)

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 Du fossile au renouvelable (tiré du cahier ARIENA 1, 2, 3… énergies !)

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 Energies à venir (tiré du cahier ARIENA 1, 2, 3… énergies !)

 Expériences des livrets «L’habitat » et « L’efficacité énergétique » du dossier « L’expérience ôte le doute » d’ENERGIES SOLAIRES DEVELOPPEMENT ● Les ampoules (matériel à emprunter au CREAQ) Une ampoule halogène, une ampoule à incandescence et une ampoule basse consommation reliées chacune à un compteur permet d’apprendre à les reconnaître et comparer leur consommation.

(source : CREAQ) Allumez les trois ampoules ensemble et laissez les fonctionner pendant 30 minutes. Ensuite relevez la consommation de chaque lampe.

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1

2

3

L’ampoule n°1 est une ampoule …………………………………………………

L’ampoule n°2 est une ampoule ………………………………………………… .

L’ampoule n°3 est une ampoule …………………………………………………………. ou …………… ………………………………………… .

Consommation de l’ampoule n°1 : ……………………..Watts Consommation de l’ampoule n°2 : …………………….Watts Consommation de l’ampoule n°2 : …………………….Watts Quelle ampoule consomme le moins ? ……………………………………. ● L’isolation (séance CREAQ) On peut isoler une maison par : - …………l’intérieur………………………………ou -……………l’extérieur……………………………………..

Expérience d’isolation par l’extérieur On entoure et on recouvre une boîte de conserve avec un isolant (laine de verre ou mieux laine de mouton par exemple) et on laisse à l’air libre la seconde. On remplie ces boites avec de l’eau de la même température et on vient relever la température dans celles-ci tous les quart d’heure durant une heure.

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Durée

Aucun isolant

Avec isolant

0 minute 15 minutes 30 minutes 45 minutes 60 minutes

NB : On peut procéder également à une expérience de ce type derrière un simple vitrage, un double-vitrage ou une vitre équipée d’un film adhésif anti-chaleur (type Climalux ®)

 Expérience effet de serre (cf. dossier ECOMOBILITE) ● Chauffe-eau solaire (séance outils solaire) Si vous exposez une bassine remplie d'eau au soleil, la température de l'eau va augmenter....un peu. Mais avec quelques astuces vous pouvez chauffer l'eau à des températures beaucoup plus élevées. Un capteur solaire pour un chauffe-eau domestique utilise les mêmes astuces.

Penser à une bassine remplie d'eau exposée au soleil : - Une grande partie du rayonnement solaire sera réfléchi par la surface de l'eau.

Néanmoins, la température de l'eau va augmenter.

- Avec l'augmentation de la température, une partie de la chaleur dans l'eau sera dissipée dans l'air et à travers les parois de la bassine.

Astuce Placer une feuille de couleur sombre sur la surface de l'eau afin d'absorber le rayonnement solaire (le noir absorbe la chaleur, le blanc la réfléchie): - La température de l'eau au contact avec la surface sombre et chaude va augmenter encore plus.

- Avec l'augmentation de la température, une partie de la chaleur dans l'eau sera dissipée dans l'air et à travers les parois de la bassine.

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1

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Astuce 2 Isoler les parois de la bassine : - L'isolation thermique va réduire les déperditions de chaleur à travers les parois de la bassine.

- La température de l'eau au contact avec la surface chaude va augmenter encore plus.

- Une partie de la chaleur dans l'eau sera dissipée dans l'air par rayonnement.

Astuce 3 Couvrir la bassine avec une matière transparente : - La couverture transparente va laisser passer le rayonnement solaire mais elle va empêcher le rayonnement thermique de l'eau chaude de sortir.

Ce phénomène s'appelle l'effet de serre.

- Les déperditions thermiques seront fortement réduites et l'eau pourrait devenir très chaude.

Expériences pratiques Cette expérience simple montre comment le soleil peut servir pour chauffer de l'eau et démontrer l'importance de l'effet de serre

1

2

1. Le matériel nécessaire pour l'expérience : - Un petit sac poubelle en plastique noir, - Un carton ordinaire (dimensions du carton utilisé : 24 x 20 x 14 cm) - Un morceau de polystyrène expansé (ou autre matière isolante) au fond du carton, - Un carreau de verre (ou de plastique) plus grand que le carton, - Un thermomètre avec possibilité de monter jusqu'à 70°C 2. La première expérience - Verser un litre d'eau dans le sac poubelle (le volume d'eau peut être plus ou moins important, mais il vaut mieux connaître la quantité utilisée pour l'expérience) - Fermer le sac autour du thermomètre et l'attacher avec du ruban adhésif en laissant très peu d'air à l'intérieur (probablement, il faudrait découper une partie du sac pour ne pas gêner la lecture du Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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thermomètre), - Placer le sac rempli d'eau sur la matière isolante à l'intérieur du carton.

- Noter les variations de température quand l'ensemble est exposé au soleil (la température de l'eau dans le verre peut être comparée avec la température de l'eau dans le sac noir).

3

4

3. L'effet de serre - Placer le carreau de verre sur le carton, - Noter les variations de température de l'eau dans le sac noir (et éventuellement dans le verre), - Établir l'importance de l'effet de serre.

4. La température de stagnation C'est la température de l'eau dans le capteur (le sac noir) quand les gains dus au rayonnement solaire sont équilibrés par les déperditions de chaleur à travers les parois. Dans cette expérience la température de stagnation était de 68°C. Cette expérience montre le principe d'un capteur utilisé pour un chauffe-eau solaire.

Le sac noir rempli d'eau est remplacé par un récipient à travers lequel l'eau chauffée par le soleil peut circuler afin de chauffer l'eau sanitaire dans un ballon de stockage.

● Fabriquer un four solaire : Matériel : - 1 caisse en polystyrène (type caisse de poissonnerie) - du papier aluminium - 1 barquette alimentaire en aluminium (plat cuisiné) Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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- 1 plaque de verre de la taille de la barquette alimentaire - 1 plaque de verre de la taille de la caisse en polystyrène - du soleil !

Préparation : 1 - Placez la feuille d'aluminium de façon à ce que la feuille recouvre entièrement la caisse de polystyrène.

2 - Placez la barquette alimentaire en aluminium au centre de la caisse et y mettre un aliment, comme un œuf frais.

3 - Repositionnez le papier d'aluminium de la caisse de façon à former une pyramide inversé.

4 - Recouvrir la barquette de la plaque de verre, ainsi que la caisse en polystyrène.

Utilisation : Placez le tout sur un terrain dégagé en plein soleil, orienté vers celui-ci et en n'oubliant pas de modifier sa position toute les dix minutes.

Surveillez la cuisson et bon appétit.

Principe : Les infrarouges des rayons du soleil sont concentrés vers l'aliment, aidés par la propriété de réflexion du papier aluminium. De cette façon, la chaleur augmente dans le "four " et chauffe l'aliment ... mais ça prend plus de temps qu'un four traditionnel.

+ Expo CUB sur ENR et chauffe-eau solaire à emprunter au CREAQ ● L’énergie éolienne (séance CREAQ) Le dieu des vents fut vénéré dans plusieurs civilisations.

Dans la mythologie grecque, son nom était ………………

L'énergie éolienne, c'est l'énergie du vent.

Mais d'où viennent les vents ? (écris ou dessine)

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Expérience dilatation de l’air

NB : pour plus de rapidité ou si eau chaude indisponible, réaliser l’expérience en chauffant directement un récipient en verre avec un petit butagaz Expérience « l’air chaud monte » Placer un serpentin en papier accroché à un fil au-dessus d’une source de chaleur (une ampoule à incandescence de 100 watts par exemple) et attendre quelques minutes.

Résultat: Le serpentin tournera sur lui-même Cause: L'ampoule réchauffe l'air. L'air chaud monte et fait tourner le serpentin.

De l'action du soleil. Il chauffe la terre et l'air qui se trouve près de la surface. L'air se dilate, devient plus léger et monte. En montant, il crée une "aspiration" au niveau du sol et de l'air froid vient le remplacer. Plus haut, l'air se refroidit puis redescend. La mongolfière en est un bel exemple. Celle-ci est une boule d'air chaud qui monte. [Les enfants se poseront alors la question suivante : Si l'air chaud monte, alors pourquoi fait-il si froid dans de hautes altitudes? La réponse est bien simple. L'air chaud, en montant, se refroidit.]

Le vent, c’est de l’air en mouvement.

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Si la Terre ne tournait pas...

Les pôles reçoivent moins d'énergie que les régions ………………………

Expérience

(source : Univ Lyon)

Aux pôles, les rayons solaires effleurent la surface, alors qu'à l'équateur les rayons frappent la surface presque perpendiculairement.

Le sol est plus chaud à l'équateur. L'air au-dessus de l'équateur est réchauffé par le sol et devient donc plus chaud que l'air qui se trouve au-dessus des ………………..

Si la Terre ne tournait pas, il y aurait donc une circulation d'air qui irait des pôles vers l'équateur près du sol et de l'équateur vers les pôles en altitude. Cette circulation aurait pour effet d'envoyer de l'air plus ……………………. vers l'équateur et de l'air plus ………………….. vers les pôles.

Mais la Terre tourne sur elle-même, ce qui complique un peu les choses ...

La force de Coriolis La rotation de la terre fait dévier le vent vers l'est dans l'hémisphère nord et vers l’ouest dans l’hémisphère sud.

Petites video sur le site http://galileo.cyberscol.qc.ca/intermet/vent/p_vent2_corio.htm pour mieux comprendre le phénomène de Coriolis. A mettre en application si vous le pouvez.

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Fortes tempêtes De violentes tempêtes accompagnées de tourbillons et de pluies peuvent prendre naissance audessus des mers équatoriales. Ces vents se produisent lorsque de grosses masses d'air chauds rencontrent de grosses masses d'air froid.

Ces tempêtes prennent des noms différents en fonction des lieux où elles se forment.

Essaie de les retrouver.

Cyclones  Ouragans  Typhons 

 au dessus de l'Atlantique  dans l'océan Indien  dans le Pacifique

Les mesures du vent On décrit un vent par sa direction et sa vitesse.  La direction du vent est la direction d'où le vent souffle. Un vent du sud signifie que l'air se déplace du sud vers le nord tandis qu'un vent du nord souffle du nord vers le sud.

L'instrument qui sert à déterminer la direction du vent est nommé :  girouette  pirouette  cacahuète  La vitesse du vent peut être exprimée par différentes unités: Mètre par seconde (m/s) Kilomètre par heure (km/h) Noeud (Kt) L'instrument qui sert à mesurer la vitesse du vent est nommé :  ventomètre

 anémomètre

 thermomètre

Si on n’a pas d’anémomètre on peut regarder l’échelle de Beaufort (cf. ci-dessous) LE SAVAIS TU?  Dans l'Antarctique la vitesse du vent peut atteindre 320 km/h.  Le record de vitesse du vent au niveau du sol est de 371 km/h.  Le premier bulletin météorologique a été diffusé en Grande-Bretagne en 1936.

L’utilisation de l’énergie éolienne L'énergie éolienne est utilisée depuis très longtemps.

Les voiliers, les moulins à vents sont utilisés depuis l'antiquité. Dans les deux cas l'énergie est directement convertie en mouvement : pour pomper de l'eau ou moudre le grain par exemple. énergie mécanique → énergie …………cinétique………

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Aujourd'hui, l'énergie éolienne est aussi convertie en électricité par un générateur. énergie mécanique → énergie ……….électrique………………

Le défaut principal de cette énergie est son intermittence.

Parfois il y a du vent, parfois pas et parfois trop !

Trouve ses qualités : - ….. Elle est inépuisable (ou renouvelable) …….

- ….. Elle est non polluante………

- ………Elle est facile à captée /utilisée…..

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L’échelle de Beaufort Effets produits Hauteur Effets sur la mer des produits par le vagues vent (m)

Vitesse (km/h)

Vitesse (noeuds)

0

Vent calme Mer calme

La mer est comme un Calme, la fumée miroir 0 s'élève verticalement.

0à1

0 à 0,54

1

Brise très légère Mer ridée

La direction du Rides comme des vent est révélée écailles de poisson par le sens de la 0,1 fumée, mais non par la girouette.

1à5

0,54 à 2,7

Brise légère Mer ridée

On sent le vent sur Vagues courtes qui ne la figure.

La déferlent pas girouette est mise 0,2 - 0,3 en mouvement.

Les feuilles bougent.

5 à 11

2,7 à 5,9

3

Petite brise Mer belle

Feuilles et petites Très petites vagues branches constamment agitées. Le vent déploie les drapeaux légers.

11 à 19

5.9 à 10,2

4

Jolie brise Mer peu agitée

Soulève la Petites vagues, les poussière et les moutons sont papiers, fait nombreux 1 – 1,5 mouvoir les petites branches.

19 à 28

10,2 à 1 5

Bonne brise Mer agitée

Les arbustes en feuilles balancent.

Des vaguelettes se forment sur les lacs ou étangs.

Vagues modérées, nombreux moutons, 2 – 2,5 petites vagues sur les eaux intérieures

28 à 38

15 à 2 0,5

6

Vent frais Mer forte

Les grandes branches bougent.

Les fils électriques bougent. L'usage des parapluies devient difficile.

Des lames commencent à se former, les crêtes d'écume blanche sont 3 - 4 plus étendues

38 à 50

20,5 à 27

7

Grand vent Mer très forte

L'écume blanche Les arbres entiers provenant des lames sont agités. Il est déferlantes commence 4 – 5,5 pénible de marcher à être soufflée en contre le vent. traînées

50 à 61

27 à 33

8

Coup de vent Mer très forte

Brise les branches arbres.

62 à 74

33 à 40

9

Fort coup de vent Mer grosse

Dommages aux constructions légères, cheminées et tuiles emportées.

75 à 88

40 à 47,5

10

Tempête Mer très grosse

Arbres déracinés. Très grosses lames, la Graves dégâts aux mer est blanche, 9 – 12,5 constructions. visibilité réduite

89 à 102

47,5 à 55

11

Violente Tempête Mer très grosse

Lames exceptionnellement 11,5 - 16 Ravages étendus. haute, visibilité très réduite

103 à 117

55 à 63

12

Ouragan Mer énorme

Destructions considérables.

+ 118

+ 64

Degré de Appellations l'échelle

2

5

0,6 -1

petites Tourbillons d'embruns des qui se détachent des 5,5 – 7,5 crêtes des lames Grosses épaisses d'écume, réduite embruns

lames, traînées visibilité 7 - 10 par les

L'air est plein d'écume et d'embruns, la visibilité est nulle + 14

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● Construire une mini-éolienne

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ASTUCE : Récupérer des générateurs de ventilateurs d’ordinateurs en fin de vie plutôt que d’en acheter

(source : CREAQ) Maquette en cours d’élaboration … manque les habitations !

 Expériences du livret «L’électricité renouvelable » du dossier « L’expérience ôte le doute » d’ENERGIES SOLAIRES DEVELOPPEMENT ● L’habitat économe (séance CREAQ) LOCALISATION Quelle est la face de la maison la plus ensoleillée en hiver ?

Le sud Que faut-il faire pour profiter au maximum de cette lumière ?

Il faut que cette face soit la plus grande possible ZONAGE THERMIQUE Replace les pièces de la maison au bon endroit Chambre 1 - Chambre 2 - Chambre 3 - Salle de bains - Véranda (Serre) - Cuisine - Garage Séjour - Entrée

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Rez de chaussée

Étage Fiche sensibilisation à l'écoconstruction : « l'énergie »

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Garage

Entrée

Ch am br

Cuisine

e

Séjour

Ch am br

e

Serre

Rez de chaussée

SDB

Ch am br

e

Serre Étage

Il faut positionner les pièces de vie diurne au SUD Il faut positionner les espaces tampons au NORD

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VEGETATION Pourquoi la végétation est importante à prendre en compte ?

La végétation à feuilles caduques située au Sud permet en été un ombrage pour éviter les surchauffes. La chute des feuilles à l’automne permet de laisser passer la lumière ISOLATION Pourquoi isole-t-on ?

En été, l’isolation fait barrière à la chaleur et au rayonnement extérieur ( limite les surchauffes ).

En hiver, elle préserve la chaleur à l’intérieur APPORT SOLAIRE Comment pouvons-nous profiter de la lumière naturelle ?

De larges baies vitrées apportent une quantité importante de lumière en hiver. Mais attention aux surchauffes l’été, prévoir des protections solaires.

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Dessine les rayons solaires en été et en hiver. Rajoute des protections solaires.

ETE HIVER

ETE HIVER

(Source : creaq)

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