Fiches ecofab by Les Petits Débrouillards (OFFICIEL)

ans le cadre du projet Interreg IV A - ECOfab 2, Les Petits Débrouillards ont développé un outil pédagogique sur l’écoconstruction : la malle ECOfab. Elle s’adresse à un public de jeunes et d’adultes en formation dans les métiers du bâtiment. Son objectif est de promouvoir l’écoconstruction tout en développant l’esprit critique des participants. A travers une quinzaine d’expériences, de manipulations, de jeux et de débats, ces derniers pourront appréhender différentes thématiques : introduction à l’écoconstruction (énergie grise, cycle de vie des matériaux…), architecture bioclimatique (inertie et isolation thermiques, apports solaires…), propriétés des matériaux (granulométrie, capillarité, retrait et fibres…) et gestion des équipements (électricité, chauffage, ventilation…).

du bioclimatisme

introduction à L’ECO-CONSTRUCTION Act.1 --> Qu’est-ce que l’éco-construction? Act.2 --> L’énergie grise d’une construction Act.3 --> Le cycle de vie d’une construction Act.4 --> Le chantier de A à Z L’ARCHITECTURE BIOCLIMATIQUE Act.5 --> Capter l’énergie Act.6 --> Bien concevoir son plan Act.7 --> L’inertie thermique des matériaux Act.8 --> L’isolation d’une construction LES MATERIAUX et leurs propriétés Act.9 --> Qu’est-ce qu’un éco-matériau ? Act.10 --> Des grains de toutes les tailles Act.11 --> Les fibres dans les mortiers Act.12 --> Le capillarité Act.13 --> La perspirance La gestion des flux au sein d’une construction Act.14 --> La gestion de l’électricité Act.15 --> La gestion du chauffage Act.16 --> La gestion de la ventilation Act.17 --> La gestion de l’eau

Act. 1 INTRODUCTION A L’éCO-CONSTRUCTION

1) Identifier les représentations des participants sur l’éco-construction. 2) Mettre en avant les préjugés et apprioris des participants afin de favoriser le débat. 3) Amener les participants à réfléchir sur le concept de l’écoconstruction 4) Trouver une définition commune sur l’éco-construction.

Qu’est-ce que l’éco-construction ? Le matériel Inclus • Cartes «Qu’est-ce qu’une éco-construction ?»

Hors malle • 1 paperboard (tableau) • Plusieurs petits papiers pour chaque participant

Act. 1

Qu’est ce Qu’une éco-construction ?

30 min ext. et int.

Conseils de mise en œuvre Cette activité est idéale pour introduire la thématique de la construction et de l’éco-construction. Elle permet au formateur d’identifier les connaissances de son public, ses préjugés, ses représentations initiales sur la thématique. Cette activité pourra aussi servir à évaluer la progression des participants au cours de la séquence pédagogique. En ce sens, il n’est pas grave que leur première définition collective, ne soit pas tout à fait exacte, cela pourra être corriger en fin de séquence. Le formateur pourra rajouter des images de son choix pour enrichir le jeu. Déroulement de l’activité Disposer les cartes « Qu’est-ce qu’une éco-construction » sur une grande table et demander aux participants d’observer toutes les cartes et de choisir la carte qui évoque le plus l’éco-construction selon lui. 2 Demander à chaque participant de» justifier son choix en énumérant certains critères et demander aux autres s’ils sont d’accord. Ecrire au tableau les différents critères « d’éco-construction » pour les uns et les autres. 1

Poser la question : « Quelle serait pour vous la définition de l’écoconstruction ? ». Puis demander à chacun d’écrire sa définition sur un petit papier avant de mettre en commun leurs différentes définitions. 4 Echanger sur ces définitions afin de trouver un consensus, puis comparer leurs définitions avec la vôtre. Sont-il d’accords ? Pourquoi ? Souhaitent-ils modifier leurs définitions ? 3

Les petits débrouillards

du bioclimatisme

INTRODUCTION A L’éCO-CONSTRUCTION

Explications Si nous menons quelques recherches sur la définition de l’éco-construction, on s’aperçoit rapidement que les définitions sont multiples en fonction des critères que l’on retient. D’ailleurs, nous en avons tous une idée. Il est donc essentiel que tous les participants qui sont dans un même groupe de travail (formation ou chantier) partagent les mêmes critères afin d’éviter les malentendus. Ainsi la liste de la définition de l’éco-construction est loin d’être exaustive et à chaque groupe, structure ou institution de trouver la sienne ! Voici quelques exemples de définitions : Bâtiment conçu de manière globale visant à minimiser ses impacts sur l’environnement à chaque étape de sa vie. Ces constructions visent également l’amélioration du confort de vie et la santé des habitants et des professionnels intervenant sur le chantier. Les critères d’analyse se font au regard des critères du Développement Durable. ARPE Basse Normandie « Eco-construire » ou « éco-rénover » équivaut aujourd’hui à atteindre une haute performance sur plusieurs cibles touchant à l’environnement, au confort et la santé des occupants d’un bâtiment, en particulier la préservation des ressources énergétiques (matières premières, eau), la lutte contre le changement climatique, la réduction des déchets et de la pollution, la qualité de l’air intérieur, le confort des occupants (acoustique, visuel), la qualité environnementale et sanitaire des produits de construction. Les acteurs de la construction disposent aujourd’hui de référentiels, normes ou certifications pour les aider dans leurs projets et garantir l’atteinte de ces performances. Ministère du développement durable

Pour aller plus loin Les mots contenant «ECO» (écologique, écocitoyen, écoresponsable...), et autres «environnement» et «durable» sont utilisés sans discernement et pas toujours à bon escient. Ainsi, le mot «éco» est couramment utilisé pour «économique» et souvent les communicants jouent là dessus comme dans la campagne publicitaire «j’écorénove, j’économise...». Par exemple le label ECO-artisans de la «CAPEB», le label Haute Qualité Environnementale (HQE) ou la QEB (QualitéQualité Environnementale du Bâtiment) n‘impliquent pas avec évidence

les mêmes notions et objectifs pour tous. Un dialogue est donc absolument primordial et nécessaire pour établir une cohérence entre les différents acteurs. Par ailleurs, en cas de malentendu, la responsabilité du professionnel sera mis en cause car sa mission est non seulement de comprendre et d’analyser le souhait du client mais il a aussi un rôle de pédagogue. Comme dans tous les projets de construction, il faut également trouver des compromis entre le désir du client et la réalité technique ainsi l’éco-construction ne déroge pas à la règle !

Sources http://www.arpe-bn.com/index.php?option=com_content&task=view&id=197&Itemid=59 http://www.reseau-ecobatir.org/ http://www.eco-artisan.net/ http://www.developpement-durable.gouv.fr/-Eco-construction-.html http://assohqe.org/hqe/ http://www.developpement-durable.gouv.fr/La-RT2012-un-saut-energetique-pour.html

Act. 2 du bioclimatisme

1) Comprendre la notion d’énergie grise. 2) Concevoir l’idée qu’une construction nécessite de l’énergie grise. 3) Comprendre la notion de stockage de carbone. 4) Appréhender la notion d’empreinte écologique d’une construction. 1 heure

INTRODUCTION A L’éCO-CONSTRUCTION

L’énergie grise d’une construction Le matériel Inclus • Cartes «Matériaux de construction», «Cahier des charges de la construction» et «Transport» • Tableau «Aide au calcul» à photocopier • Calculatrice Act. 2

Hors malle • 1 paperboard (tableau)

Act. 2

int.

TRANSPORTS

Dimension

Unité

so Mai

os cahier des charges a sa ss de la construction ture bois rempli

B ri que en ciment Énergie grise nécessaire à la fabrication : Masse volumique : 1185 kg/m3 Béton spécial fondation : 241 kWh/m3 Emissions de gaz à effet de serre : 80 kgeqCO2/m3

Débit de matériaux : Gravier concassé : 130m3 Béton : 11 m3 Brique de ciment : 6m3 Brique en terre cuite : 7m3 Enduit à la chaux : 8m3 shiste : 22m3 Bois : 26 m3 Paille : 192m3 Bardeaux en sequoia : 10m3

Mode de chauffage : Poële à bois de masse Énergie de chauffage /an : 7838 kWh Émission de gaz à effet de serre pour le chauffage : 1,87t d’équivalent CO2 Terrassement : 250m

Energie grise

Gaz à effet de serre

kWh

kgeqCO2

Terrassement

Vol.excavation

2,24

0,534

Rend.du transp.

tkm

0,18

0,0464

Train de marchandises

Rend.du transp.

tkm

0,22

0,0142

Hélicoptère

Heures de vol

400,35

97,0

Navire en haute mer

Rend.du transp.

tkm

0,05

3117,024

Rend.du transp.

tkm

0,03

85,077

Véhicule de transport, jusqu’à 3,5 t

Rend.du transp.

tkm

7,28

Camion 20-28 t

Rend.du transp.

tkm

0,91

0,195

Camion 5-28 t

Rend.du transp.

tkm

1,29

0,280 0,137

tRANSPORt Pétrolier de haute mer

matériaux de construction

pa ille

Transports de marchandises Cargo de marchandise naviguation intérieure

1,54

Camion > 28 t

Rend.du transp.

tkm

0,66

Transport aérien

Rend.du transp.

tkm

4,56

1,10

Trnasport aérien, Europe

Rend.du transp.

tkm

9,28

1,95

Transport aérien, intercontinental

Rend.du transp.

tkm

4,42

1,07

(-)

* +

L’énergie primaire et les émissions de Co2 sont données dans ce tableau pour une tonne et un kilométre de matériau transporté (ex: kWh/t.km).

Déroulement de l’activité Constituer des groupes de 3 à 5 participants. Chaque groupe choisit une carte «cahier des charges de la construction». Poser la question : « A votre avis, quelle construction génère le plus et le moins d’énergie grise ? » 2 En fonction du cahier des charges, faire la liste des matériaux utilisés pour la construction choisie, ainsi qu’insérer les données collectées dans le «tableau d’aide au calcul des impacts de la construction» 3 Remplir les colonnes «énergie grise» et émission de CO2, à l’aide des informations au dos des cartes «matériaux», calculer la quantité d’énergie grise utilisée lors de cette construction,en multipliant le volume de matériaux par l’énergie grise pour obtenir l’énergie grise in1

duite la mise en oeuvre de ce matériau pour cette construction. Idem pour les émissions de CO2. 4 Lorsque tous les groupes ont terminé, demander à chacun de présenter collectivement ses résultats au tableau. Comparez les résultats des différentes constructions : les besoins en énergie grise pour la construction et la consommation en énergie pour le chauffage. L’énergie grise induite par le trans5 port des matériaux pourra être calculer grâce au tableau d’aide au calcul de l’impact du transport ainsi qu’à la carte «Transports». Calculer par exemple la différence entre un approvisionnement local (tous les matériaux ont parcouru 50km) et si les matériaux proviennent de 1000km.

Les petits débrouillards

du bioclimatisme

INTRODUCTION A L’éCO-CONSTRUCTION

Explications On constate que selon les matériaux choisis lors de sa conception, une construction nécessite plus ou moins d’énergie grise et émet plus ou moins de gaz à effet de serre. Le transport est difficile à estimer lorsque l’on a peu de données disponibles. Cependant, on en trouve sur certaines bases de données disponibles comme Ecoinvent dont nous avons repris les sources. Grâce à la fiche «Transport», nous pouvons facilement estimer le coût environnemental d’un transport. Il suffit de multiplier la masse de produit à transporter par les kilomètres et l’énergie grise ou les émissions de gaz à effet de serre. Comme indiqué sur la carte «Transport», on constate que la consommation d’énergie grise varie ainsi que l’émission à effet de serre en fonction du moyen de transport utilisé. Il est intéressant de comprendre que l’énergie peut-être transformée en émission gaz à effet de serre par un système d’équivalence. En effet, si l’on prend l’exemple d’un camion qui transporte des matériaux, pour rouler celui-ci va dépenser du pétrole, qui lors de sa combustion va dégager des gaz à effet de serre. Rappelons que l’émission de gaz à effet de serre contribue à l’effet de serre additionnel, une des causes du changement climatique. N’oublions pas que l’utilisation de certaines énergies ne dégage pas ou peu de gaz à effet de serre : les énergies renouvelables. Pour aller plus loin Un matériau de construction nécessite de l’énergie pour l’extraction de la matière première, la transformation de celle-ci, la fabrication, la pose, la destruction, le recyclage et le transport entre toutes les étapes. Par exemple, le béton armé nécessite l’extraction du calcaire et de l’argile, sa cuisson, mais aussi l’extraction des granulats, du minerai de fer, sa transformation en fers à béton, et le transport de tous ces éléments. Quant au bois, sa coupe, son séchage et son déplacement nécessitent de l’énergie mais si le transport est faible, le bois aura un bilan très positif. La paille enfin, considérée comme un déchet de la production agricole, ne contient pratiquement que l’énergie du transport. La problématique du transport est complexe à

calculer, elle dépend en effet de l’emplacement de chaque chantier. En outre dans un marché public, il est recommandé de ne pas spécifier que l’on souhaite avoir des matériaux provenant d’une certaine distance pour éviter une discrimination géographique. Le calcul de l’énergie grise et des gaz à effet de serre émis lors de la fabrication d’un produit est un des moyens d’évaluer son impact sur l’environnement. Les résultats de ce genre d’évaluation son très dépendant des modes de calculs et des hypothèses choisies lors des calculs. Il faut donc veiller à garder un esprit critique. Aussi, il existe de nombreux autres critères que nous n’abordons pas ici, tels que la consommation d’eau, la pollution de l’air et de l’eau, etc...

Sources Sources de données sur l’énergie grise, les émissions de gaz à effet de serre et divers indicateurs environnementaux : http://www.eosphere.fr/COCON-comparaison-solutions-constructives-confort.html Base de données INIES pour trouver des analyses de cycles de vies nombreux matériaux de construction : http://www.base-inies.fr/Inies/Consultation.aspx Base de données Ecoinvent : http://www.bbl.admin.ch/kbob/00493/00495/index.html?lang=fr http://www.developpement-durable.gouv.fr/La-RT2012-un-saut-energetique-pour.html

Tableau d’aide au calcul de l’impact d’une construction Quantité

énergie grise

Calculs énergie grise

Emission Gaz à Effet de Serre

Calculs Emission GES

Kwh/m3

kWh

kgeqCO2/m3

kgeqCO2

Liste des matériaux

TOTAL Les participants devront remplir une photocopie du tableau à la main, à l’aide d’une calculatrice. Tableau d’aide au calcul de l’impact du transport TRANSPORTS Transports de marchandises

Quantité Masse volumique m3

t/ m3

Energie grise

Calculs énergie grise

Gaz à effet de serre

Calculs émissions GES

kWh/t.km

kWh

kgeqCO2/t.km

kgeqCO2

TOTAL Pour simplifier les calculs, nous imaginerons plusieurs cas de figure pour une même construction : • Tous les matériaux ont parcourus 50 km en camion >28T, tester avec 1000km pour voir ! • Tous les matériaux ont parcourus 10000 km en bateau • Tous les matériaux ont parcourus 1000 km en train

Tableau Réponse impact d’une construction Construction 1 :

« maison ossature bois » Quantité

énergie grise

Calculs énergie grise

Emission Gaz à Effet de Serre

Calculs Emission GES

Liste des matériaux

Kwh/m3

kWh

kgeqCO2/m3

kgeqCO2

Terrassement

103

2,24

230,72

0,534

55,002

Béton armé

1294

20704

404

6464

Briques en ciment

241

4579

1520

Mortier de ciment

720

2160

300

900

Bois massif

758

36384

-388

-18624

Ouate de cellulose

1215

189

Ardoises

5100

10200

1400

2800

TOTAL

75473

-6696

La formule de calcul est : Quantité (m3) x énergie grise (kWh/m3) = énergie grise consommée pour la mise en oeuvre de tel matériau. Reproduire la même formule pour les GES Cette maison aura nécessité pour sa construction 66 465 kWh d’énergie grise. Cette maison étant neuve, on peut considérer que l’on ne fera pas de travaux de rénovation avant 25 ans. On peut donc estimer sa consommation d’énergie pour les 25 prochaines années : Conso25ans = 75473 + 25 x 5670 = 217223 kWh Faisons le même calcul pour les émissions de gaz à effet de serre : GES25ans = -6696 + 25 x 1240 = 24304 kgeqCO2 En comparant ces valeurs avec celles des autres constructions nous pourrons avoir une idée des systèmes constructifs les plus écologiques du point de vue de la consommation d’énergie et des émissions de gaz à effet de serre. Tableau de réponse de l’impact du transport Moyen de transport : camion 28t Kilomètres parcourus : 1000 TRANSPORTS

Quantité Masse volumique

Energie grise

Calculs énergie grise

Gaz à effet de serre

Calculs émissions GES

Transports de marchandises

t/ m3

kWh/t.km

kWh

kgeqCO2/t.km

kgeqCO2

Terrassement

103

Non Applicable

Non Apllicable

Béton armé

2,5

0,66

26400

0,137

5480

Briques en ciment

1,185

0,66

14859,9

0,137

3084,555

Mortier de ciment

1,5

0,66

2970

0,137

616,5

Bois massif

0,474

0,66

15016,32

0,137

3117,024

Ouate de cellulose

0,023

0,66

409,86

0,137

85,077

Ardoises

2,6

0,66

3432

0,137

712,4

TOTAL

63088

13096

La formule de calcul est : Quantité (m3) x Masse volumique (t/m3) x énergie grise (kWh/t.km) x kilomètre parcourus (km) = énergie gris e consommée pour le transport de tel matériau On observe que l’impact du transport est très loin d’être négligeable, ne serait-ce que lorsque les matériaux ont fait un trajet de 1000km en camion : cela double la consommation d’énergie grise de la construction. Amusez-vous à essayer d’autres modes de transport, ou sur des distances différentes.

Act. 3 INTRODUCTION A L’éCO-CONSTRUCTION

1) Maîtriser le concept d’énergie grise 2) Comprendre le concept de cycle de vie d’un matériaux, d’un bâtiment. 3) Comprendre l’approche de coût global d’une construction

Le cycle de vie d’une construction Le matériel Inclus • 1 morceau de tube PVC diamètre 80mm hauteur 40mm qui serviront de moule, de la terre, du ciment

3 séances d’1 heure par jour sur deux journées int.

Hors malle • Truelles, seau, bacs, marteau • Des établis ou plan de travail • 1 paire de gants par personne • 1 plateau (ex : une plaque de contreplaqué) • un verre gradué • un décapeur thermique (optionnel)

Conseils de mise en œuvre Vous pouvez également vous procurer d’autres matériaux pour cette expérience (comme la chaux et le plâtre). On pourra changer la forme de la seconde pastille de manière à faire comprendre que l’on ne détruit pas pour reconstruire à l’identique. Déroulement de l’activité Répartir les participants en plusieurs groupes. Le formateur met à la disposition des groupes différents matériaux et ceux-ci doivent réaliser deux pastilles à partir d’un matériau de leur choix. Ensuite chaque groupe doit mouler au moins deux pastilles car la 2ème pastille servira de témoin. 1

Pour la terre : Mettre 3 volumes de terre dans un bac, rajouter un volume d’eau et mélanger avec la truelle. Le mélange doit être très ferme mais maléable. Poser les moules en PVC sur le plateau. A l’aide d’une truelle, remplir le moule de terre.

Démouler et laisser sécher. La pâte doit être assez consistante pour que l’on puisse démouler instantanément sans que la brique ne s’affaisse. On peut accélérer le séchage de la pastille de terre en la plaçant dans un lieu chaud et sec, ou en la passant 5 minutes sous un décappeur thermique ou un sèche cheveux. Pour le ciment : On réalise la même manipulation que pour la terre mais on met 4 volumes de ciment pour 1 volume d’eau. Laisser sécher quelques heures voire quelques jours suivant les matériaux.

Les petits débrouillards

du bioclimatisme

INTRODUCTION A L’éCO-CONSTRUCTION

Déroulement de l’activité (suite) 2 Chaque groupe observe sa pastille, la compare avec les autres réalisées dans les différentes matières. On note chaque point de comparaison afin de partager ses remarques. Ensuite, on essaie de réduire en poudre la première brique pour la recycler et en fabriquer une nouvelle pastille, si possible identique à la première. On note chaque étape du recyclage puis on échange avec les autres groupes. Il est important que les participants expérimentent seuls. Progressivement, on leur donne des indices sur les possibilités de réutiliser les différents matériaux.

Pour la terre, il suffit de la réduire en poussière et de la réhumidifier afin de réaliser une pastille de seconde génération. Quant au ciment, il est très difficile de le réduire en poussière, voire impossible de le recycler pour en faire une une nouvelle pastille. Pour conclure, on s’interroge collectivement aux cycles de vie des différents matériaux employés. Sont-ils tous réutilisables? Est-ce pour les mêmes usages? Que deviennent-ils quand la brique est désagrégée? 3

Observation des briques de deuxième génération.

Explications On remarque que l’énergie nécessaire à la destruction des différentes pastilles est plus ou moins grande selon leur dureté. Cela permet de faire prendre conscience aux participants que le recyclage et le réemploi ont souvent un coût énergétique non négligeable. Il est à noter que ce coût est un des éléments qui est intégré dans les analyses de cycles de vie des matériaux. Par ces exemples, nous voyons les différentes propriétés des matériaux testés : la terre et le ciment. La terre est réutilisable telle quelle alors qu’ il s’avère impossible de réutiliser le ciment pour en faire une nouvelle brique. Cependant, un autre usage est envisageable par exemple l’utiliser comme gravats dans le béton. Pour aller plus loin Pendant les différentes étapes du cycle de vie (c’est à dire de sa conception, à sa destruction et son éventuel recyclage), le bâtiment va consommer des ressources «énergie» mais aussi des ressources «matérielles» comme l’eau. Il va produire également des déchets, du CO² et des eaux usées. Afin que cette construction ait un impact environnemental le plus faible possible sur la durée de sa vie, il est plus pertinent d’avoir une vision globale et prendre donc le bâtiment intégré à son environnement social plutôt que de se limiter à un critère, énergie ou CO² par exemple. Ainsi, avec des bâtiments très basse consommation ou passifs, on note que l’énergie indispensable à la construction peut être équivalente à celle nécessaire pour l’utiliser pendant 50 ans. On s’aperçoit ainsi que l’énergie consacrée par les occupants pour s’y rendre en voiture peut

être plusieurs dizaines de fois supérieure à l’énergie de fonctionnement du bâtiment. De même pour les coûts des constructions, il est plus judicieux de raisonner en coût global. En effet, le coût «magasin» des matériaux ne prend pas en compte les coûts de recyclage, voire de destruction et de stockage de déchets parfois «ultimes» ( coût au final supporté par l’ensemble des citoyens). Pour répondre à la complexité de ces questions, les ACV (analyses du Cycle de Vie) sont des outils intéressants mais parfois complexes à rédiger et à comprendre. Certains matériaux comme la paille ou le bois local non-traité permettent de se passer de calculs complexes en étant local, peu transformés, générateurs d’emplois, puits de carbone, réutilisables ou compostables.

Sources Page ADEME sur l’ACV (analyse du cycle de vie) http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=13201 http://www.izuba.fr/

Voici un tableau qui permettra aux groupes de facilement se coordonner lors de l’expérimentation des différent mélanges de mortier. Pour cette activité, ne tester qu’un matériau à la fois. Dans chaque case indiquer la quantité de matière utilisée. Ex : Eau --> 10cl

Liste des matériaux

Eau

Terre

Ciment

Groupe n°1

Groupe n°2

Groupe n°3

Groupe n°4

Groupe n°5

Groupe n°6

Groupe n°7 Chaque groupe doit tester un mélange différent. Des colonnes vides sont disponibles pour tester d’autres matériaux. Attention ! La chaux est très corrosive, il faut porter des gants pour la manipuler.

Résultats

Tableau des réponses Pour obtenir un bon mélange de terre assez plastique mélanger 10cl d’eau avec 30cl de terre. Il faudra peut-être ajouter un peu d’eau ou de terre pour obtenir le bon résultat suivant les caractéristiques de votre terre.

Liste des matériaux

Eau

Terre

Groupe n°1

10cl

30cl

Groupe n°2

10cl

Groupe n°3

10cl

Groupe n°4

10cl

Ciment

Chaux

Plâtre

Résultats pour 1 semaine de séchage

Facile à broyer Intégralement réutilisable Très difficile à broyer Utilisable seulement comme gravier

40cl

Très facile à broyer Réutilisable tel quel

30cl 30cl

Difficile à broyer finement Non réutilisable

Le plâtre et la chaux sont donné s ici à titre d’exemples. Les résultats donnés ci-dessus correspondent à la résistance des matériaux après une semaine de séchage seulement. Il faudrait refaire l’expérience à 2 semaines, ou à 30 jours de séchage. En effet, sur les sacs de chaux, de ciment et de plâtre, on peut voir un nombre juste à coté de leur nom commercial : Ciment 32,5; Chaux NHL 3,5, etc... Ce nombre correspond à la résistance à la compression du mortier après 30 jours de séchage. Or ces différentes matières ont des modes de séchage différents. --> le plâtre et le ciment réagissent directement avec l’eau pour se solidifier. L’eau est leur durcisseur. --> Dans la chaux, le durcisseur, c’est l’air. Plus précisément le gaz carbonique (CO2). On dit que la chaux se carbonate. Ce processus est beaucoup plus lent car il faut attendre que l’air atteigne le coeur du mortier. En fait il faudrait attendre beaucoup plus que 30 jours pour faire le test de résistance à la compression et comparer le ciment et la chaux. Ceci explique qu’au bout d’une semaine, on puisse réduire facilement la pastille de chaux en poudre et la recycler intégralement : La chaux n’a pas eu le temps de durcir à l’air.

Act. 4 INTRODUCTION A L’éCO-CONSTRUCTION

1) Découvrir l’outil de gestion de projet «Gantt». 2) Découvrir toutes les étapes d’un chantier et ses acteurs. 3) Comprendre que l’action de tous les corps de métiers doit être coordonnée pour réaliser une éco-construction de qualité. 1 heure int.

Le chantier de A à Z Le matériel

Act. 4 L'éco-construction en pratique

INTRODUCTION A L’éCO-CONSTRUCTION

Inclus • Cahier des charges (à voir en annexe) • 1 «Diagramme de Gantt» • Jetons «Tâches à réaliser»

étape 0

étape 1

étape 2

étape 3

étape 4

étape 5

étape 6

étape 7

étape 8

étape 9

étape 10

étape 11

étape 12

étape 13

étape 14

étape 15

étape 16

étape 17

étape 18

Client

Reception du chantier

Architecte

Reception du chantier

Terrassier

Reception du chantier

Maçon

Instal° de la coupure capillaire

Charpentier

Reception du chantier

Mise en place de la couverture

Couvreur

Reception du chantier

Menuisier

Reception du chantier

Plombier

Reception du chantier

électricien

Reception du chantier

Thermicien Chauffagiste

Reception du chantier

PlAquisTe /PeinTre

Reception du chantier

isolATeur

Reception du chantier

Place s gaine e arrivé é tricit d’élec

Installation du drain

Installat° puit canadien

Pose d pla nc u RD her C

Conseils de mise en œuvre L’intérêt de cette activité réside dans la discussion et l’échange autour du rôle de chaque intervenant. Il pourra y avoir plusieurs réponses possibles, suivant que l’on décide collectivement d’appliquer telle ou telle technique qui différerait des choix que nous avons fait dans le cahier des charges. Déroulement de l’activité Jeu de rôle «Mr. Martin est architecte de la maison de Mr Dupuit. Il a rédigé un cahier des charges pour la construction de sa maison en précisant toutes les personnes impliquées par ce projet. Malheureusement, juste avant la réunion de coordination du chantier, un courant d’air a dispersé toutes ses notes... Chacun des artisans présents doit donc s’accorder avec les autres et s’accommoder des exigences du client et de l’architecte. Lors de cette réunion de chantier, chaque participant joue le rôle d’un professionnel et doit situer son action dans un tableau Gantt en coordination avec les autres professionnels.»

1 Distribuer les métiers et les jetons «tâches à réaliser» correspondants à chaque participant (le métier et les tâches correspondantes sont de la même couleur). 2 Le client n’est pas joué par une personne en particulier. Il sera important de se poser collectivement la question de la place du client sur le chantier. 3 L’architecte a pour rôle d’animer la réunion et de faciliter la discussion tout en soulevant des problèmes techniques : on peut attribuer ce rôle au formateur. 4 Les professionnels ont parmi leurs tâches à réaliser des tâches superflues selon le type de maison choisie par le client. Ils doivent choisir en fonction de la demande du client, les techniques et les matériaux les plus appropriés. 5 Collectivement les acteurs de la construction doivent hierarchiser les étapes du chantier en plaçant leur jetons «tâches à réaliser» sur le plateau.

Les petits débrouillards

du bioclimatisme

INTRODUCTION A L’éCO-CONSTRUCTION

Explications La construction d’un bâtiment nécessite la coordination de plusieurs corps de métiers. L’écoconstruction n’échappe pas à cette règle et requiert même une plus grande attention sur la coopération de ces différents corps de métiers. En effet, une éco-construction cherche à réduire au maximum les déperditions d’énergie notamment dues aux ponts thermiques et aux arrivées d’air. De plus, l’emploi de matériaux ou de techniques innovantes nécessitent que tout le monde ait les mêmes objectifs et travaille de façon cohérente afin qu’une technique employée par habitude ne vienne dégrader un matériau nouvellement intégré dans la technique de construction. Pour aller plus loin Voici quelques exemples de la nécessité d’une bonne coordination entre tous les acteurs pour qu’un chantier d’eco-construction se déroule dans de bonne condition : étanchéité à l’air : les nouvelles exigences quant à l’étanchéité à l’air (aujourd’hui obligatoires selon la RT 2012) obligent à penser différement le chantier dès la conception. On évite ainsi d’avoir à bricoler pour tenter de rattraper les erreurs par la suite. Cependant même avec une bonne conception, il y a encore un travail d’information à faire auprès de nombreuses entreprises. De prime abord, elles peuvent ne pas forcément voir l’intérêt de ces contraintes et de ce changement radical de manière de travailler. Il faut aussi un minimum de motivation et de conviction pour aboutir à un travail concluant. La gestion de l’humidité dans un chantier étanche à l’air : Imaginons que nous sommes en hiver et les artisans doivent travailler dans des conditions climatiques acceptables. Alors comment évacuer l’énorme quantité d’eau d’une chape anhydrite dans une maison étanche à l’air qui n’a pas encore de ventilation ?

La gestion des déchets de chantier est encore difficile malgré certaines obligations : si les entreprises ne sont pas sensibilisées, il est très difficile d’avoir une certaine visibilité sur la gestion des déchets. Une bonne coordination sur la continuité de l’isolation évitera bien des incidents comme par exemple qu’une tige métallique ne vienne transpercer de par en par un panneau de laine de chanvre au risque de comprommettre grandement sa durée dans le temps. Le concepteur, le charpentier et le pailleur doivent communiquer ensemble sur l’écartement des montants en fonction de la taille des bottes de paille choisies. Encore une fois, nous sommes confrontés à la réglementation des marchés publiques qui rend les bonnes pratiques plus difficiles à mettre en oeuvre qu’en marché privé. On constate qu’il est impossible de faire une conception globale impliquant dès le début l’architecte, les bureaux d’étude et les entreprises. En effet, les entreprises ne sont pas choisies au moment de la conception. On peut résumer de manière très succinte: l’architecte conçoit et l’entreprise s’adapte.

Sources Page ADEME sur l’ACV (analyse du cycle de vie) http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=13201 http://www.izuba.fr/

Cahier des charges : une maison ossature bois remplissage ouate de cellulose Analyse architecturale 1) L’implantation. La maison est implantée sur une parcelle de 3500 m² en pente du nord-ouest vers le sud-est. Le tissu urbain local du quartier est très aéré. Les constructions environnantes sont un mélange de constructions récentes et anciennes. Il s’agit d’une construction en R+1 avec combles non aménageables, d’une SHON (Surface Hors Oeuvre Nette) de 189 m². La structure est en ossature bois sur un sous-sol en maçonnerie traditionnelle de parpaings. 2) Le bâtiment tient compte des principes du bioclimatisme ; il est orienté plein sud avec de larges baies vitrées permettant un maximum d’apports solaires gratuits. Les ouvertures côté nord sont réduites : une porte d’entrée qui donne sur un sas et 5 ouvertures de taille réduite (0,45m x 0,5m). La forme compacte du bâtiment est celle qui permet d’avoir le meilleur ratio volume intérieur / surface extérieure, et donc le moins possible de déperditions pour un volume donné. 3) L’objectif des propriétaires était de démontrer la faisabilité d’une maison à très faible consommation d’énergie grâce à une isolation renforcée et des équipements techniques haut de gamme. La priorité est également donnée à l’utilisation de matériaux sains d’origine naturelle.

Descriptif technique Le sous-sol construit en bloc de parpaings repose sur une semelle filante en béton armé. Le mur est composé d’une ossature bois, elle est bardée de mélèze à l’extérieur, plaquée de fermacell à l’intérieur. L’ossature bois a été livrée en panneaux préfabriqués. Le plancher entre le sous-sol et le rez de chaussée. Des panneaux OSB sont vissés au dessus et en dessous de la membrure des poutres en I, réalisant ainsi un coffrage de 320 mm, qui sera rempli en ouate de cellulose. La charpente est réalisée en fermettes industrielles. La paroi intérieure est réalisée en Fermacelle et elle est isolée à la ouate de cellulose. La couverture est réalisée en ardoise naturelle d’Espagne. L’étanchéité à l’air est assurée sur toute la paroi de la maison par le frein vapeur. Un test d’étanchéité sera réalisé. Les gaines électriques et boîtiers sont étanches à l’air. Les besoins sont assurés uniquement par un poêle à granulés d’une puissance de 8 kW. Le poêle à granulés est équipé d’un thermostat. La ventilation est assurée par une VMC double flux couplée à un puits canadien. Un bypass permet, en fonction des besoins et des températures, de choisir l’arrivée d’air en prise directe ou en sortie de puits. Les bouches d’extraction réparties dans les pièces de vie permettent de distribuer la chaleur. L’eau chaude sanitaire est produite par 3 capteurs solaires thermiques pour une surface totale de 7 m², reliés à un ballon de stockage de 500 litres. Le système est auto-vidangeable en cas de gel. Le complément est fourni par une résistance électrique. La maison est équipée d’un système de récupération d’eau de pluie. L’eau est stockée dans 2 cuves en béton de 5 m3. Cette eau alimente les toilettes et la machine à laver.

Organise réunion de chantier

Obtention du permis de construire

Conception de la maison

Architecte

Participe

Menuisier

Participe

Isolateur

Participe

Thermicien Chauffagiste

Plaquiste /Peintre

Participe

électricien

Conception thermique

Participe

Couvreur

Participe

Charpentier

Autorisation assainissement

Participe

Maçon

Plombier

Participe

Terrassier

Mobilise des artisans

Participe

Accepte le projet

Formule un souhait

étape 3

Client

étape 2

étape 1

étape 0

INTRODUCTION A L’éCO-CONSTRUCTION

Montage de la charpente

Pose évacuation eaux pluviales

Pose la prise de terre

Préfabrication des panneaux

Installat° puit canadien (2)

Installation du film d’étanchéité à l’air

Premier test d’étanchéité à l’air

Installat° gaines dans les parois

Place gaines arrivée d’électricité

Installat° puit canadien (1)

Installat° gaines dans les parois

Mise en place de la couverture

Place gaines Aimentat° évacuat° / edp

Pose du plancher RDC

Pose des plaques fermacell

Installat° syst. récup. eau de pluie

Installation des menuiseries

Soufflge de la ouate de cellullose

Ponçage des bandes de plâtre

Installation des bouches d’aération

Installat° capteurs solaires thermique

Pose sol définitif

Suit les travaux

étape 14

Supervise les travaux

étape 15

Pose escalier

étape 16

Finitions peintures

Installat° VMC double flux

Pose chauffe-eau solaire

Pose cuisine et salle de bain

Installat° du Poêle

Installat° appareillage électrique

Installation robinetterie

Dernière vérification étanchéité à l’air

Obtention du CONSUEL

Suit les travaux

étape 17

Reception du chantier

étape 18

Reception du chantier

Pose plancher étage

étape 13

Instal° de la coupure capillaire

Supervise les travaux

étape 12

Reception du chantier

Levage panneaux préfabriqué

étape 11

Installation du drain

Monte les parpaings

étape 10

Coule la semelle de béton

Suit les travaux

étape 9

Reception du chantier

Supervise les travaux

étape 8

Creuse les tranchées

étape 7

Creuse les fondations

Suit les travaux

étape 6

Supervise les travaux

étape 5

Lance les travaux

étape 4

Voici une proposition de réponse pour le diagramme de Gantt. Certains jetons pourront être légerement décalés par rapport à cette proposition sans que cela ne soit faux. Ce qui est important, c’est l’ordre des étapes.

Act. 4

réponses du diagramme de gantt

Act. 5 L’ARCHITECTURE BIOCLIMATIQUE

Inclus • 4 boîtes en plexiglas • 4 thermomètres • Des feuilles de papier noir • Un rouleau d’aluminium • De la pâte adhésive • 1 boussole

Hors malle • Des feuilles de papier blanc •U n projecteur halogène 500W minimum • Papier et des crayons

E N

extérieur à la lumière du soleil, ou en intérieur avec un projecteur 1000W

Le matériel

1h30

Capter l’énergie

1) Comprendre les principes de construction qui permettent de capter l’énergie du soleil. 2) Appréhender le rayonnement et la lumière comme source de chaleur.

Conseils de mise en oeuvre Il faut imaginer ici que les boîtes en plexiglas représentent des maisons. Déroulement de l’activité Dans un premier temps, utiliser une seule boîte vide, fermée de son couvercle en plexiglas. Placer juste un thermomètre à l’intérieur. 2 Placer la boîte en plein soleil, ou si le temps ne le permet pas, vous pouvez le placer à 1 mètre environ d’un projecteur halogène de 500W minimum. 3 Relever et noter la température à l’intérieur du laboratoire au début de l’expérience. Il est possible de laisser le laboratoire capter le soleil pendant que le groupe et vous participiez à d’autres activités. 4 Revenir une dizaine de minutes plus tard et relever à nouveau la température à l’intérieur du laboratoire. Que constate-t-on? Variante 1 : Cependant, il n’existe pas de maison intégralement vitrée, des murs au toit. Il va donc falloir faire de nouvelles expériences en modifiant les caractéristiques des parois. Donner une boîte de plexiglas par groupe. Mettre à disposition de tous 1

les groupes les feuilles de papier blanches et noires, ainsi que le rouleau d’aluminium et le paquet de pâte adhésive. Ils doivent améliorer leur boite en essayant de relever le défi suivant : 1 «Faire monter le plus haut possible la température de la boîte en utilisant seulement les apports solaires et en ne laissant seulement qu’un côté de la boîte transparent.» 2 Chaque groupe doit réaliser une expérience différente des autres groupes. Quelques questions se posent aux groupes: Allons-nous pouvoir positionner notre laboratoire n’importe comment ? Quelle orientation par rapport au soleil nous permettra de capter un maximum d’énergie et d’emmagasiner le plus de chaleur possible dans le laboratoire ? 3 Essayer différentes orientations. Grâce à la boussole, noter pour chaque orientation la température obtenue. 4 Comparer tous les résultats et conclure sur les différents principes qui permettent de capter de la chaleur dans une écoconstruction.

Les petits débrouillards

du bioclimatisme

L’ARCHITECTURE BIOCLIMATIQUE

Explications Dans toutes les expériences, on constate que la température à l’intérieur des boîtes s’est élevée de plusieurs degrés bien que nous n’ayons pas branché de chauffage. Dans la première partie de l’expérience, la boîte posée en plein soleil avec toutes ses parois transparentes est un peu comme une serre de jardin. Les parois en plexiglas laissent rentrer les rayons du soleil à l’intérieur de la boîte et ils vont réchauffer l’air et les parois. La chaleur est alors piégée à l’intérieur de la boîte, ce phénomène s’appelle l’effet de serre. Dans la deuxième partie de l’expérience, on joue sur cette transparence en appliquant des masques (blanc, noir, ou aluminium) sur les parois. On observe dans tous les cas de figures que lorsque la surface vitrée du laboratoire est bien orientée vers la source de lumière, la température est plus élevée. Après avoir expérimenté avec la lumière du soleil, on peut utiliser la boussole pour constater que l’orientation optimale se situe autour des orientations suivantes: Sud-Est, Sud, Sud-Ouest. Cette observation est malheureusement impossible lorsqu’on utilise la lumière d’un projecteur. Si l’on insère une feuille de papier noir dans la boîte, la température augmente plus. La couleur des surfaces qui reçoit la lumière à l’intérieur de la boîte impacte en effet la quantité d’énergie que l’on capte. De ce fait, plus ces surfaces sont

sombres, plus elles absorbent la lumière au lieu de la renvoyer. On en déduit qu’en absorbant la lumière, les surfaces sombres la transforment en chaleur et font augmenter plus rapidement et de façon significative la température à l’intérieur de la boîte. C’est tout le contraire pour le papier blanc donc. Dans cette expérience, l’aluminium a plusieurs propriétés : il a tout d’abord un effet miroir. A son contact, les rayons sont réfléchis et ne le traverse pas. Il a par ailleurs une autre propriété non négligeable : il est conducteur. Ainsi, lorsqu’il accumule de la chaleur, il la retransmet par contact. été

angle de 68° Vent

Hiver

angle de 21° Masque végétale Ombre l’été

Avant toît «casquette» protection estivale

Capter l’énergie

Déperditions limitées Masque végétale persistant

Ventilation Stocker et distribuer l’énergie

Espace tampon

Captage du rayonnement solaire

Pour aller plus loin Dans une construction bioclimatique, l’objectif ne se limite pas à chauffer la maison, il faut prendre aussi en compte les interactions avec les voisins comme les vis à vis et limiter la température excessive en période estivale. En effet si un vitrage permet de voir et de capter la chaleur du soleil, son pouvoir d’isolation est plutôt inexistant même avec un triple vitrage comparé à un mur. Cependant, orienté au Sud, un vitrage reçoit plus de chaleur qu’il n’en perd. Sur les façades Est et Ouest, on remarque un certain équilibre alors qu’au Nord il y a une déperdition notable.

En été, afin de limiter les températures trop élevées d’un vitrage au Sud, plusieurs solutions existent. Par exemple, quand le soleil est haut, un débord de toit peut suffire tout en laissant passer le soleil bas d’hiver. En mi-saison, il est difficile d’anticiper concernant nos souhaits: Allons-nous préférer profiter des premiers rayons du soleil ou au contraire s’en protéger ? Dans ces conditions, l’utilisation des volets semble répondre au mieux à cette question. Pour une situation à l’Ouest, nous savons que le soleil est déjà bas en été en fin de journée, seule une occultation mobile peut le masquer.

Act. 6 L’ARCHITECTURE BIOCLIMATIQUE

1) Appréhender les principes de l’architecture bioclimatique. 2) Comprendre que l’agencement des pièces, des façades et des ouvertures a un impact sur la consommation énergétique de la future maison. 30 min. Int.

Bien concevoir son plan Le matériel Inclus • Les images «Pièces de la maison» et les images «Ouverture» • 1 plateau jeu «Plan de masse» Hors malle • 20 feuilles de papier et des crayons pour pouvoir créer de nouvelles pièces selon les besoins des participants

Act. 6

Conseils de mise en oeuvre Cette activité se compare à un puzzle. Les participants disposent de pièces en carton ou plastifiées. Ces pièces représentent les différentes parties de la maison à l’échelle : salon, cuisine, garage, etc. et les ouvertures : fenêtres, portes d’entrée, baies vitrées. Par petits groupes, les participants proposent un agencement intérieur de la maison en plaçant les pièces sur le plateau «Plan de masse». Déroulement de l’activité (Il faut 3 à 5 personnes pour ce jeu). 1 Disposer le plateau de jeu et les jetons • - 200 W pour chaque petite fenêtre sur une table. L’objectif est d’agencer ou porte placée au Nord, 0 à l’Ouest les différentes pièces et ouvertures de et à l’est, + 200 W au Sud. la maison de façon à optimiser la future • + 300 W pour chaque garage, consommation d’énergie du bâtiment. Les buanderie, débarras ou préau placé pièces peuvent se chevaucher si besoin. Si au Nord ou du côté des vents froids cela est nécessaire, les jetons «Pièces de la dominants, 0 ailleurs. maison» peuvent être agrandis par de simples • - 100W par coté de mur en contact feuilles de papier sur lesquelles on note le avec l’extérieur de chaque pièce. nom de la «pièce de la maison» concernée. • - 500 W par coin de maison. Il n’y a évidemment aucune obligation à tout utliser si cela ne s’avère pas approprié. A • - 500 W si l’on a pas positionné de savoir que toutes les solutions sont recevables 2 hall d’entrée. mais certaines sont plus pertinentes que Une fois le calcul des gains et des d’autres. Le plan de masse nous permet de déperditions réalisé, on peut déduire déduire l’orientation de la maison et de mettre une puissance de chauffage théorique afin le plan de la maison en situation. de dimensionner un poêle à bois ou une Voici un exemple de barème de point pour chaudière etc. Si vous êtes perfectionniste, évaluer les déperditions énergétique des pensez à intégrer au calcul l’apport différentes propositions (faire attention à ne énergétique des occupants (100W par pas montrer le barème aux participants) : personne environ) et des équipements • + 1000 W pour chaque baie vitrée (50W pour une petite lampe halogène, placée au Sud, 0 pts à l’Est et l’Ouest, 200W pour un four, etc...)) Après un premier essai, un bilan est fait et - 1000 W pts si placée au Nord. on demande aux participants de concevoir les plans d’une maison à énergie positive. Ils ont alors accès au barème. Au final, il se peut que l’architecture soit impossible à transposer dans la vie réelle.

du bioclimatisme

L’ARCHITECTURE BIOCLIMATIQUE

Explications Nous venons de réaliser les plans d’une maison issue de notre imagination. Après les calculs des déperditions et des gains, il apparaît que la disposition des pièces et des ouvertures par rapport au soleil a une importance non négligeable. En effet, le soleil est est une source d’énergie renouvelable et économique, il faut favoriser cet apport d’énergie gratuit dans la maison. En France métropolitaine, il brille au Sud, cette orientation est donc privilégiée pour installer les baies vitrées. N’oublions pas que le soleil peut apporter jusqu’à 500 watts de chauffage par mètre carré de surface vitrée placée au Sud, ne nous en privons pas ! A contrario, au Nord, il n’y a pas de soleil. De plus, les vents froids de l’hiver arrivent souvent de cette direction, il est donc impératif de s’en protéger : • En isolant au mieux ces parois afin de limiter au maximum les déperditions de chaleur. • En plaçant au Nord de la maison les pièces que l’on ne chauffe pas ou moins : le garage, le débarras, la buanderie, etc... C’est ce que l’on appelle des espaces tampons. • Un préau placé sous les vents dominants permet à la maison d’être plus aérodynamique, c’est à dire que le vent glisse par dessus elle et réduit ainsi le refroidissement généré par celui-ci. • Le hall d’entrée est un sas qui permet de ne pas refroidir toute la maison lorsqu’on la pénètre. • Chaque mur est une occasion pour la chaleur de s’échapper de la maison. Plus une maison offre de surfaces d’échanges avec l’extérieur, plus elle perd d’énergie. De même, bien que les coins de murs soient parfois esthétiques ou nécessaires, ils sont aussi problématiques car difficiles à isoler et entraînent des ponts thermiques qui sont alors autant d’échappatoires à l’énergie. Pour aller plus loin La mise en pratique de ces règles est encore une fois une question de compromis. Par exemple, il existe au moins un immeuble passif dont toutes les fenêtres sont au Nord. Il faut prendre en considération: • la pente du terrain et son orientation • les masques solaires environnants (montagnes, immeubles, arbres...) • le cas échéant les jolies vues (pas forcément plein Sud) • les sources de nuisances sonores

(phoniquement aussi les murs isolent mieux que les vitrages) • les usages des habitants (le matin, on peut préférer avoir le soleil dans la cuisine ou dans la chambre) La compacité des constructions va souvent de pair avec des économies (plans plus simples, moins de matériaux) et est donc souvent acceptée en maison individuelle quand la configuration du terrain le permet. Pour des plus grandes constructions, il faut trouver l’équilibre entre la compacité et l’ensoleillement de la façade Sud.

Sources Pour des raisons pédagogiques, nous avons fait le choix d’arrondir les valeurs de déperditions afin de ne pas compliquer les calculs. Le calcul des déperditions ne peut s’obtenir que par des calculs en fonction de la composition des murs et de la région où se trouve la construction. Les déperditions énergétiques proposées dans cette activité ont été approchées selon le modèle suivant : • T° intérieure de consigne : 20°C • T° extérieure : 0°C • Type de fenêtre : double vitrage 4x16x4 à lame argon • Type de parois extérieure (toit, murs, sols) : ossature bois 25cm de ouate de cellulose ou équivalent. (pour simplifier les estimations nous avons pris les mêmes valeurs pour les murs et la toiture) « La conception bioclimatique » de Jean Pierre Oliva et Samuel Courgey aux éditions Terre Vivante (2006)

Act. 7 L’ARCHITECTURE BIOCLIMATIQUE

1) Connaître le principe de l’inertie thermique. 2) Mettre en évidence l’intérêt d’utiliser des matériaux bénéficiant d’une bonne inertie thermique. 2h. Si besoin de re-fabriquer des pastilles de matériaux test > rajouter une demi-journée en amont de l’activité (compter quelques jours le temps de séchage des pastilles). Ext. et Int.

L’inertie thermique des matériaux Le matériel Inclus • 1 pastille de terre crue, de métal et de bois • 3 boîtes en plexiglas • 3 thermomètres

Hors malle • 1 four • Papiers et crayons

Conseils de mise en oeuvre Il est préférable que les différents matériaux soient de même volume afin que l’on puisse comparer leur performance respective. Différentes pastilles peuvent être réalisées dans multiples matériaux grâce au moule en PVC fourni avec la mallette. On peut par exemple faire une pastille de béton, de terre crue, de terre cuite, etc. Cela permet de tester l’inertie thermique de différents matériaux. Si besoin, se reporter à l’activité 3 (Le cycle de vie d’une construction) pour la fabrication de nouvelles pastilles. Grâce à la fabrication de plusieurs pastilles dans chaque matériau, on se constitue un petit stock pour d’éventuelles autres expériences. Avant de faire l’expérience, il faut veiller à ce que les pastilles soient relativement sèches (pour la terre, la chaux, le ciment…). Déroulement de l’activité (Répartir les participants en groupe de 2, 3 ou 4) 1 Faire préchauffer le four à température moyenne. 2 Placer les différentes pastilles dans le four pendant 20 minutes. 3 Préparer les boîtes en plexiglas ainsi qu’un espace pour les disposer. 4 Mesurer et noter la température à l’intérieur des boîtes avant le début de l’expérience.

5 Sortir les pastilles du four et placer chacune d’entre elle dans les boîtes en plexiglas. Placer les thermomètres par-dessus les pastilles (veiller à ce qu’ils soient disposés de la même manière dans chacune des boîtes). 6 Observer et noter l’évolution de la température dans chaque boite toutes les 5 minutes.

Les petits débrouillards

du bioclimatisme

L’ARCHITECTURE BIOCLIMATIQUE

Explications On observe que la boîte qui contient la pastille de terre crue obtient la température la plus élevée et pendant le plus longtemps ; la boîte avec la pastille en bois arrive en deuxième position et celle avec la pastille en métal arrive en dernière position. Ceci s’explique car la terre crue a la propriété d’accumuler de la chaleur grâce à sa densité. Elle contient plus de matière et chaque gramme de la pastille en terre crue peut stocker plus de chaleur que tous les autres matériaux. A contrario, le métal et le bois n’ont besoin que d’une petite partie de la chaleur émise par les résistances du four pour se réchauffer. Ils stockent moins de chaleur lorsqu’ils sont dans le four et de ce fait, ils en diffusent moins dans la boîte.

Pour aller plus loin Les grands abrupts rocheux, comme les falaises calcaires par exemple, accumulent la chaleur de la même façon. Les hommes préhistoriques avaient remarqué ce phénomène bien avant nous, et savaient utiliser ces abrupts rocheux comme des radiateurs géants ! En s’installant dans les abris sous roche, ils pouvaient ainsi profiter au maximum du moindre rayon de soleil, même pendant les froides périodes de la Préhistoire. Aujourd’hui, on dispose d’un plus large choix de matériaux. En règle générale, une forte inertie et une bonne isolation sont incompatibles pour un même matériau. En construction neuve, on veuille à une bonne isolation des murs et on

place l’inertie dans les cloisons et/ou les dalles. En rénovation de bâtiments, le maçon isole par l’extérieur ce qui permet de conserver l’inertie des murs. Une grande inertie permet de lisser les courbes de température pour réduire un peu le chauffage en hiver mais surtout d’augmenter le confort (été comme hiver). Il faut cependant considérer l’utilisation du bâtiment (pour une utilisation intermittente, trop d’inertie peut être négatif). Pour un bâtiment bien isolé, on n’a pas besoin de trop d’inertie (elle peut entrainer un effet d’oscillations sur la régulation de chauffage).

Tableau : L’inertie thermique des matériaux Tableau de suivi des expériences

Mesure 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Heure

T° ambiante

T° boite pastille métal

T° boite pastille terre

T° boite pastille bois

Act. 8 L’ARCHITECTURE BIOCLIMATIQUE

1) Comprendre les critères d’une isolation de qualité. 2) Stabiliser les connaissances des participants sur l’isolation. 3) Mettre en oeuvre les connaissances et compétences acquises dans le domaine de l’isolation thermique. 3 heures Int.

L’isolation d’une construction Le matériel Inclus • Des fiches «défi ingénieur» qui fixeront un coût aux matériaux mis à disposition en fonction de leur rareté, de leur utilité, de leur coût réel, etc. • 1 thermomètre sonde • 1 entonnoir Hors malle • 6 canettes en aluminium de 33cl • Des matériaux isolants : liège, chanvre, laine de roche, polystyrène, isolant mince... • 1 bouilloire •D ’autres matériaux : papier journal, carton, chiffon, coton, paille de blé, ou autres selon votre imagination... •D es matériaux divers, susceptibles de développer la créativité : des cailloux, du film plastique, des pailles, des bouchons de liège... • Des matériaux de fixation : colles diverses, pâte adhésive, pointes, agrafes, vis, scotch... • Un tableau et des crayons Conseils de mise en oeuvre Cette activité est une sorte de «défi ingénieur». Les participants doivent mobiliser de nombreuses connaissances et compétences pour le relever. Il est important que les participants bénéficient au moins de 2 essais afin qu’ils puissent corriger leur erreurs du premier essais. Un exemple de fiche «défi ingénieur» est fournie avec la mallette et propose un prix pour les différents matériaux présents dans la mallette. Cependant le formateur peut tout à fait modifier la liste des matériaux disponibles en fonction de ses besoins ainsi que leur «coût».

Les petits débrouillards

du bioclimatisme

L’ARCHITECTURE BIOCLIMATIQUE

Déroulement de l’activité (pour la préparation se référer au livret pédagogique) 1 Disposer les différents matériaux disponibles dans une zone «magasin». Former des groupes de 2 à 5 personnes. Distribuer une fiche «défi ingénieur» à chaque groupe (à photocopier). L’objectif de cette activité est d’isoler une canette de soda en aluminium de 33cl qui sera remplie d’une eau bouillante. Les participants doivent réaliser le complexe isolant autour de la canette qui permet de limiter la déperdition de chaleur dans le temps. Ils ont à leur disposition différents matériaux qui ont tous un coût, il doit être le plus bas possible. Chaque groupe doit imaginer son complexe isolant lors d’une première phase de réflexion qui dure 5 minutes. A la fin de cette phase, une fois les besoins définis, les «acheteurs» de chaque groupe se déplacent pour collecter les matériaux dont ils ont besoin. Le formateur ou l’un des participants, prend le rôle du «vendeur», distribue les matériaux et note les points dépensés par chaque groupe sur leur fiche «défi ingénieur». Les participants ont alors 10 minutes pour créer leur complexe isolant. Attention, ils doivent veiller à ce que l’ouverture de la canette soit accessible pour l’entonnoir et le thermomètre. Le formateur veille au temps écoulé et annonce régulièrement le temps restant aux participants pour finir leur complexe isolant.

Pendant que les canettes refroidissent, demander à chaque groupe de présenter sa réalisation aux autres groupes. Quels matériaux ont-ils choisis? Comment les ont-ils mis en oeuvre? Pourquoi avoir fait ces choix? Quels résultats attendent-ils? Quelles difficultés ont-ils rencontré lors de la réalisation?

A la fin des 10 minutes, on verse délicatement l’eau chaude (idéalement à 60°c) dans chaque canette isolée à l’aide de l’entonnoir. Veillez à ce que le niveau de l’eau soit être égal dans chaque canette. Attention également à ne pas faire déborder l’eau de la canette. Cela pourrait mouiller les matériaux et donc tronquer l’expérience. Mesurez la température initiale dans chacune des canettes. La pointe de la sonde doit arriver à peu près au milieu de la canette. Laissez les canettes refroidir pendant 20 minutes dans des conditions similaires : suffisamment espacées les unes des autres mais toutes à l’ombre ou au soleil et à température ambiante. Ne plus y toucher. Si vous installez un thermomètre dans chaque canette, relever régulièrement la température pendant les 20 minutes. Si vous n’avez pas assez de thermomètres, relevez la mesure au bout de 20 minutes seulement. Notez les résultats. Qu’observe-t-on?

Refaire l’expérience en essayant d’atteindre un score plus bas que la première fois.

3 Afin de déterminer le meilleur projet, on effectue le calcul suivant : (T° initiale - T° finale) + (prix des matériaux) = score Le groupe qui obtient le score le plus bas a conçu le dispositif le plus efficace. En effet, il a permis de limiter la baisse de la température tout en gardant des coûts raisonnables. Il n’y a évidemment ni gagnants ni perdants mais que «des apprenants» ! Le but est plutôt d’avoir le sentiment d’avoir plus de connaissances maintenant qu’avant. 4 Faire le bilan de l’activité : Au delà de la détermination du complexe isolant le plus efficace, il est intéressant de comparer les différents projets et leurs performances. Demander à tous les participants de faire la liste des points sur lesquels il faut être vigilant lorsque l’on isole un volume ou une maison et quels sont les points prioritaires. Le formateur peut lister ces différents points au tableau et les numéroter par ordre d’importance. Ainsi, on intègre mieux quels sont les différents facteurs à prendre en compte lors de l’isolation d’un volume et cela nous oblige à être vigilant. 5

Il peut également être intéressant de donner pour consigne d’isoler les canettes avec seulement un matériau (seulement de l’aluminium, seulement du carton, seulement du tissu...) afin de déterminer quel matériau a le plus grand pouvoir isolant. 6 Autre variante : faire la même chose en isolant directement le thermomètre avec différents matériaux (laine, aluminium, tissu, plastique) et les mettre dans réfrigérateur (3min par expérience).

Explications On remarque normalement que les canettes qui sont restées les plus chaudes sont celles qui ont été intégralement isolées (dessus et dessous). Vient ensuite le caractère isolant des matériaux employés : en général, plus ils contiennent d’air, et plus ils seront isolants. Enfin, l’épaisseur de la couche d’isolation compte aussi. On note que plus la couche isolante est épaisse, plus elle est efficace dans l’isolation. Cependant, l’intérêt décline aussi avec l’épaisseur car le rapport coût des matériaux / gains en température est de plus en plus défavorable. Il est vrai que chaque nouvelle couche d’isolation isole mieux la maison, mais en vaut-elle le coût ? Grâce à cette expérience, on observe aussi que la chaleur a la capacité de passer à travers la matière par conduction thermique. Un matériau est isolant lorsque sa conduction thermique est faible. On peut alors aussi parler de résistance thermique qui est en fait mathématiquement l’inverse de la conductivité : conductivité th = 1/R Il est important de noter que ce qui est important, c’est la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur qui déterminera l’importance des déperditions. Baisser la température de chauffage fera inévitablement baisser la facture de chauffage.

Pour aller plus loin Pour définir l’isolation d’un matériau on utilise plusieurs grandeurs : La conductivité thermique lambda (W/m.°C) caractérise la capacité d’un matériau à transmettre la chaleur par conduction. Plus lambda est petit, plus le matériau est isolant (les laines isolantes ont typiquement un lambda autour de 0,04 W/m.°C, la mousse PU allant jusqu’à 0,02) La résistance thermique R (en m².°C/W) donne la capacité d’une paroi d’une certaine épaisseur à résister au transfert de chaleur R=e/lambda. Ainsi, plus un mur est épais, plus il est isolant. Ou pour une épaisseur donnée, plus le matériau utilisé a un lambda petit, plus le mur est isolant.

Le coefficient de transmission calorifique U (en W/m².°C) est l’inverse de R et représente la capacité d’une paroi d’une épaisseur donnée à laisser passer la chaleur. Plus U est petit, plus la paroi est isolante. Par exemple un mur en ossature bois et bottes de paille peut avoir un U=0,18 W/m².°C soit un R=5,5 m².°C/W Un mur en pierre de 60cm d’épaisseur (cela dépend de la pierre) a un U=3 W/m².°C soit un R=0,45 m².°C/W Un double vitrage 4-16-4 à gaz argon a un U autour de 1,3 W/m².°C

fiche défis ingénieur : Essai n°1 : coût des différents composants :

Composants :

Coût

Aluminium (30x30cm)

Feuille de papier (A5)

4 1 1 3 5 4 3 1

Papier toilettes (10 feuilles)

Bouteille en plastique (x1)

5 2 5 5 1

Bouchon en liège (x1) Scotch (10cm) Carton (25x25cm) Coton (1 poignée) Eau (30cl) Sable (30cl)

Sac plastique (x1) Boîte de conserve (x1) Moquette (25x25cm) Ballon (x1)

Quantité

Total Heure de départ :

T° de départ :

Heure de fin :

T° de fin :

Score final :

Total Essai n°2 : coût des différents composants :

Composants :

Coût

Aluminium (30x30cm)

Feuille de papier (A5)

4 1 1 3 5 4 3 1

Papier toilettes (10 feuilles)

Bouteille en plastique (x1)

5 2 5 5 1

Bouchon en liège (x1) Scotch (10cm) Carton (25x25cm) Coton (1 poignée) Eau (30cl) Sable (30cl)

Sac plastique (x1) Boîte de conserve (x1) Moquette (25x25cm) Ballon (x1)

Quantité

Total

Heure de départ :

T° de départ :

Heure de fin :

T° de fin :

Score final :

Total

Score final = (T° initiale – T° finale) + (prix des matériaux) Plus le score est faible, mieux c’est !

Act. 9 LES MATéRIAUX ET LEURS PROPRIéTéS

1) Réfléchir aux qualités que doit avoir un matériau pour pouvoir être qualifié d’éco-matériau. 2) Trouver une définition commune d’un éco-matériau.

Qu’est ce qu’un éco-matériau ? Le matériel Inclus • Cartes «Qu’est-ce qu’un éco-matériau ?»

Hors malle •1p aperboard (tableau)

Act. 9

30 min Int.

Qu’est-ce Qu’un éco-matériau ?

Agglo

Ardoise

Déroulement de l’activité Cette activité se déroule en activité plénière. 1 Demander aux participants de répondre à la question suivante : «Qu’est-ce que, pour vous, définit un éco-matériau ?» Les participants écrivent leur définition sur un papier puis présentent chacun leur tour, leur définition aux autres. Chaque définition est écrite au tableau. On identifie les qualités que doit avoir un éco-matériau, en soulignant au tableau ceux qui apparaissent déjà dans les définitions et en créant une liste. L’objectif est d’arriver à 10 critères. On compare les critères trouvés par les participants à ceux donnés dans les explications de cette activité.

Dans une deuxième phase, on dispose les visuels de matériau sur une table. Demander aux participants de classer d’un côté les éco-matériaux, de l’autre ceux qui ne le sont pas selon eux. Ils doivent justifier leur choix. Un temps d’échange est favorable afin de connaître les éventuels points de divergence entre les participants. Ensuite, les participants notent chaque matériau en fonction des critères définis précédemment. Le système de notation est simple : 1 point si le critère est respecté et 0 point si le critère ne l’est pas. On aboutit à une note sur 10 pour chaque matériau. Il sera possible de photocopier et d’utiliser le tableau proposé dans cette activité comme support aux débats. 2

Les petits débrouillards

du bioclimatisme

LES MATéRIAUX ET LEURS PROPRIéTéS

Explications Un matériau écologique idéal : 1. Est issu de ressources renouvelables ou inépuisables. 2. Sa production et sa transformation requièrent peu d’énergie au regard de son usage et de sa durée de vie. 3. L’extraction ou la récolte des éléments nécessaires à sa fabrication ne cause pas de dommages à l’environnement. 4. Il est entièrement recyclable ou réutilisable. 5. Il ne perturbe pas l’environnement électromagnétique. 6. Il est fabriqué localement pour limiter les frais et l’impact environnemental du transport.

Pour aller plus loin Un éco-matériau est un matériau de construction qui répond aux critères techniques habituellement exigés (performances techniques et fonctionnelles, qualités architecturales, durabilité, sécurité, facilité d’entretien, résistance au feu, à la chaleur, etc) , mais aussi à des critères environnementaux ou socioenvironnementaux, tout au long de son cycle de vie. Il est important lors du choix d’un matériau de pratiquer une approche multicritère et de ne pas prendre en compte qu’un des aspects, même si celui-ci peut être sur-médiatisé. La difficulté est qu’il n’y a pas toujours de manière simple de mesurer ces critères. Une utilisation des normes doit toujours s’accompagner d’une réflexion et de l’utilisation du bon sens. Voici une liste non exhaustive d’éléments à prendre en compte: • énergie grise. • émission de CO² / puit de carbone. • utilisation ou non de re ssource s renouvelables. • recyclabilité. • possibilité d’être composté. • disponibilité locale.

7. Son innocuité pour les êtres vivants est totale et démontrée. 8. Sa mise en œuvre se fait sans risque pour l’environnement et nécessite peu d’énergie complémentaire. 9. Sa mise en oeuvre se fait sans danger pour les travailleurs. 10. Sa durée de vie est adaptée à l’usage qui en est fait et est importante pour éviter l’obligation de renouvellement. L’évaluation de ces différents critères permet de «noter» différents matériaux. On note qu’il n’existe pas d’éco-matériaux parfaits...

création d’emplois valorisés pour la fabrication et la mise en oeuvre. • impacts sur la santé lors de la fabrication, de la pose et pour les usagers du bâtiment. Un éco-matériau répondant positivement à ces critères présente de nombreux avantages (création d’emplois locaux et non-délocalisables, qualité de vie dans l’habitat et pour les ouvriers lors de la construction, faibles répercussions environnementales, moindre ponction sur les ressources naturelles, diminution de l’empreinte écologique de la construction, et réduction du bilan en termes d’émissions de gaz à effet de serre). Cependant, il peut être un peu plus coûteux à l’achat ou nécessiter un temps de mise en œuvre légèrement plus long. La différence de coût est moins gênante dans le cas d’un chantier réalisé par un professionnel, le coût des matériaux étant souvent négligeable par rapport au coût de la main d’oeuvre. Par contre en auto-construction, le coût plus élevé peut vraiment faire une différence. L’utilisation des éco-matériaux est de plus en plus fréquente, mais reste encore très minoritaire dans les pays riches notamment pour la réhabilitation.

•

Tableau : Qu’est ce qu’un éco-matériaux ?

Matériau : _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Oui : 1pt // Non:0 pt

1. Il est issu de ressources renouvelables ou inépuisables. 2. Sa production et sa transformation requièrent peu d’énergie au regard de son usage et de sa durée de vie. 3. L’extraction ou la récolte des éléments nécessaires à sa fabrication ne cause pas de dommages à l’environnement. 4. Il est entièrement recyclable ou réutilisable. 5. Il ne perturbe pas l’environnement électromagnétique. 6. Il est fabriqué localement pour limiter les frais et l’impact environnemental du transport. 7. Son innocuité pour les êtres vivants est totale et démontrée. 8. Sa mise en oeuvre se fait sans risque pour l’environnement et nécessite peu d’énergie complémentaire. 9. Sa mise en oeuvre se fait sans danger pour les travailleurs.(+) 10. Sa durée de vie est adaptée à l’usage qui en est fait et est importante pour éviter l’obligation de renouvellement. Nous avons fait le choix de ne pas fournir de réponses à cette activité car nous ne nous considérons pas comme une agence de notation des matériaux. L’important est de comprendre qu’il n’existe pas vraiment de matériaux idéal, ayant tous les avantages et aucun inconvénient. Et si par chance vous trouvez un matériaux idéal, posez vous la question : «n’a-til pas d’autres inconvénients?» En effet, les critères retenus ici sont arbitraires et d’autres auraient pu être choisi, tel que la pollution de l’eau ou de l’air, de plus pour beaucoup de critères, il sera difficile de noter en 0 ou 1, cela dépendra des circonstances de fabrication ou de mise en oeuvre de ces matériaux.

Act. 10 LES MATERIAUX et leurs propriétés

1) Comprendre l’intérêt d’avoir un mélange de grains de différentes tailles dans un mortier. 2) Maîtriser la notion de granulométrie.

Des grains de toutes les tailles Le matériel

1 Kg

paille

Inclus Hors malle 1 kilo de sable pâte adhésive sac de ciment • 4 moules en tube PVC, diamètre • 1 plateau (une plaque de 80mm et hauteur 20mm contreplaqué ou autre) • 1 verre gradué • De l’eau et 1 bouteille de verre pastille de polystyrène pastille en bois transparente • 3 tamis de différentes tailles 1 kilo de terre 1 kilo terre paire de ciseaux plaque dedecontreplaqué appareil photo minérale (<7mm, <3mm, <1mm) • Du papier et des crayons, • 1 entonnoir • 1 marteau • Du sable et de la terre minérale tube en plexiglas laine de bois

laine de chanvre pastille de terre crue

3 heures réparties en deux séances de 2 heures le premier jour et 1heure à quelques jours d’intervalle. Int.

1 Kg

couvercle en liège

4 tubes PVC

marteau Off 750V 200V 20V 200mV

entonnoir

/ 7

(-)

établi

thermomètre sonde

COM

bouteille d’eau en plastique

multimètre

entonnoir

calculatrice

lampe de chevet projecteur hallogène

verre gradué

thermomètre sonde

E N

Déroulement de l’activité

bouteilleend’eau bouteille verre N enNWplastique transparent E

1000V 200V 20V 200mV

projecteur hallogène

éponge humide contenants 4 granulométries bien sable différentes : de 0 à 1mm (0-1), 1-3, 3-7 et boussole 1 Effectuer un premier test pour révéler 7mm et plus. sable la granulométrie de la terre. Mettregravier de la tube en plexiglas L’objectif est de réaliser des pastilles terre dans la bouteille, la remplir au quart. passoire composées de différentes de terre onde Finir demicro remplir laseaubouteille avec de l’eau. granulométries. Quelle serait la sac poubelle assiette creuse Bien fermer la bouteille et la secouer granulométrie la plus appropriée pour en plastique multiprise énergiquement afin de mélanger la terretruelleobtenir la pastille la plus seau résistante creuse et l’eau. La poser debout sur un support possible? assiette en plastique immobile et observer le résultat quelques bouilloire Demander à chaque groupe de réfléchir au minutes plus tard puis au bout de quelques mélange de grains qui leur semble à priori heures (car les argiles fines peuvent mettre le meilleur pour répondre à cet objectif. paire de gants plusieurs heures à descendre). tube PVC obstrué rallonge électrique Chaque groupe écrit la composition de avec bouchon Ce test est plus intéressant si on peut son mélange idéal et argumente : Pourquoi comparer deux terres différentes. de gantsce mélange avoirpaire choisi enélectrique particulier? rallonge paperboard Demander à chaque groupe de préparer 2 La deuxième expérience permet de tester des mélanges de terre de son mélange de grains, de sable et d’eau : granulométries différentes. Tamiser la le mélange doit avoir une consistance terre avec les tamis pour séparer les très élastique , c’est à dire qu’il peut se déformer sans se fissurer (rajouter de grains de différentes tailles. Un soin particulier doit être apporté au l’eau si nécessaire). On liste les différents tamisage de la terre : trier les grains et mélanges testés par chaque groupe sur les séparer de façon à obtenir 4 seaux une feuille ou au tableau ( un tableau récapitulatif est fourni avec la mallette.) SE

S Répartir les participants par groupe de 2 à 3.

bouteil transpa

tube en plexiglas

gravier

truelle

bouilloire

paperboard

Les petits débrouillards

sac

tube PVC ob avec boucho

du bioclimatisme

LES MATERIAUX et leurs propriétés

Déroulement de l’activité (suite) Attention, chaque groupe doit respecter le mélange qu’il a choisi ou noter les modifications qu’il a apporté si besoin. A l’aide des moules en PVC, chaque groupe peut réaliser deux ou trois pastilles. Laisser sécher un à plusieurs jours. Ensuite, on démoule les pastilles sur une plaque de contreplaqué. Il est ainsi plus facile de noter sur la plaque leur numéro ou de les déplacer. Garder le plus bel exemplaire de chaque groupe. Repérer chaque pastille à l’aide d’un numéro ou d’un papier afin que l’on puisse retrouver sa composition. Si possible, observer régulièrement l’évolution des différentes pastilles au cours de leur séchage. Lorsque toutes les pastilles sont sèches, faire le bilan collectivement. Essayer de casser chaque pastille à la main. éliminer les moins résistantes au fur et à mesure en notant leur performance. Pour les plus solides, on peut utiliser un marteau.

Observer, tester et comparer la resistance mécanique de chaque mélange. N’oubliez pas de noter les résultats au fur et à mesure. Quelle granulométrie permet de réaliser le mélange le plus solide? Quel(s) ingrédient(s) sont indispensable(s) pour obtenir une pastille solide ?

Explications Lors du test de granulométrie avec la bouteille en verre, au moment où l’on arrète de secouer la bouteille, les grains les plus gros et les plus lourds vont rapidement tomber au fond de la bouteille, tandis que les autres grains vont rester en suspension dans l’eau. Ensuite, par décantation, les grains vont se déposer au fond de la bouteille des plus gros au plus petits. Au bout de quelques minutes, nous voyons apparaître les différentes strates de granulométries qui composent la terre testée. 1

On remarque que le mélange le plus solide est celui qui contient toutes les granulométries mélangées c’est à dire des grains de toutes les tailles. En effet dans un mortier de terre, c’est l’argile qui permet d’assurer le lien entre tous les grains, et donc, la solidité de l’ensemble. Il y a de l’argile contenue dans la terre. Ces particules d’argile font parties des «fines», c’est à dire dans la granulométrie de 0 à 1mm. Elles ont des formes de plaquettes et sont comparables à des plaques de verre. Quand il y a un peu d’eau entre toutes les plaquettes d’argile, la terre devient «plastique». Si il n’y a pas assez d’eau, les plaquettes ne sont pas collées les unes avec les autres. Lorsque l’on tamise la terre, l’argile se retrouve presque intégralement dans la partie la plus fine des grains et de façon seulement résiduelle autour des plus gros grains. Cependant, on observe au tamisage que la plus grande partie de la terre est composée de grain de taille supérieur à 3mm. L’argile est donc une matière plutôt rare dans la terre, comparée aux autres grains. 2

Pour aller plus loin Sur le chantier, il est compliqué d’extraire l’argile de la terre, ou même d’en analyser précisément la composition car chaque lot de terre a sa particularité. De plus, il est très rare de trouver une terre qui ne contient qu’un certain type de granulométrie. La terre est donc souvent utilisée telle quelle. Seuls les gros cailloux supérieurs à

6mm sont retirés. Enfin, on réserve la «fine», une terre très tamisée, avec des grains inférieurs à 1mm, aux finitions. Les techniques de construction se sont adaptées aux différents climats et terres que l’on peut rencontrer ce qui explique leur variété.

Pour aller plus loin (suite) Une première piste est d’observer ce qui se fait localement traditionnellement comme type de construction en terre. Des variations plus locales peuvent avoir lieu : • pisé pour des terres caillouteuses peu argileuses. • adobes ou bauge pour des terres plus argileuses et fines. •

Des tests de chantier sont faciles à réaliser pour avoir une idée de la composition des terres comme le test de la bouteille et celui du colombin. Le test du colombin consiste à faire un boudin de terre à l’état plastique et de le pousser sur le bord de sa main pour voir à partir de quelle longueur dans le vide il se casse. Dans la pratique, si l’on tombe sur une terre mal équilibrée il sera difficile de la rééquilibrer, sauf dans le cas des enduits. Il faut donc parfois s’adapter.

Tableau : Des grains de toutes les tailles Voici un tableau qui permettra aux groupes de facilement se coordonner lors de l’expérimentation des différents mélanges de mortier. Dans chaque case indiquer la quantité de matière utilisée. Exemple : Eau --> 10cl Chaque groupe doit tester un mélange différent.

Matériaux : Groupe N°1 Groupe N°2 Groupe N°3 Groupe N°4 Groupe N°5 Groupe N°6 Groupe N°7 Groupe N°8 Groupe N°9

Eau

6mm et +

3 - 6mm

1 - 3mm

0 - 1mm

Terre non tamisée 0 - 6mm

Résultats

Tableaux des Réponses : Des Grains de toutes les tailles

Matériaux :

Eau

6mm et +

Groupe N°1

10cl

20cl

Groupe N°2 Groupe N°3

Groupe N°4

Groupe N°5

10cl

3 - 6mm

1 - 3mm

0 - 1mm

Terre non tamisée 0 - 6mm

Résultats Gravier propre et eau sale Pastille composée de grains grossiers. Peu résistante.

20cl

Pastille à l’aspect un peu plus fin. Elle est aussi un peu plus résistante.

20cl

La pastille a un aspect lisse. C’est la plus résistante, a ex-equo avec la terre non tamisée 0-6mm.

20cl

Pastille aussi lisse que celle constituée uniquement de «fines» (0-1mm) avec quelques imperfections dues aux petits cailloux. Elle est aussi résistante.

On observe que les pastilles les plus résistantes sont celles qui contiennent une portion non négligeable de «fines». On appelle les fines la partie de la terre dont la granulométrie est inférieure à 1mm. Les pastilles contenant des fines sont aussi plus lisses : lorsque l’on passe la spatule sur l’enduit frais les particules fines remontent à la surface et lui donne un aspect lisse. Au sechage, une telle surface lisse devient quasiement imperméable à l’eau. L’expérience réalisée avec la granulométrie 6mm et + montre bien l’intérêt des fines dans les mortiers. Les «gros» grains gardent un aspect terreux après le tamisage car ils conservent à leur surface une fine péllicule de poussière : les fines. Malheureusement, lorsque l’on rajoute un peu d’eau pour faire le mortier, cette pellicule est litéralement lavée !

Act. 11 LES MATERIAUX et leurs propriétés

1) Comprendre pourquoi les enduits peuvent fissurer parfois. 2) Mettre en évidence l’importance de l’ajout de fibres dans un mortier. 2h de préparation, Plusieurs jours de séchage, 1h de conclusion. Activité int. ou ext. en fonction des conditions climatiques.

Les fibres dans les mortiers Le matériel Inclus • Une plaque de contreplaqué • De la terre minérale • Du sable • Du chanvre broyé • De la fibre de polyamide • 1 verre gradué

Hors malle • De l’eau • 1 décapeur thermique (facultatif) Cette expérience peut être réalisé avec d’autres liants que la terre par exemple : le plâtre, la chaux ou le ciment.

Conseils de mise en œuvre La terre minérale est fournie avec la mallette. Une fois le stock épuisé, il est toujours possible de se réapprovisionner en extrayant de la simple terre du jardin. La terre végétale est assez sombre, elle compose la couche superficielle du sol et contient beaucoup de matières organiques : racines, feuilles mortes décomposées, humus. La terre minérale se trouve en dessous de cette première couche de terre végétale, elle est généralement plus claire et composée uniquement de minéraux : cailloux, argile, sable, gipses selon la composition du sol de votre région. C’est la terre minérale qui est intéressante lors d’une construction. Il faut la tamiser en 0-6mm pour en enlever tous les gros cailloux et la faire sécher pour pouvoir l’utiliser. Déroulement de l’activité L’activité se déroule en petits groupes de 2 à 5 participants. 1 Préparer les différentes matières : extraction, séchage et tamisage de la terre. 2 Demander à chaque groupe de préparer un mélange : terre seule ou terre + fibre (tester différentes fibres). Le mélange doit être plastique, c’est-àdire qu’il peut se déformer sans fissurer. Il est intéressant de lister les différents mélanges testés par chaque groupe sur un tableau. Attention, chaque groupe respecte le mélange qu’il a choisi initialement ou note les modifications qu’il y a apporté en cours d’expérimentation.

3 Chaque groupe enduira une partie de la plaque de contreplaqué sur une épaisseur d’environ 8mm. Lisser l’enduit et délimiter les enduits de chaque groupe. Laisser sécher un à plusieurs jours. Si possible, observer régulièrement l’évolution des différents enduits au cours de leur séchage. 4 Lorsque tous les enduits sont secs, faire un bilan collectivement. Comparer les différents enduits. Lesquelles se sont le plus rétractées ? Lesquels ont le plus fissuré ? Quelle était leur composition ? Que peut-on en déduire du rôle de chaque composant ? Pour un effet immédiat et rapide, utiliser un décapeur thermique pour faire sécher les pastilles. 5 à 10 minutes suffisent pour faire apparaître les fissures. Les petits débrouillards

du bioclimatisme

LES MATERIAUX et leurs propriétés

Explications Lorsque l’eau s’évapore, le volume qu’elle occupait diminue et les grains qui composent la matière se rapprochent les uns des autres entraînant avec eux les autres grains. On dit alors que le matériau se rétracte. Au fur et à mesure que l’eau s’évapore, le matériau se durcit et perd petit à petit en élasticité. Ces deux phénomènes, évaporation de l’eau et solidification vont entrainer par endroit une séparation des grains de matière qui a tendance à s’accentuer tout au long du séchage d’où la fissure. L’incorporation de fibres dans le mélange permet de diminuer ce phénomène de retrait.

Pour aller plus loin Lorsque l’on fait un enduit en terre ou même une chape en béton, il n’est pas rare de voir apparaître au moment du séchage des fissures en surface et même en profondeur. Il est fondamental d’éviter ce genre d’événement car cela peut fragiliser l’enduit ou la chape. En effet, les fissures favorisent l’infiltration de

l’eau. De plus les clients sont assez négatifs face à celles-ci. Pour information, les enduits ou les chapes peuvent fissurer aussi à cause d’autres facteurs. Dans le cas des dalles chauffantes, le gel ou la chaleur peuvent aussi entraîner la fissuration.

Act. 12 LES MATERIAUX et leurs propriétés

1) Appréhender le phénomène de la capillarité 2) Montrer que la capillarité est différente en fonction des matériaux. 3) Mettre en évidence l’intérêt des coupures capillaires. 1 heure Int.

La Capillarité Le matériel Inclus • 3 grands tubes de plexiglas (20 cm de hauteur) • 1 petit tube en plexiglas (2 cm de hauteur) • 1 recipîent • Du sable • 1kg de terre • Un entonnoir • Un sac poubelle

Hors malle • 1kg de gravier • De l’eau

Conseils de mise en oeuvre Pour bien expliquer et démontrer le principe de capillarité, on prend une feuille de papier essuie-tout. On tient un bout et on trempe l’autre bout dans un verre d’eau par exemple. Les participants voient ainsi l’eau monter progressivement le long de la feuille de papier essuie-tout. Les matériaux employés dans cette activité devront être très secs. Si besoin, ne pas hésiter à les sécher au décapeur thermique. On peut élargir cette expérience avec d’autres matériaux pour tester leur sensibilité à la capillarité (parpaing, brique, etc...) Déroulement de l’activité 1 Poser dans l’assiette creuse le grand tube debout. Remplir le tube de gravier jusqu’à une hauteur de 10 cm à l’aide d’un entonnoir. Verser ensuite environ 1cm d’eau dans l’assiette creuse. Au bout de 15 minutes, observer jusqu’à quelle hauteur l’eau monte par capillarité. Reproduire la même expérience avec la terre et le sable (ou d’autres matériaux si vous le souhaitez) et noter les différentes observations. Poser la question aux participants : comment empêcher l’eau de monter ?

2 Réaliser une deuxième expérience : poser d’abord un petit tube plexiglas dans l’assiette creuse. Remplir le tube de terre à ras bord. Découper un carré de sac poubelle de 5 cm x 5 cm, le poser sur le dessus du petit tube. Poser ensuite le grand tube par dessus et le remplir à nouveau de sable jusqu’à 10 cm de hauteur. Verser de l’eau dans l’assiette creuse et observer.

Lancer un défi aux participants : Comment réaliser une coupure capillaire uniquement avec des matériaux «naturels» ? Pour y arriver, il faudra commencer par mettre dans le tube de plexiglas 3 à 4 cm de gravier, puis les matériaux capillaires. 3

Les petits débrouillards

du bioclimatisme

LES MATERIAUX et leurs propriétés

Explications Selon la nature des matériaux, l’eau progresse plus ou moins haut dans le tube. C’est ce qu’on appelle le phénomène de capillarité. Ce phénomène d’interaction se produit aux interfaces entre deux liquides non miscibles, un liquide et l’air ou entre un liquide et une surface. Elle est due aux forces de tension superficielle entre les différentes phases en présence. Elle est mise en œuvre lorsque les buvards aspirent l’encre, les éponges s’imbibent d’eau, ou quand on trempe une partie de son sucre dans son café, le sucre devient tout noir. Lorsque l’on place un morceau de sac poubelle entre les deux tubes, on se rend compte que l’eau ne va pas plus haut que le petit tube. En effet, le sac poubelle est une matière étanche. Il crée donc une coupure capillaire.

Extérieur

Intérieur

Evaporation

Terre Fondation

Remontées capillaires

Eau souterraine

Pour aller plus loin L’eau est présente naturellement dans le sol. Quand on projette de construire une habitation, idéalement on choisit un terrain peu humide. Dans la pratique, il faut veiller à ce que la mise en oeuvre des fondations permette bien de protéger le bâtiment contre l’humidité. Lorsque l’on réalise les fondations, on installe un drain tout autour de la construction de façon à ce que le surplus d’eau du sol soit évacué facilement. Enfin, il est important d’installer des coupures capillaires à la base des murs. Ce sont en général des produits issus de l’industrie pétrolière mais qui se révèlent très efficaces. Un autre système de fondation appelé «sur hérisson» (lit de cailloux de grosse granulométrie 3 à 5 cm de grosseur en moyenne voire plus) est envisageable. Cependant, rien n’empêche d’installer une coupure capillaire à la base des murs pour éviter que l’eau du sol ne remonte à l’intérieur de ceux-ci. Deux précautions valent mieux qu’une ! L’humidité ne vient pas que du sous-sol, il faut aussi gérer celle venant de l’écoulement des eaux de pluie : • Installer des cheneaux pour éviter les éclaboussures en bas de mur. • Bien concevoir les écoulements d’eau lors du terrassement pour éloigner les eaux de surface du bâtiment.

On rencontre la même problématique en rénovation avec une compléxité supplémentaire. On est confronté à l’impossibilité de mettre une barrière anti-capillaire dans les murs existants, ce qui engendre des remontées d’humidité dans les murs. Pour éviter au maximum ce phénomène, on va appliquer les méthodes déjà décrites ici (dalle sur hérisson ventilé pour que l’humidité de la surface de la maison puisse s’évacuer ailleurs que dans les murs, cheneaux, drains, gestion des écoulements). Toutefois, cela ne nous épargne pas de veiller à ce que l’eau qui pénètre forcément dans le mur s’évacue par évaporation : • Eviter absolument les revêtements étanches à la vapeur d’eau (enduit ciment, peinture non-perspirante) et préférer des enduits chaux ou terre, des peintures à l’argile. • Prévoir si nécessaire de pouvoir repeindre/réenduire uniquement les bas des murs grâce à une plinthe à 1m de hauteur. Même en ayant pris toutes les précautions, on ne peut pas toujours éviter la formation d’efflorescence à la surface des enduits.

Act. 13 LES MATERIAUX et leurs propriétés

1) Introduire la notion de perspirance des matériaux. 2) Comprendre l’importance de la perspirance des parois dans une construction. 1 heure Int. ou ext.

La perspirance Le matériel Inclus • Un verre • Un miroir • Un morceau de Gore-tex • Un morceau de tissu • Un morceau de K-Way • Un élastique

Hors malle • Une bouilloire

Conseils de mise en oeuvre On peut remplacer le morceau de Gore-tex par un morceau de pare-vapeur. Déroulement de l’activité 1 Verser de l’eau bouillante dans le bocal. 2 Poser le bout de tissu sur le verre et le maintenir à l’aide d’un élastique. Placer le miroir à 5 cm environ au-dessus du verre. Au bout de 30 secondes environ, retourner le miroir. De la condensation s’est-elle formée ? 3 Répéter l’opération avec le morceau de Gore-tex et de K-Way en prenant soin de refaire bouillir l’eau toutes les 5 minutes environ.

4 Vider l’eau chaude du bocal. Poser le tissu sur le verre et le maintenir avec un élastique. Verser quelques gouttes d’eau froide dessus et observer. Est-ce que l’eau perle dessus ou traverse-t-elle le tissu ? 5 Répéter l’expérience avec le morceau de Gore-tex et de K-Way. Quelles différences observe-t-on en fonction des matériaux ?

Les petits débrouillards

LES MATERIAUX et leurs propriétés

Explications Lorsque que le Gore tex et le tissu sont placés au-dessus de l’eau bouillante, on remarque que de la condensation se créee sur le miroir. Généralement, la condensation se forme lorsque de la vapeur d’eau rentre en contact avec une paroi froide. On comprend donc ici que la vapeur contenue dans le bocal est passée à travers le Gore tex et le tissu. Ensuite, elle est venue se poser sur le miroir contrairement à l’expérience avec le morceau de K-Way. Quand on verse l’eau sur le Gore-tex et le K-Way, elle perle. En revanche, elle est absorbée par le tissu et goutte dans le verre. Le Gore tex cumule ici deux propriétés importantes : l’imperméabilité face à l’eau liquide et la perspirance c’est à dire la perméabilité à la vapeur d’eau.

Pour aller plus loin Le Gore tex simule ici une paroi perspirante (idéal pour une construction). Afin de gérer la vapeur d’eau produite dans le bâtiment il y a deux stratégies possibles à adopter : Solution 1 : on fait en sorte de bloquer complètement le flux de vapeur en utilisant pour cela un pare-vapeur. Ensuite on extrait la vapeur d’eau via la ventilation, c’est la méthode la plus couramment employée mais on peut être confronté à un problème d’étanchéité et favoriser une concentration des flux de vapeur sur les points sensibles bâti. Voir sur internet le schéma 1 du lien http://www.acqualys.fr/page/ murs-parois-perspirants.

Sources L’isolation écologique, Jean-Pierre Oliva, terre vivante

Solution 2 : on autorise un flux de vapeur maîtrisé mais il faut que la succession de parois soit de plus en plus ouverte à la diffusion de vapeur d’eau. Pour cela, on utilise un frein vapeur côté intérieur. Cependant, cette solution ne permet pas de s’affranchir d’une ventilation, cette solution est particulièrement adaptée aux bâtis anciens et aux maisons ossature bois. Voir schéma 2 du lien http://www.acqualys.fr/ page/murs-parois-perspirants. Attention, paroi perspirante ne veut pas dire paroi respirante ! Les matériaux perspirants ne laissent en effet passer que la vapeur d’eau, et ils sont étanches à l’air et à l’eau liquide. On ne peut donc pas dire qu’ils sont respirants.

Act. 14 La gestion des flux au sein d’une construction

1) Comprendre la différence entre puissance absorbée et énergie consommée et maîtriser le passage de l’une à l’autre. 2) Comprendre la spécificité de l’énergie électrique par rapport aux autres. 3) Identifier les domaines d’utilisation optimale de l’électricité. 4) Savoir que dans une éco-construction les pertes calorifiques des différents équipements électriques ne sont pas négligeables. 1 heure Int.

La Gestion de l’électricité Le matériel Inclus • 1 wattmètre • 1 multiprise

Hors malle • Divers appareils électriques (Bouilloire, micro-onde, lampe de chevet, lecteur dvd, chargeur de téléphone portable, etc...) • Un accès à l’électricité • 1 rallonge électrique • Papiers et crayons

Down

Price

Set

Conseils de mise en oeuvre Ce jeu individuel ou collectif est essentiel dans le parcours pédagogique mis en oeuvre. Il permet d’estimer la puissance des appareils avant de la mesurer. Les participants confrontent ainsi leurs préjugés à la réalité et appréhendent mieux les résultats de chaque expérience. Déroulement de l’activité Demander aux participants (seul ou en équipe) d’évaluer la puissance de chaque appareil. Il s’agit de trouver «la juste puissance» pour faire référence au jeu «Le juste prix». Brancher le wattmètre à la rallonge puis installer la multiprise sur le wattmètre. Cette manipulation expose facilement les résultats des mesures au groupe en mettant le wattmètre à proximité. Le wattmètre mesure ainsi la consommation de tous les appareils branchés sur la multiprise. Se référer au manuel d’utilisation du wattmètre pour apprendre à utiliser ses différentes fonctions : remise à zéro, mesure de puissance, de consommation, etc... Brancher puis mesurer à tour de rôle et dans différentes conditions (marche, 1

veille, arrêt) des appareils électriques dissemblables. Noter pour chaque appareil, les puissances absorbées en mode de fonctionnement. Si la valeur à mesurer est trop faible, le wattmètre peut ne rien afficher ou indiquer un message d’erreur. Ce fait peut arriver pour un chargeur de téléphone portable par exemple et signifie que la mesure est en dehors de la plage de mesure du wattmètre. Pour y remédier, on branche une ampoule et on note sa consommation. Puis simultanément, on branche aussi le chargeur et l’ampoule sur le wattmètre (grâce à la multiprise). La consommation du chargeur est égale à la consommation mesurée moins la consommation de l’ampoule.

Les petits débrouillards

du bioclimatisme

La gestion des flux au sein d’une construction

Déroulement de l’activité (suite) Réaliser le bilan de ces expériences collectivement. Observe-t-on des résultats incongrus ? En général, quels sont les appareils qui consomment le plus d’énergie ? Quels sont leur usage ? Peut-on les substituer par d’autres appareils qui utilisent une source d’énergie différente ? Si oui, quel appareil est le plus écologique (pertinent) du point de vue énergétique ? A quels appareils ou utilisations doit on restreindre l’usage de l’électricité ?

2 Un appareil peut-il consommer plus en veille que lorsqu’il fonctionne ? Un lecteur DVD lorsqu’il est utilisé consomme 80 Watt et 1 Watt lorsqu’il est en veille. Ce lecteur est utilisé 2 heures par semaine, soit 8h par mois. Le reste du temps, 722h environ, il est laissé en veille. Calculez sa consommation en fonctionnement pendant un mois : 80 × 8 = ? Puis sa consommation en veille pendant un mois : 722 × 1 = ?

Explications 1 On remarque que chaque appareil a une consommation propre. Elle varie plus ou moins en fonction de son mode, c’est à dire : est-il en veille ? marche ? ou arrêt ? En général, les appareils qui consomment le plus d’énergie sont les appareils qui produisent de la chaleur. A partir de ce constat, on peut alors remplacer un four électrique par un four à gaz, un radiateur électrique par une chaudière gaz ou un poêle à bois. Pour connaître l’efficacité d’un appareil par rapport à un autre, on se pose la question suivante : «D’où vient l’énergie utilisée par cet appareil ?». Dans le cas d’un radiateur électrique, elle vient principalement des centrales nucléaires ou de centrales à gaz. Or, que ce soit avec le nucléaire ou le gaz, pour créer de l’électricité, le schéma est le suivant : a) produire d’abord de la chaleur. b) p roduire ensuite de la vapeur qui sert à faire tourner une turbine. c) transporter enfin l’électricité à travers des cables électriques de la centrale jusqu’à l’habitation. Pour chaque étape, il faut prendre en considération le rendement de chaque transformation d’une énergie à une autre. Définir le rendement d’une machine, c’est comparer l’énergie utilisée par rapport à celle récupérée. 2 La consommation du lecteur DVD en fonctionnement 8h par mois est de 640Wh. La consommation de ce même lecteur DVD en veille sur le même mois sera de 722Wh. Lorsqu’un appareil électrique est en veille, il consomme de l’électricité. Un appareil électrique en veille peut consommer de l’énergie à cause des voyants allumés, des composants internes sous tension (mémoire), par les horloges… Cette consommation semble faible mais en additionnant tous les appareils électriques en veille dans une habitation et le nombre d’heures, cette consommation est loin d’être négligeable. Il est bien d’être vigilant car certains appareils consomment parfois plus en veille qu’en fonctionnement. Ce phénomène est notoire avec des appareils qui fonctionnent peu comme un lecteur DVD ou une imprimante. Branchés toute l’année, ils peuvent utiliser plus de 80% de leur consommation électrique annuelle en veille.

Pour aller plus loin En éco-construction, on considère généralement que l’électricité doit être réservée à des usages bien spécifiques, telle que l’éclairage, l’informatique ou la machine à laver. En effet, il est plus efficace et écologique de chauffer la maison avec un poêle à bois ou des panneaux solaires thermiques, car ces énergies sont renouvelables et disponibles localement.

En maison passive, les consommations électriques des appareils sont comptabilisées dans les apports thermiques, et peuvent entraîner des surchauffes. Dans les bureaux très performants, la consommation des postes informatiques dépasse très facilement la consommation de chauffage.

Tableau : Gestion de l’électricité Voici un tableau pour vous aider à noter les résultats des expériences avec le wattmètre. Vous pouvez tester et comparer les puissances absorbées par de nombreux appareils ou groupes d’appareils Appareil(s) mesuré(s)

Mode d’utilisation : Marche, Arrêt, Veille

Puissance absorbée (W)

Schéma : Pertes d’énergie

Transport

Pertes rendement chaleur

Energie primaire Pertes en lignes

Transformation

Energie primaire

Transport

Energie utile pour chauffage

Pertes rendement chaudière

Energie utile pour chauffage

Pour connaître l’efficacité d’un appareil par rapport à un autre, on se pose la question suivante : «D’où vient l’énergie utilisée par cet appareil ?». Dans le cas d’un radiateur électrique, elle vient principalement des centrales nucléaires ou de centrales à gaz. Or, que ce soit avec le nucléaire ou le gaz, pour créer de l’électricité, le schéma est le suivant : a) produire d’abord de la chaleur. b) produire ensuite de la vapeur qui sert à faire tourner une turbine. c) transporter enfin l’électricité à travers des cables électriques de la centrale jusqu’à l’habitation. Pour chaque étape, il faut prendre en considération le rendement de chaque transformation d’une énergie à une autre. Définir le rendement d’une machine, c’est comparer l’énergie utilisée par rapport à celle récupérée. Sur le shéma ci-dessus, on comprend qu’il vaut mieux faire venir le gaz directement à la maison, car il subira moins de transformation et on pourra donc en retirer plus d’énergie finale.

Act. 15 La gestion des flux au sein d’une construction

1) Comprendre que la puissance de chauffage doit être adaptée à la conception de la maison pour être efficace. 2) Maîtriser quelques principes de régulation. 3) Appréhender les principes d’inertie thermique et d’isolation thermique. Une demi-journée Int.

La Gestion du chauffage Le matériel Inclus • 1 wattmètre • Le laboratoire de poche • 1 multiprise

Hors malle •1p aperboard (tableau) • Un accès à l’électricité • Papiers et crayons • 1 rallonge électrique

Down

Price

Set

Conseils de mise en oeuvre Imaginer que le laboratoire de poche représente une maison équipée de système de chauffage et d’éclairage. Il est important d’attendre que le laboratoire de poche redescende à la température ambiante entre chaque expérience sur le chauffage. Déroulement de l’activité Se référer au livret pédagogique pour l’utilisation du laboratoire de poche et du wattmètre. Photocopier pour chaque groupe un exemplaire du tableau «Gestion du chauffage» et un du graphique en annexe. Au début de l’expérience, relever l’heure, la température initiale à l’intérieur et à l’extérieur du laboratoire, noter ces informations dans le tableau. Première phase : l a m o n t é e e n température : fermer le laboratoire, allumer l’élément de chauffage ainsi que les lampes. Noter toutes les minutes, l’heure, la T°int, la T°ext et la puissance absorbée mesurée par le wattmètre, jusqu’à ce que la température atteigne les 28°C. Seconde phase : Le but du jeu sera de maintenir la température à l’intérieur du laboratoire le plus proche possible de 28°C. 1

Attention : si la température dépasse 29°c, c’est du gaspillage, et si elle descent en dessous de 27°c, c’est de l’inconfort. Pour y arriver, les participants pourront allumer ou éteindre les différents dispositifs dont le laboratoire est équipé. Remplir une ligne du tableau : • à chaque fois que l’on éteint ou allume un dispositif. • à chaque fois que la température du laboratoire atteint un maximum ou un minimum (quand elle change de sens) Au bout de 15 minutes de régulation de la température, on arrête l’expérience. Toutes les sources de chaleur sont éteintes, on ouvre alors le laboratoire et on enclenche le ventilateur pour le refroidir plus vite. A partir des données du tableau, réaliser un graphique montrant l’évolution des différents paramètres. Analyser collectivement les résultats. Que constate-t-on ? 2 Recommencer cette expérience en n’utilisant que les ampoules comme moyen de chauffage. Les petits débrouillards

du bioclimatisme

La gestion des flux au sein d’une construction

Explications L’analyse du graphique permet de comprendre plusieurs choses. Premièrement, la montée en température n’est pas instantanée, il faut du temps pour passer de la température ambiante à la température consigne de 28°C, c’est ce que l’on appelle l’inertie thermique. Nous observons une autre manifestation de l’inertie thermique lorsque nous coupons le chauffage : la température continue de monter car l’élément de chauffage est encore chaude, même s’il ne consomme plus de courant. Deuxièmement, lorsque l’on trace la courbe de la puissance électrique (W) mesurée par le wattmètre, on obtient une courbe carré. En calculant l’aire des rectangles situés sous la courbe, on obtient la consomation d’électricité nécessaire au chauffage du laboratoire pendant l’expérience. Si vous avez gradué votre axe du temps en minutes, cette consommation sera exprimée en Watt.minute (W.min). Troisièmement, on constatera que lorsque l’on active moins de puissance de chauffage, la température monte moins vite. Si l’on faisait l’expérience de laisser longtemps (pendant 1 heure ou 2) le chauffage actif dans le laboratoire, on observerait la température atteindre un plateau. Ce plateau signifie que l’intégralité de l’énergie apportée par le chauffage traverse les parois pour s’échapper. La puissance aborbée par l’élément de chauffage sera égale aux pertes du laboratoire pour ces valeurs de t° intérieure et t°extérieure. En hiver, lorsque la température à l’extérieur de la maison est plus froide qu’à l’intérieur, la chaleur traverse les parois et se disperse à l’extérieur. La vitesse à laquelle la chaleur traverse la paroi dépend de la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur, de la qualité des isolants et de l’inertie du bâtiment. Il s’avère que plus la différence de température est importante entre l’intérieur et l’extérieur, plus la déperdition est grande. Ainsi, lorsqu’un appareil chauffe une pièce, la température de la pièce atteind un équilibre lorsque la puissance de chauffage est égale aux pertes de chaleur à travers les parois. Lors de cette expérience, nous essayons de moduler manuellement la puissance de chauffage à l’intérieur du laboratoire de poche augmente afin de garder la température de consigne. L’intégration d’un variateur / potentiomètre (hors malle) dans le laboratoire peut démontrer comment il est possible de réguler facilement la température d’un système de chauffage électrique. Cependant, ce système de variateur ne peut pas être utilisé pour réguler des systèmes de chauffage au bois, pourtant plus écologiques... 1

On remarque qu’avec la seule utilisation des ampoules, la température dans le laboratoire de poche augmente. Cette démonstration prouve que les appareils électriques ne produisent pas que ce qu’ils sont censés produire, comme de la lumière dans le cas des ampoules. Cette chaleur consomme néanmoins de l’électricité et fait partie des pertes qui influent sur le rendement de l’ampoule. On remarque aussi que les ampoules basse consommation sont celles qui dégagent le moins de chaleur tout en produisant autant de lumière. C’est pourquoi elles économisent plus d’énergie que les autres. 2

Pour aller plus loin (suite) On constate la complexité de réguler une température à l’intérieur d’une maison. Si la puissance de chauffage installée est trop faible, on atteint pas la valeur consigne, ou trop lentement pour satisfaire le besoin de confort des habitants. Si au contraire la puissance installée est trop élevée, la température intérieure de la maison n’est pas constante ce qui est inconfortable pour les habitants. Ainsi, la puissance installée doit être au préalable conçue et calculée en fonction :

a) Du type d’isolation prévu pour l’habitation. b) Du climat hivernal de la zone où l’habitation est construite. c) De la température à laquelle les habitants souhaitent chauffer. Dans le cas des maisons passives bien isolées, on peut se passer de chauffage. On doit alors être attentif aux appareils électriques.

Tableau : Gestion du chauffage Voici un tableau pour vous aider à noter les résultats des expériences de régulation du chauffage

Mesure

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Heure

T°ambiante

T° labo

Puissance absorbée (W)

T°(C)

Puissance absorbée (W)

Temps

GRAPHIQUE : Gestion du chauffage Intégrer dans ce graphique les données récoltées lors des expérimentations pour mieux les visualiser. À vous de graduer les axes selon vos besoins.

Act. 16 La gestion des flux au sein d’une construction

1) Comprendre les principes qui régissent l’évolution de l’humidité dans l’air. 2) Comprendre que la ventilation et le renouvellement de l’air consomment de l’énergie de chauffage. 3) Réfléchir à comment résoudre la problématique de renouvellement d’air, d’évacuation des polluants, de l’humidité tout en préservant le maximum de chaleur. 1/2 journée Int.

La Gestion de la ventilation Le matériel Inclus • Le laboratoire de poche • 1 rallonge électrique

Hors malle • De l’eau • Un accès à l’électricité • Papiers et crayons • 1 multiprise

Conseils de mise en oeuvre : Imaginer que le laboratoire de poche représente une maison. Veiller à laisser refroidir le laboratoire de poche si on l’a fait chauffer au préalable dans une autre expérience. Pour accélérer le refroidissement, laisser le capot ouvert et mettre le ventilateur en route. Déroulement de l’activité Se référer au livret pédagogique pour l’utilisation du laboratoire de poche. Photocopier ou recopier le tableau en 4 exemplaires ainsi que le graphique en 1 exemplaire. Installer le laboratoire de poche. Il s’agit ici d’effectuer 4 tests différents, chaque test durant 15min. Effectuer le premier test : Relever l’heure, la température initiale à l’intérieur (T°labo) et à l’extérieur (T°ambiante) du laboratoire puis noter ces informations dans le tableau. Une fois le laboratoire fermé et équipé de son couvercle, allumer l’élément de chauffage. Noter toutes les minutes, l’heure, la T°ambiante, la T°labo et ∆T (T°laboT°ambiante). A la fin des 15 minutes, arrêter l’expérience et faire refroidir le laboratoire. La température du laboratoire doit être proche de la T°ambiante. En profiter pour retranscrire les mesures sur le graphique.

Effectuer maintenant le deuxième test : Procéder exactement de la même façon mais cette fois-ci en actionnant le ventilateur. A la fin de l’expérience, laisser refroidir le laboratoire. Retranscriver les mesures sur le graphique. Comparer les avec celles du premier test. Que peut-on constater ? Le ∆T au bout de 15 minutes est-il moins élevé que dans le premier test ? Effectuer à présent le troisième test : Procéder de la même façon mais cette fois-ci en mettant de l’eau sur la plaque métallique de élément de chauffage (3-4 gouttes) et sans actionner le ventilateur. Veiller à débrancher la prise du laboratoire de poche lorsque l’eau est déposée sur l’élément de chauffage. Pendant le temps de chauffage, observer les gouttes d’eau et les parois du laboratoire. Que devient l’eau ? Que peut-on observer sur les parois ? Essayer de comprendre le phénomène. A la fin de l’expérience, laisser refroidir le laboratoire. Retranscriver les mesures sur le graphique. Les petits débrouillards

du bioclimatisme

La gestion des flux au sein d’une construction

Déroulement de l’activité (suite) Effectuer finalement le dernier test : Réitérer la troisième expérience mais cette fois-ci en allumant le ventilateur. Que peut-on observer sur les parois du laboratoire de poche ? Et combien de temps ce phénomène dure-t-il en comparaison avec le test précédent ?

Retranscriver les mesures sur le graphique. Comparer les 4 graphiques, que remarque-ton ? Dans quel cas le ∆T est-il le plus élevé au bout des 15 minutes ?

Explications 1) Sans ventilation et sans gouttes d’eau : l’élément de chauffage chauffe l’air qui stagne, la chauffe est rapide (donc peu consommatrice en éléctricité). 2) Avec ventilation et sans gouttes d’eau : l’élément de chauffage chauffe l’air qui se renouvelle continuellement, la chauffe est lente. 3) Sans ventilation et avec gouttes d’eau : très vite on constate qu’il n’y a plus de gouttes d’eau visibles sur l’élément de chauffage et que de la condensation se créer sur les parois. On en déduit alors que l’eau s’est évaporée dans l’air du laboratoire. Pour que le phénomène d’évaporation ait lieu, l’eau prend des calories à l’environnement (à l’air). Il y a donc moins de calories dans l’air. La température (le ∆T) est donc moins élévée à la fin des 15 minutes que dans le test n°1. 4) Avec ventilation et avec gouttes d’eau : très vite on constate qu’il n’y a plus de gouttes d’eau visibles sur l’élément de chauffage et que de la condensation se créer sur les parois. On en déduit alors que l’eau s’est évaporée dans l’air du laboratoire. Pour que le phénomène d’évaporation ait lieu, l’eau prend des calories à l’environnement (à l’air). Cela rend la chauffe moins rapide. Par ailleurs, on observe que la condensation disparait rapidement. La ventilation permet en effet à l’humidité de l’air de s’échapper. La ventilation ayant également pour effet de laisser s’échapper l’air chaud du laboratoire, la chauffe est d’autant plus lente. On constate qu’il faut plus de temps et donc d’énergie pour chauffer un air humide. Pour aller plus loin La cuisine et la salle bain ainsi que les occupants participent à produire de la vapeur d’eau. Il est important que cette vapeur d’eau soit évacuée le plus vite possible. En effet, si ce n’est pas le cas, l’excès de condensation sur les murs favorisent les infiltrations à l’intérieur de ceux-ci et les détériorent. On constate le même phénomène pour les isolants. De plus, l’humidité est un facteur favorable au développement des champignons, des moisissures et des acariens. Cependant nous observons qu’une ventilation excessive risque d’engendrer d’importantes pertes d’énergies de chauffage. Une ventilation mal maitrisée revient à laisser les portes ouvertes sans interruption. On constate également que l’intérieur d’un appartement en ville est plus pollué que l’extérieur d’où la nécessité de ventiler pour assainir l’atmosphère. C’est un

des défauts des ventilations hygro-réglables : leur débit ne s’ajuste qu’en fonction de l’humidité et ne tient pas compte de la pollution intérieure. La ventilation naturelle, c’est-à-dire aérer les pièces est insuffisante à la fois pour l’humidité et l’évacuation des polluants. Aujourd’hui, il existe des systèmes de ventilation appelés «double flux» qui récupèrent la chaleur de l’air par extraction et la réchauffe dès qu’elle pénètre dans les habitations. Ces systèmes procurent de réelles économies d’énergie si la maison est correctement isolée et étanche à l’air. La conception de l’habitation doit être suffisamment pensée en amont (choix des débits, dimension des gaines...) et l’entretien (changement des filtres) est aussi un facteur d’efficacité.

VMC simple flux

VMC double flux Extraction

Rejet d’air vers l’extérieur

Prise d’air neuf à l’extérieur

Filtre Infiltration

By pass fermé

Exfiltration

Vent

Filtre

Dans la m aison

Insufflation air neuf dans les pièces de vie (Séjour, bureau, chambre...)

Air extrait des pièces techniques (W.C., salle de bains, cuisine...)

Tableau : Gestion de la ventilation Tableau de suivi des expériences avec le Laboratoire de poche Mesure 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Heure

T°ambiante

T° labo

∆T (= T°labo - T°amb.)

T°(C)

Temps (min)

GRAPHIQUE : Gestion de la ventilation Intégrer dans ce graphique les données récoltées lors des expérimentations pour mieux les visualiser.

Act. 17 La gestion des flux au sein d’une construction

1) Réfléchir sur la provenance de l’eau du robinet. 2) Comprendre le cycle de l’eau domestique. 3) Essayer de nettoyer de l’eau. 2 heures

La Gestion de l’eau Le matériel Inclus • 1 entonnoir • Du sable (propre) • Des filtres à café • Du coton

Int.

Hors malle • 12 bouteilles d’eau usagées (2 par groupe + surplus nécessaire) • 6 paires de ciseaux • 1 passoire (facultatif) • 1 chinois (facultatif) • Du gravier • De l’eau sale (à salir soit même) • Un tableau et des feutres/craies

Déroulement de l’activité Avant le début de l’activité, préparer 2 ou 3 bouteilles d’eau sale en ajoutant 3 poignées de terre dans chaque bouteille. Disposer le matériel sur une table accessible. Cette activité se déroule en groupe de 2 participants. Demander aux participants s’il savent d’où vient l’eau du robinet? Puis où elle va? (Cf : Cycle de l’eau domestique en annexe) Au fur et à mesure des réponses, dessiner au tableau un schéma du cycle de l’eau domestique, de son captage à son rejet. Une fois que le schéma est complet et compris, nous allons expérimenter la station d’épuration L’objectif de cette activité est de recréer en groupe une mini-station d’épuration qui a pour mission de filtrer l’eau sale que le formateur a apporté. La consigne est simple : obtenir une eau la plus claire possible à partir de l’eau sale mise à disposition.

Distribuer à chaque groupe : 2 bouteilles d’eau, 1 entonnoir, 1 paire de ciseaux. Présenter tout le matériel à disposition. Les participants ont 15 minutes pour réaliser un premier filtre de leur station d’épuration. Pour cela, il doivent couper la partie en entonnoir située en haut d’une de leur bouteille. Puis, ils doivent remplir cet entonnoir de différents matériaux de façon à filtrer l’eau et à la rendre la plus claire possible. Dès que leur première version du filtre est satisfaisante, verser un peu d’eau dans leur filtre. Faire de même pour chaque groupe et veiller à partager l’eau sale équitablement. La deuxième bouteille est utilisée comme la première, pour faire une seconde filtration. En fonction des résultats, les participants peuvent faire plusieurs tentatives. Lorsque la majorité des groupes obtient une eau assez claire, on peut passer au bilan de l’activité.

Les petits débrouillards

du bioclimatisme

La gestion des flux au sein d’une construction

Explications Un bon filtre est constitué d’un filtre à café, avec un peu de coton en bas, puis du sable. Il est peut-être nécéssaire de faire passer l’eau plusieurs fois pour en obtenir une propre. Attention aux ruptures des filtres à café, on peut les doubler... au détriment de la vitesse de filtration. Les particules en suspension dans une eau sale peuvent être éliminées par filtration. Grâce à ce système, on peut aussi obtenir une eau très claire, voire limpide. Cependant, cette eau, aussi claire

soit-elle, est-t-elle potable? Est-t-elle propre pour l’environnement? Certainement pas, beaucoup de polluants sont encore présents comme de l’acidité, des bactéries, des médicaments, etc. Si l’on ajoute du vinaigre d’alcool blanc dans l’eau, il ne la colorera pas, mais elle n’est pas forcément bonne pour l’environnement ou à la consommation. Pour nettoyer de l’eau il faut beaucoup plus qu’une simple filtration.

Pour aller plus loin Lors de la construction d’une maison écologique, la gestion de l’eau peut être intégrée dès la conception. Le choix du système de toilettes est emblématique dans cette réflexion. Pourquoi utiliser de l’eau potable lorsque l’on tire la chasse d’eau ? On peut même installer une cuve de récupération d’eau de pluie pour alimenter les toilettes et le robinet extérieur. Ou même s’équiper de toilette «sèches», sans chasse d’eau. Cela impose d’aller vider ses déchets sur un tas de compost. Ce qui est évidemment plus contraignant et pas au goût de tout le monde. On peut aussi installer un filtre planté, sorte de

mini station d’épuration végétale dans son jardin, qui permettra de nettoyer l’eau... si l’on ne l’utilise pas pour filtrer l’eau des toilettes. Il est important de savoir que même si ces systèmes existent, ils sont soumis à une réglementation stricte en France. Pour exemple : l’eau de récupération ne doit en aucun cas circuler dans le réseau d’eau potable et l’installation d’un filtre planté est soumis à une demande d’autorisation spécifique. Les stations à phyto épuration sont d’ailleurs de plus en plus utilisées pour l’assainissement collectif. Leur seul inconvénient est un entretien régulier absolument nécessaire.

Usine de potabilisation

Château d’eau

Ville

Station de pompage Forage dans la nappe souterraine

Industrie

Station d’épuration

Eau traitée