Dossier technologiques

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1 1 STI2D Lycé Vauvenargues Les luminaires, Économies d énergie Enseignement Spécifique : Option Energies et Environnement Mini Projet Dossier technologiques Bâtiment à faible consommation d énergie : Etrium à Cologne Allemagne Ayant reçu le label Allemand de la qualité et de la construction durable. 1

2 Centres d intérêt CI4 : Efficacité énergétique passive Domaine d études associées Performance des lampes à usage domestique Ce que les élèves doivent retenir (par ex. : compétences attendues) Pré requis des élèves Supports et Ressources utilisés Justifier du choix d une lampe au regard des impacts environnementaux et économiques tout au long de son cycle de vie. L élève fait un bilan comparatif sur les différents types de lampes L élève critique au regard de la consommation, du prix, de l impact sur l environnement et la santé. Utiliser la relation liant Energie puissance et temps. Dossiers Platine recevant différents types de lampes QCM PC Logiciels utilisés Logiciel médiaplayer ou VLC Situation-Problème Justifier le choix d un type de luminaire vis-à-vis d un autre (consommation, prix, durée de vie, efficacité, toxicité) Démarche retenue Démarche d investigation Décomposition et organisation des activités de la séquence Les séances s inscrivent dans une séquence pédagogique qui comporte 4 séances. La séquence pédagogique comporte : 3 séances de 2,5 heures 1 évaluation de 1 heures Les élèves doivent suivre le parcours de formation proposé. Description des activités pédagogiques. Présentation des activités proposées aux élèves Pour un même C.I, il peut y avoir plusieurs propositions d activités afin d utiliser les diverses ressources et supports et de proposer des activités à une classe entière. Les activités sont décrites en termes de séances. Séance 1 : travail sur dossier, lecture de l introduction indiquant le but et les connaissances à acquérir. -Visualisation de la vidéo C est pas sorcier, lumière de la ville. -Bilan de la vidéo sous forme de QCM. Séance 2 : travail sur dossier, comparaison de 4 types de lampes. -Mesure de puissance et d éclairement permettant de définir des critères de comparaison. -Bilan sous forme d exercices permettant de chiffrer le coût d une installation utilisant des technologies différentes. Séance 3 : travail sur dossier, bilan de l étude, recherche sur l impact sur l environnement, synthèse informatique de l étude. 2

3 Efficacité des différentes technologies de l éclairement Séance N 1 1/ Introduction Les lampes à incandescence vont disparaître progressivement du commerce pour être remplacées par les lampes basses consommation. Elles ne sont pas les seules à disparaître car les lampes halogènes un peu moins gourmades feront l objet d un retrait progressif. L éclairage représente aujourd hui près de 20 % de la consommation mondiale d énergie. Près de la moitié des lampes installées sera bannie dans les prochains mois par la Directive Européenne. La nouvelle réglementation européenne s inscrit parfaitement dans la lutte contre le réchauffement climatique avec la décision irréversible de retrait progressif du marché des lampes énergivores. 1.1 ) Classes énergétiques L efficacité énergétique des lampes est définie de A à G sur la base de 7 classes de rendement. Classe A : rendement très performant Classe G : rendement le moins performant L ampoule à incandescence se situe en E donc peu économe, Malgré son coût. En effet, l'ampoule classique à incandescence, inventée en 1878 par Thomas Edison, a véritablement révolutionné le monde. Mais cette ampoule vieille de plus d un siècle est aujourd'hui dépassée, car peu économique et très gourmande en énergie, car 95 % de l énergie qu elle consomme est transformée en chaleur. L ampoule, dont la température s élève jusqu à 150 C, le filament étant beaucoup plus chaud, participe au chauffage du logement. L énergie restante (5 %) est convertie en lumière. 1.2 ) Économiser l énergie et protéger l environnement Le tableau ci-dessous présente de manière synthétique les types de lampes qui seront retirées du marché. Exemple de lecture : seront interdites toutes les lampes non claires à l exception des fluo compactes à économie d énergie de classe A. 3

4 Remplacement possible par des technologies différentes moins énergivores (source OSRAM) : 1.3) Connaissances à acquérir Le rôle de ce dossier technologique et des séances qui en découlent sont de permettre une connaissance sur les différentes lampes domestiques qui entourent notre quotidien. A la fin de ces trois séances, vous devrez être capable de reconnaitre les quatre technologies qui coexistent actuellement (lampes à incandescence, halogène, fluo-compact et LED), savoir faire un classement énergétique de ces lampes, être familiariser avec les grandeurs utilisées pour caractériser une ampoule (Lux, Lumen, IRC ) et connaitre leur constitution. 1.4 ) Vidéo c est pas sorcier, lumière de la ville A la fin de cette vidéo, vous remplirez un questionnaire à choix multiples QCM, permettant de vérifier l acquisition de connaissant sur les luminaires, leur technologie, leur durée de vie, leur consommation et la définition des grandeurs utilisées dans le cadre des luminaires. La durée de cette vidéo est de 26 minutes, elle est suivie d un QCM. 4

5 1.5) Q.C.M. sur la vidéo c est pas sorcier, lumière de la ville L activité QCM se fait nécessairement de façon individuelle. 1/ Comment se nomme l inventeur de la lampe à incandescence? Benjamin Franklin Thomas Edison Benjamin Edison 2/ Quelle est la durée de vie d une lampe incandescente? 2000h 100h 1000h 3/ Quelle matériau compose le filament de la lampe à incandescence? cuivre tungstène fer 4/ Quelle est l unité de la quantité de lumière ou éclairement le lumen le lx le candéla 5/ Quelle est la température du filament de la lampe incandescente 1000 C 2200 C 2400 C 6/ Quel est le rendement d une lampe incandescente? 20% 5% 50% 7/ Quelle est l efficacité lumineuse d une lampe incandescente? 10lm/W 20lm/W 13lm/W 8/ Quelle est l unité du flux lumineux? le candéla, le watt le lumen 9/ La lampe incandescente à une efficace lumineuse plus importante que la lampe halogène. vrai faux elle est identique 10/ Quelle est la durée de vie d une lampe halogène? 2000 à 5000h 4000 à 7000h supérieure à10000h 11/ Quelle est l efficacité lumineuse d une lampe halogène? 13lm/W 17lm/W 22lm/W 5

6 12/ Quelle est la température du filament de la lampe halogène? 2200 C 2400 C 2700 C 13/ Une lampe halogène est aussi une lampe à incandescence? vrai faux 14/ Une lampe à décharge a une durée de vie supérieure qu une lampe à incandescence? vrai faux 15/ Une lampe domestique fluo-compact est aussi une lampe à décharge? vrai faux 16/ Comparer à un lampe incandescente, une lampe fluo-compact consomme : 2 fois moins 5 fois moins 10 fois moins 17/ La durée de vie maximum d une lampe fluo-compact est de : 5000h 10000h 15000h 18/ Il existe une nouvelle technologie pour l éclairage, les Leds, que signifie ce mot? Diode électroluminescente Light Emitting Diode Lampe électronique à décharge 19/ Quelle est la durée de vie d une Led? 10000h 50000h h 20/ Les Leds ont la même durée de vie que les lampes fluo-compact? vrai faux. 6

7 Efficacité des différentes technologies de l éclairement Séance N 2 2) Comparaison des différentes technologies Réseau électrique 2.1 ) Etude expérimentale : Vous disposez d une platine permettant de mesurer la puissance avec un wattmètre et l éclairement avec un luxmètre. Remplir le tableau ci-dessous à partir de vos mesures. Mesure de puissance Pince de mesure Lampe incandescente Lampe halogène Lampe fuocompacte Lampe LED Puissance constructeur en W Puissance mesurée en W Eclairement en lux Efficacité en lum/w Comparer vos résultats avec ceux donnés par les fabricants. 7

8 2.2) Etude de cas On se propose de réaliser le bilan de puissance d une maison. Trois cas de figure se présentent, une utilisation de lampes incandescentes, de lampes halogènes et fluo-compactes. Le plan de la maison est donné ci-dessous, les luminaires sont symbolisés par une croix sur un schéma architectural. Schéma Architectural : On supposera un fonctionnement quotidien de 8h sur 330jours, le prix du kwh est de 0,0898 en heures pleines / Réaliser le bilan du nombre de luminaires et de la consommation dans le cas de lampes à incandescences de 60W-720lm), pour cela remplissez le tableau page suivante / Réaliser le bilan du nombre de luminaires et de la consommation dans le cas de lampes : - halogènes de 53W (équivalent 60W ) de type Halogène 230V EcoClassic Standard, - lampes fluo-compactes de 16W de type Softone ESaver, - Lampe LED à choisir dans le catalogue Philips pour cela remplissez le tableau. Nombre de lampes Heures de fonctionnement sur l année Prix du remplacement de l ampoule si nécessaire Coût pour une journée Coût pour une année Lampe incandescente Lampe LED 0,97 HT sur catalogue Philips Lampe halogène Page 136 4,23 catalogue Philips Lampe fluocompacte 15,7 catalogue Philips 8

9 Efficacité des différentes technologies de l éclairement Séance N 3 3) Bilan On rappelle brièvement les caractéristiques des différentes lampes qui vont remplacer les lampes incandescentes dites classiques (filament de tungstène). Type: Lampe Fluo Compacte Lampe halogène «haute efficacité» Excités par une C'est une lampe à décharge électrique, incandescence améliorée : des atomes de mercure la lumière est produite émettent des rayons par l'échauffement ultraviolets. Ils sont d'un filament dans convertis en lumière un gaz de la famille visible lorsqu'ils des halogènes traversent une poudre (iode ou brome par fluorescente tapissant exemple). les parois du tube. Lampe LED Un matériau semiconducteur traversé par un courant électrique émet une couleur bleue. Un composé chimique luminophore convertit ensuite une partie de cette lumière en jaune : l'œil perçoit donc une lumière blanche. À flux lumineux égal, sa lumière diffuse, paraît plus douce que celle d'une lampe à incandescence. Le spectre émis présente des trous pour certaines longueurs d'ondes (entre le bleu et le vert notamment). Les couleurs sont moins vives : l'indice de rendu des couleurs (IRC) est d'environ 80 contre 100 pour la lumière du jour. Brillante, parce qu'elle émane d'une source ponctuelle : le filament. Elle balaie tout le spectre lumineux, du violet au rouge (IRC=100). Très variable, car la qualité du spectre émis dépend du luminophore utilisé. L'indice de rendu des couleurs de cette ampoule à diode électro luminescente varie selon les modèles, de 80 pour les bonnes à 100 pour les meilleures. Le calendrier de retrait des ampoules à incandescence : 30/06/2009 : retrait des ampoules à incandescence 100 W. 31/12/2009 : retrait des ampoules à incandescence 75 W. 30/06/2010 : retrait des ampoules à incandescence 60 W. 31/08/2011 : retrait des ampoules à incandescence 40 W. 31/12/2012 : retrait des ampoules à incandescence 25 W. 9

10 3.1/ Retrouver sur internet à l aide d un moteur de recherche la constitution d une lampe à incandescence et d une lampe fluo-compacte, vous utiliserez ces informations en synthèse. 3.2/ Vous réaliserez un document de synthèse d une page au format Word police 12, avec vos noms, prénoms et classe en en-tête. Ce document sera sous la forme suivante : Noms : Prénoms : Classe : 1/ Etude expérimentale Vous reprendrez le tableau page 7 avec votre conclusion 2/ Etude de cas Vous reprendrez le tableau page 8 en y apportant une conclusion argumentée de groupe sur l intérêt d utiliser des lampes nouvelles générations. 3/ Conclusion générale Réaliser une recherche sur les lampes fluo-compactes, constitution, différences avec la lampe incandescente, matériaux utilisées. Y a-t-il un risque pour l environnement si le recyclage de ces lampes ne se fait pas correctement? Pour quelle raison? Calculer l économie d énergie et d argent sur une année en supposant une ville moyenne avec maisons identiques à celle de notre étude (lampes à incandescences et led). 10

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