N 14 - CONSTRUIRE AUTREMENT

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1 N 14 - CONSTRUIRE AUTREMENT INFORMATIONS COMPLÉMENTAIRES Le contexte règlementaire Réduire les émissions de gaz à effet de serre est devenu une préoccupation internationale depuis la signature le 10 décembre 1997 du traité international du protocole de Kyoto (Japon). La France, à travers la mise en œuvre des engagements du Grenelle Environnement, conduit une politique volontariste pour la ville durable en soutenant notamment la construction et la rénovation de logements économes en énergie. L arrêté ministériel du 3 mai 2007 définit les exigences règlementaires du label BBC (Bâtiment Basse Consommation) qui est repris par le Grenelle comme étant l objectif 2012 pour les bâtiments neufs et les parties nouvelles de bâtiments existants. Conformément à l'article 4 de la loi Grenelle 1, la RT 2012 (Règlementation thermique 2012) a pour objectif de limiter la consommation d'énergie primaire des bâtiments neufs à un maximum de 50 kwhep/m²/an en moyenne. Cependant, cette règlementation ne s applique qu en métropole. Dans les départements d outre-mer, le climat et le mode de vie ont conduit à des règlementations thermique, acoustique et d aération spécifiques. Dans les départements d outre-mer au climat tropical, les préoccupations se rapprochent de celles du confort d été en métropole. Aujourd hui, on tend volontiers vers des bâtiments à énergie positive qui arrivent à produire plus d énergie qu ils n en consomment! Comment est-ce possible? Des bâtiments à très faible consommation énergétique L'architecture bioclimatique L'architecture bioclimatique ne date pas d'aujourd'hui, nos anciens déjà construisaient en tenant compte des données climatiques, comme le soleil, le vent et en composant avec la configuration du site de construction. Quelque temps oubliée, cette architecture est redécouverte aujourd'hui et profite des avancées techniques. 1

2 La maison bioclimatique est moins consommatrice en énergie, que ce soit pour le chauffage en période froide, le rafraichissement en période chaude, la ventilation, ou l'éclairage. Des prolongements accompagnés de schémas sont consultables sur le site de l association Polénergie, dans la partie «ressources», puis «économies d énergies» et enfin «habitat économe» ( Ressources/183/larchitecture-bioclimatique). Les ouvertures en façades Cette technique très simple peut contribuer de manière significative à la couverture des besoins de chauffage. Celle-ci peut en effet atteindre les 40 %. Le principe : une baie vitrée ou une fenêtre doit apporter de la chaleur en hiver et limiter l apport de chaleur du soleil en été. Pour atteindre ces deux objectifs contradictoires, il faut installer la fenêtre de façon verticale et orientée vers le sud, il faut choisir un vitrage performant et limiter les apports solaires directs en été. Par exemple, la technique du «mur Trombe» permet de capter la chaleur du soleil le jour et de la restituer la nuit. Une isolation renforcée L isolation thermique est un critère de choix important pour un matériau de construction car cela permettra en hiver de réduire la consommation d énergie pour le chauffage (émissions de CO 2 ) et, en été, de maintenir une température intérieure confortable en limitant le recours à la climatisation, forte consommatrice d énergie. Plus la résistance thermique notée «R» d un matériau est élevée, plus il sera bon isolant. Sa résistance varie en fonction de l épaisseur et de la conductivité thermique intrinsèque du matériau isolant. La résistance thermique d'un mur ou d'une paroi dans son ensemble s'obtient par addition des résistances de chaque élément qui la compose. Des bâtiments producteurs d énergie La production d énergie locale doit favoriser les énergies disponibles localement : solaire thermique et photovoltaïque, éolien, géothermie, biomasse Dans le cas du solaire photovoltaïque, l'installation est composée de panneaux photovoltaïques qui réagissent à la lumière du soleil afin de produire un courant 2

3 électrique continu. Le courant continu est ensuite injecté dans un onduleur qui va convertir le courant continu en courant alternatif. Pour implanter des panneaux photovoltaïques, il faut prendre en compte plusieurs paramètres tels que : la situation géographique : orientation, inclinaison et l ombrage ; la surface et les performances des capteurs et onduleurs à installer. En métropole, idéalement, les panneaux solaires photovoltaïques trouvent leur implantation sur un toit orienté au sud, sud-ouest. Dans les régions moins ensoleillées, il sera plus judicieux d opter pour une installation «suiveuse» qui suivra le mouvement du soleil. Les régions françaises comme la Guadeloupe, la Réunion, la Martinique ou la Guyane sont des régions à très fort potentiel énergétique solaire thermique (pour la production d eau chaude sanitaire) et photovoltaïque. 3

4 MÉDIAGRAPHIE À lire Ricaud Alain, Lokhat Ismael, Construire une maison à énergie positive, Dunod/Maison Magazine ; hors collection ; Quelques thèmes abordés : le contexte énergétique, les énergies renouvelables, l architecture bioclimatique, l isolation thermique CRDP du Limousin, Les énergies renouvelables et leurs utilisations, Informations de niveau scientifique et technique sur chacune des énergies renouvelables, aperçu de leurs utilisations domestiques ou industrielles. En ligne Réseau national de ressources en technologie collège. ww2.ac-poitiers.fr/rnrtechno/ Dans «ressources pédagogiques, cinquième», consultez «Maquette pour illustrer un principe physique : ombres portées». Dans «ressources pédagogiques, troisième», consultez «Échangeur pour chauffe-eau solaire». Dans «ressources professeurs», consultez «les travaux avec l École française du Béton sur la thématique "L habitat et l énergie"». Dossiers «Bâtiment» et «Économies d énergie» www2.ademe.fr Encyclopédie en ligne gratuite sur les thèmes du développement durable. Site communautaire de conseils au particulier - sans bannière publicitaire - pour améliorer son habitat. Site Internet de figures animées pour la physique. Voir «le Soleil», puis «mouvement apparent». À voir La maison photovoltaïque Maquette scientifique simplifiée d une maison dont la toiture est équipée de capteurs solaires permettant de transformer l énergie lumineuse du soleil en énergie électrique. Une double toiture (cache) permet de simuler les situations jour/nuit afin d expérimenter les notions de transformation directe de l énergie et de stockage de l énergie électrique (batterie). CRDP du Limousin ; Les énergies renouvelables CD-Rom Découverte des quatre grandes sources d'énergies renouvelables. CRDP de l académie de Grenoble ;

5 POINTS DE PROGRAMMES D ENSEIGNEMENT Collège BO spécial n 6 du 28 août 2008 technologie classe de 5 e, domaine d application «Habitat et ouvrages». Par ailleurs, dans l introduction commune des programmes de mathématiques, de sciences de la vie et de la Terre, de physique et chimie et de technologie, la culture scientifique et technologique est déclinée en différents thèmes de convergences. Parmi ceux-ci, deux sont directement liés aux thèmes abordés par l affiche «Construire autrement» : développement durable ; énergie. D autres thèmes peuvent être également abordés : la santé, la sécurité de par le traitement et la circulation de l air dans l habitat à énergie positive ainsi que le terme de «climatologie» abordé dans le thème 4 (météorologie et climatologie). Une des finalités de l enseignement de la technologie est de comprendre les interactions entre les produits et leur environnement dans un monde où l ergonomie, la sécurité et l impact environnemental sont devenus déterminants. 5

6 PISTES PÉDAGOGIQUES Deux pistes pédagogiques sont proposées. Niveau : cinquième - Discipline : technologie Piste 1 Objectifs S informer de solutions qui permettent de réduire les pertes d énergie dans le domaine de l habitat. Relier des choix techniques au thème du développement durable. Classer de manière qualitative plusieurs matériaux selon une propriété simple à respecter. Situation déclenchante Imaginons une image ou photo d une personne qui ne peut plus travailler à cause de la chaleur qui règne dans son bureau, sa maison «Les ventilateurs sont au maximum!» «Il fait trop chaud pour travailler!» Problème : comment réduire la consommation d énergie de nos habitats en été? Rechercher les manières de réduire l utilisation des ventilateurs et autres climatiseurs. De par leurs hypothèses, les élèves proposent d aborder les thèmes suivants : réduire l impact du soleil sur la maison ; empêcher les ouvertures de chauffer l intérieur ; utiliser des matériaux isolants ; créer des courants d air plutôt frais. Activité : produire un document numérique Consigne : À partir de vos idées, proposez des solutions économes déjà utilisées qui permettent de concevoir un habitat confortable même en été. Les élèves sont amenés à utiliser des outils de recherche tels que les magazines, Internet, les livres, vidéos et affiches comme «Construire autrement» par exemple. L affiche peut alors être utilisée dans la démarche d investigation pendant les recherches des élèves ou lors de la structuration des connaissances par le professeur. 6

7 Piste 2 Objectifs Mettre en relation les contraintes à respecter et les solutions techniques retenues (contraintes liées au développement durable). Relier des choix techniques au thème du développement durable. Modifier tout ou partie d une structure ou d un assemblage pour satisfaire une fonction de service donnée. Modifier une représentation numérique d un volume simple avec un logiciel de conception assistée par ordinateur. Situation déclenchante L affiche est utilisée ici comme situation déclenchante : que représente cette affiche? Pourquoi un tel bâtiment a-t-il été construit? Les élèves apportent des idées de réponse en consultant le contenu de l affiche. Activité : modifier une représentation numérique Exemple de maison traditionnelle réalisée avec le logiciel Google SketchUp. Consigne : À partir de l affiche, proposez des modifications à apporter à cet habitat pour qu il soit confortable en été tout en étant respectueux de l environnement. Vous associerez à vos modifications une présentation pour les justifier. Travail attendu des élèves : les élèves s organisent par équipes de 2 ou 3 avec un (ou 2) ordinateur(s) ; identifier les solutions retenues sur l affiche qui caractérisent un bâtiment bioclimatique ; modifier une représentation 3D d un habitat ; construire une présentation numérique ou papier pour commenter les modifications ; présenter son travail à la classe. 7

8 L utilisation du logiciel Google SketchUp : Sélectionner un objet Tracer un rectangle Colorer Pousser/Étirer une forme Visualiser (orbite, panoramique) Google SketchUp ; barres d outils «standard», «ombres» et «vues» Ombre Modifier l heure et la date Pour insérer des modèles existants (comme la végétation), cliquer sur fichier puis banque d images 3D et choisir «Télécharger des modèles». Exemple de résultat pouvant être obtenu par les élèves : Toiture isolée Sur-toiture ventilée avec panneaux photovoltaïques Plantation de végétaux pour l ombre portée et pour rafraîchir la brise naturelle Protections solaires : casquettes Aération pour le brassage d air intérieur Pare-soleil extérieur Ventilateur pour le brassage d air 8

9 Connaissances et thèmes visés par la synthèse La notion de «développement durable» et de bâtiment à «énergie positive». Comment tirer le meilleur parti des éléments naturels avec l habitat bioclimatique. On peut compléter le travail avec la présentation de différentes réalisations bioclimatiques et à énergie positive comme les projets d éco-quartiers ou écovilles suivants : AUTEURS Conception de l affiche : Claire Lucchese Accompagnement pédagogique : Christophe Lachaud PANNEAU RÉALISÉ AVEC LE CONCOURS DE : Université de la Réunion Copyright SCÉRÉN CNDP-CRDP,