Isolation Français p 1 Maquette isolation phonique et thermique Version : 9009
Habitat et confort 1 Présentation du concept 1.1 Introduction La maquette isolation phonique et thermique a été conçue par Jeulin de manière à permettre l étude des propriétés d isolation des matériaux. A l aide de 2 enceintes indépendantes, l élève va observer et mesurer les transferts de chaleur et la propagation du son, suivant les différents matériaux d isolation utilisés. 1.2 Les normes Il faut savoir que les normes imposent actuellement pour des constructions neuves, des normes assez contraignantes d un point de vue énergétique. C est la RT2000 mis en place par décret le 29 novembre 2000 qui est à l initiative de ces contraintes Le principe de cette RT2000est de définir un bâtiment de référence, et ce par rapport à sa localisation géographique et ses dimensions. La France est répartie en 8 zones, représentées ci-dessous : La RT2005 dans la continuité de la RT2000 a permis de réglementer les 3 éléments suivants : 1. La consommation d énergie, 2. La température atteinte en été, 3. Les caractéristiques thermiques des éléments de construction du bâtiment. La RT 2005 s applique dans les cadres suivants : Aux bâtiments neufs et aux parties nouvelles non en rénovation, Situés en France métropolitaine, Dont le permis de construire a été déposé après le 1er Septembre 2006. Le logo de la RT 2005 : FRANCAIS 1
En conséquence, les caractéristiques thermiques suivantes qui ont une influence sur le rendement énergétique d un habitat, doivent répondre à cette norme : L isolation thermique, Les apports de chaleurs solaires, La perméabilité à l air, La ventilation, Le chauffage, L eau chaude sanitaire, L éclairage des locaux, La transformation de l énergie primaire. 1.3 Les isolants 1.3.1 Les isolants thermiques Un isolant thermique est un matériau, qui par nature possède une faible conductivité thermique. Il permet d assurer une bonne isolation thermique en limitant les transferts de chaleur entre le milieu isolé et l extérieur, et éventuellement l entrée de chaleur (ce qui est plus le cas en période d été pour garder la fraîcheur à l intérieur d une maison). L isolation thermique est l un des point phare actuel en ce qui concerne les économies d énergies, surtout vrai pour les construction neuves, qui, comme nous l avons vu précédemment, doivent répondre à des nouveaux critères normatifs strictes. Les principaux isolants thermiques utilisés sont les suivants : La mousse de polyuréthane, La laine de verre, La laine de roche, La perlite, Le polystyrène, La fibre de bois, La paille, Les polymères (plastiques). Il faut savoir enfin que les isolants thermiques sont choisis en fonction de leur capacité à isoler, mais également en fonction de leur inertie thermique. Cette inertie pouvant être utile dans le but de stocker les calories provenant du soleil, et de pouvoir les réutiliser la nuit par exemple. Pour pouvoir comparer simplement les différences d efficacité des divers isolants, on peut procéder simplement à un cycle de chauffe d une enceinte isolée, et comparer les résultats obtenus pour différents isolants choisis. 1.3.2 Les isolants phoniques L isolation phonique a pour but d éviter la propagation du bruit. Dans un milieu compressible tel que l air, le son se propage sous forme de variation de pression crée par la source sonore. Le son se propage également dans les solides sous formes de vibrations appelées les phonons. FRANCAIS 2
Pour mesurer la différence de comportement entre différents isolants on mesure généralement la différence du niveau en décibel (db) avec une même source sonore. 1.3.3 Comment marche un isolant? Le meilleur isolant et le moins cher : c est l air. Donc le principe d un matériau isolant est d emprisonner l air soit dans des fibres (laine de verre par exemple), soit dans des pores (polystyrène). Les couches isolantes Comment repérer les performances thermiques d un matériau isolant? Les matériaux isolants font l objet de tests et sont soumis à des normes européennes qui permettent de comparer leurs performances. La résistance thermique R représente la capacité du matériau à résister au transfert de chaleur. Elle dépend de deux paramètres : L épaisseur de l isolant (e), La conductivité thermique (λ). La résistance thermique se calcule comme suit : R = λ e avec R en m². C / W, e en mètre. λ en W / m. C FRANCAIS 3
2 La maquette isolation phonique et thermique 2.1 Présentation Cette maquette, entièrement conçue par Jeulin a pour but de mettre en évidence les effets de l isolation sur les caractéristiques thermiques et phoniques d une enceinte. Elle est composée de deux enceintes identiques, qui permettront de réaliser une approche comparative, qui n aura évidemment pas la même précision qu une étude scientifique poussée, mais qui démontrera largement les phénomènes et les effets d une isolation, que l élève ou quiconque peut rencontrer dans la réalité. L isolation thermique pouvant le cas échéant améliorer l isolation phonique d un bâtiment, cette maquette donne aussi la possibilité d étudier la propagation du bruit. Celui-ci est un élément nuisible de notre vie quotidienne, qui peut engendrer du stress chez les sujets qui y sont soumis, ce à niveau élevé et répétitif, à proximité d une voie routière ou d un aéroport par exemple. Les bruits relatifs à notre mode de vie peuvent aussi gêner notre voisinage, et il faut savoir que le décret no 2006-1099 du 31 août 2006 relatif à la lutte contre les bruits du voisinage, renforce la lutte contre les bruits dus au voisinage. Ce phénomène de nuisance tend d ailleurs à s accentuer, et en conséquence l isolation peut donc en être un élément de confort que l on étudiera au travers de la maquette également. FRANCAIS 4
Schéma de principe de la maquette : Maquette Isolation Phonique et thermique Isolant phonique et thermique Haut parleur Résistance de chauffe 2.2 Composition de la maquette La maquette isolation phonique et thermique est composée des éléments suivants : 1 maquette comprenant les 2 enceintes, le système de chauffe, le haut-parleur, 2 enceintes amovibles, FRANCAIS 5
3 isolants différents : liège, polystyrène, bois, à découper par l élève, Le bloc alimentation 12V nécessaire est à commander séparément sous la référence : 281 243. FRANCAIS 6
3 Etude de l influence de la nature de l isolant thermique 3.1 Objectif L objectif de cette partie est d étudier l influence d un isolant thermique sur le rendement énergétique d un bâtiment. Pour ce faire, la maquette est constituée de deux enceintes que l on considèrera comme 2 bâtiments distincts. Il faudra, pour l un des bâtiments le laisser sans isolant, et par contre installer sur chaque face interne de la seconde enceinte, une couche d isolant de différents types tels que le liège, le bois et le plastique. Il est également possible de tester avec des matériaux de votre choix, tels l aluminium, le carton etc Ouverture pour les mesures Isolant 3.2 Mesures de température Le but étant d étudier le comportement thermique de ces 2 bâtiments et de comparer les résultats, il faut utiliser un capteur thermomètre numérique. Pour effectuer vos relevés, la précision souhaitable du thermomètre numérique doit être de l ordre du 1/10 ème de degré. Eventuellement, le capteur thermomètre numérique de référence : 251 003 peut être utilisé : FRANCAIS 7
Pour relever les deux valeurs, il faut positionner 2 thermomètres dans les fentes prévues à cet effet, brancher la maquette avec le bloc alim. 12V : Bloc alim. 12V Allumer ensuite la maquette, puis remplir le tableau suivant : Type d isolant aucun liège bois polystyrène Temp. en C Avant d allumer à t = 1 min à t = 2 min à t = 3 min à t = 4 min à t = 5 min à t = 6 min à t = 7 min à t = 8 min à t = 9 min à t = 10 min FRANCAIS 8
Reporter les points de mesures sur le graphique ci-dessous : T ( C) t (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 NB : L échelle de température étant laissée à l appréciation de l élève en fonction des résultats obtenus (ceux-ci pouvant varier en fonction des conditions extérieures à la maquette). 3.3 Exemples de pistes d exploitation Par rapport à ces 4 courbes d évolution de la température en fonction du temps, que pouvez vous-en déduire sur la qualité de chaque isolant? : FRANCAIS 9
Quel est le meilleur isolant thermique, et selon vous pourquoi? : Connaissez vous d autres isolants qui pourraient pleinement répondre à cette fonction d isolation, et donner éventuellement de meilleurs résultats que ceux mesurés? : FRANCAIS 10
4 Etude de l influence de l isolation phonique 4.1 Objectif L objectif de cette partie est d étudier l influence d un isolant thermique voire phonique sur le comportement d un bâtiment vis-à-vis des ondes sonores et de leur diffusion et transmission au travers différents milieux. Absorption Signal réfléchi Signal émis Signal transmis La dispersion sonore se caractérise donc par plusieurs composantes : Le signal émis, résultant du fonctionnement du haut parleur, Le signal réfléchi, qui se propage dans la pièce origine du signal sonore, Le signal transmis, qui est l élément perturbateur dont on étudiera l importance, La perte par absorption, due à la pression crée par le déplacement des ondes, vecteur de propagation sonore dans les cavités isolantes, qui sera négligeable au niveau de la maquette Jeulin au vue des caractéristiques des deux enceintes (relativement fines et sans cavité). 4.2 Mesures Pour les mesures, nous disposons de deux enceintes. Un haut-parleur émet un signal sonore dans l une des 2 enceintes un signal sonore constant, rendant possible les mesures à différents endroits de la maquette. Il faudra, pour le bâtiment situé au dessus du haut-parleur, le laisser en l état sans isolant au départ, puis lui placer sur chacune de ses faces intérieures, une couche d isolant de différents types tels que le liège, le bois et le plastique. FRANCAIS 11
Ensuite, mesurez le niveau sonore pour valider l efficacité des différents isolants, pour chaque cas de figure (chaque isolant) et remplissez le tableau ci-dessous : Type d isolant aucun liège bois polystyrène Lecture db Valeur réelle en db Lecture dba Valeur réelle dba Reportez les valeurs en db sous la forme d histogrammes ci-dessous : 45 db 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Type d isolant : aucun liège bois Polystyrène FRANCAIS 12
4.3 Exemples de pistes d exploitation Par rapport à cet histogramme de relevés, qu en déduisez vous sur l efficacité des différents matériaux en isolation phonique : Quel est le matériel le plus efficace et pourquoi? Quel est le meilleur isolant et selon vous pourquoi? : La capacité d isolation thermique d un isolant influe t elle sur ses performances phoniques? : 1.3.3 1.3.3 1.3.3 FRANCAIS 13
5 Etude de l influence des caractéristiques de l isolant sur les performances 5.1 Influence de l épaisseur de l isolant sur la performance thermique D un point de vue thermique, la condition d une isolation performante est d utiliser des isolants qui offrent la résistance thermique la plus forte. Plus la résistance thermique R est élevée, moins il y aura besoin de consommer de l énergie. Or l énergie qui n est pas consommée est une énergie qui, d un point de vue de l utilisateur ne coûte pas, et d un point de vue global ne pollue pas et préserve l environnement qui est le notre. Pour justifier ce fait, il faut s appuyer sur la formule vue précédemment R = λ e Avec un matériau donné, donc λ donné, on peut dire que plus l épaisseur e sera importante, plus la résistance thermique R sera élevée, et donc plus le matériau sera à même d isoler l enceinte de l extérieur. La résistance thermique, plus grande soit-elle, évitera les transferts de chaleur au travers de l isolant. Pour que les résultats soient significativement différents, il est conseillé de faire expérimenter les élèves sur des épaisseurs présentant une différence d au moins 1 cm. 5.2 Choix des isolants acoustiques (phoniques) D un point de vue phonique, pour les nuisances sonores provenant du dessus dans une habitation, éviter un contact direct avec le sol et poser un faux plafond de plusieurs plaques de plâtre. Pour les murs on opte généralement pour de la laine de verre phonique combinée à un rail de placo, une protection qui va vous prendre quelques centimètres mais qui vous fera perdre beaucoup de décibels. Avec un double vitrage asymétrique qui peut être renforcé par des films acoustiques, vous obtiendrez une isolation phonique de bien meilleure qualité. Pour les portes, certaines intègrent des matériaux spécifiques comme des mousses acoustiques. Concernant les sols il existe deux solutions intéressantes : Moquette ou parquet avec sous-couche isolante directement intégrée, Une dalle béton ou flottante sur un matelas d air. Il faut également savoir que plus un matériau est lourd, plus il sera isolant phonique. En effet il sera moins soumis aux variations de pressions générées par les ondes sonores. Par contre la principale contrainte se pose en terme de mise en œuvre et de coût, ainsi que sur l inertie thermique de l installation. En conséquence l isolation phonique aura une influence sur l aspect thermique, et donc il faudra trouver un compromis entre les 2 isolations à réaliser. FRANCAIS 14
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