Titre DPE et caméra thermique - Sciences physiques - STI2D
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Titre DPE et caméra thermique - Sciences physiques - STI2D
Thème du programme Sous-thème HABITAT Gestion de l’énergie dans l’habitat Titre DPE et caméra thermique Type d’activité Activité documentaire durée 1h Connaitre les trois modes de transferts thermiques Conditions de mise en œuvre acquis Connaitre les deux échelles de températures (degré Celsius et kelvin) et passer des °Kelvins au °Celsius et inversement Etude préalable des quantités d’énergie consommée par l’habitat ( DPE). Partie concernée du programme Notions et contenus Transferts thermiques : conduction, convection, rayonnement. Flux thermique, résistance thermique. Caractéristiques thermiques des matériaux. Compétences exigibles Expliciter la dépendance entre la puissance rayonnée par un corps et sa température. Citer le lien entre la température d'un corps et la longueur d'onde pour laquelle l'émission de lumière est maximale -faire preuve d’initiative, de ténacité et d’esprit critique ; - lire un graphique ; Compétences transversales - mobiliser ses connaissances, rechercher, extraire et organiser l’information utile fournie par un document, une situation, ou une expérience. - raisonner, démontrer, argumenter, exercer son esprit d’analyse. Auteur Fanchon LEYNAUD Lycée Saint Joseph Pierre Rouge Voir à travers les murs : Identifier la source des problèmes d'isolation La thermographie est le seul outil capable de produire une image des pertes énergétiques d'un bâtiment : Ces images permettent une analyse fine des échanges thermiques, et donc de traquer les fuites. La caméra thermique est l'outil indispensable pour la réalisation des DPE (diagnostic de performance énergétique) obligatoire depuis le 1 er janvier 2011. (Voir livre hachette p. 58) La caméra thermique permet d'afficher, non pas les objets visibles à l'œil comme une caméra classique, mais leur température de surface. Elle délivre une photographie appelée «thermogramme». C'est de l'analyse rigoureuse de ce que l'on peut déceler des défauts d'isolation. L'imagerie infrarouge permet de localiser les tuyauteries, les zones humides, les ponts thermiques, les conduites de chauffage, les fuites et les embouages éventuels des réseaux. Un pont thermique est une zone ponctuelle ou linéaire qui, dans l'enveloppe d'un bâtiment, présente un défaut ou une diminution de résistance thermique (à la jonction de deux parois en général). Les jonctions entre deux matériaux de résistance thermique ou de conductivité thermique différentes créent un pont thermique. La constitution de la paroi influe sur les ponts thermiques, ainsi avec une isolation extérieure les ponts thermiques sont presque nuls. Les ponts thermiques constituent des zones de fortes déperditions thermiques, l'humidité peut s'y condenser. Associer à chaque image le problème d’isolation : 1. 2. 3. 4. A: Défaut d’isolation Pont thermique au niveau d’une dalle Défaut d’étanchéité à l’air Elément de construction dissimulé sous le crépi B: C: En observant l’image ci-contre dire : - Dans quelles zones les pertes thermiques sontelles importantes ? Justifier. - Dans quelles zones les pertes thermiques sont faibles ? Justifier Quels conseils donneriez-vous au propriétaire ? D: Les infrarouges : Les infrarouges furent découverts en 1800 par William Herschel, un astronome anglais. Herschel plaça un thermomètre à mercure dans le spectre obtenu par un prisme de verre afin de mesurer la chaleur propre à chaque couleur. Il trouva que la chaleur était la plus forte du côté du rouge du spectre, y compris là où il n’y avait plus de lumière. C’était la première expérience montrant que la chaleur pouvait se transmettre par une forme invisible de lumière. De par leur température, tous les corps émettent un rayonnement de même nature que la lumière (onde électromagnétique). Ce rayonnement se propage dans les matériaux transparents (air, verre..) et dans le vide. La puissance de ce rayonnement par unité de surface dépend de sa longueur d’onde et de la température du corps (voir graphe ci-contre).Cette puissance est aussi appelée l’émittance M ; elle est directement liée à la température T du corps et à l’émissivité du matériau ε : M = 5,67.10-8.ε.T4 L’émissivité est un coefficient sans unité compris entre 0 et 1. Elle traduit la capacité d’un matériau à absorber les rayonnements qu’il reçoit et à transférer par rayonnement la chaleur accumulée. Un corps chaud émet des radiations de grande intensité et de courtes longueurs d’onde. C’est le cas du soleil qui produit essentiellement des radiations visibles et ultraviolettes (UV). Ce rayonnement entre le soleil et la Terre nous parvient à travers le vide de l’espace ! A température ambiante, les objets et le corps humain émettent dans le domaine des grandes longueurs d’onde, l’infrarouge (0,1 à 100 µm). La moitié environ de l’énergie de notre corps est ainsi perdue par rayonnement. Cette propriété est utilisée par les caméras thermiques qui détectent ces rayonnements. La caméra convertit le rayonnement infrarouge en une image visible. Cette image est présentée dans une échelle de gris ou au moyen de différentes palettes de couleurs qui facilitent sa lecture. La loi de Wien : Wilhelm Wien (1864-1928), physicien allemand, prix Nobel de physique en 1911, établit que tout corps « chaud » émet des radiations électromagnétiques dont la longueur d’onde du maximum est donnée par la relation : où T est exprimée en Kelvin et en mètre. Questions : Rechercher la définition d’une onde et de la longueur d’onde. Qu’est-ce que l’émittence ? Quelle valeur doit avoir l’émissivité d’un matériau pour qu’il réfléchisse les rayonnements thermiques ? Observer le graphique ci-dessus : Quelle est la longueur d’onde correspondant au maximum de puissance rayonnée par un objet dont la température est de 300 Kelvins ? De 1000 Kelvins ? De 10 000 Kelvins ? Donner ces températures en degré Celsius. Ecrire une phrase indiquant comment évolue la longueur d’onde de la lumière émise par un corps en fonction de la température. 5. D’après vous à quoi correspond la longueur d’onde ? Proposez une définition. 6. Déterminer la longueur d’onde d’un corps humain dont la température de surface est d’environ 25°C. 7. La gamme spectrale d’une caméra infrarouge est 8,0-14 µm. En utilisant la loi de Wien, Déterminer les températures mesurables par une telle caméra. Exprimer ces températures en degrés Celsius. Pour accéder à des températures plus élevées faut-il augmenter ou diminuer les longueurs d’ondes mesurables ? 1. 2. 3. 4.