MCOT FINAL - Jathavan [PDF]

Zitiervorschau

L’isolation thermique : étude des transferts thermiques pour une maquette d’habitation Motivation pour le choix du sujet : Intéressé par les innovations technologiques ainsi que les enjeux liés à la santé et l’environnement, je me suis intéressé aux isolants thermiques qui permettent de réduire les risques lés à la santé et les besoins énergétiques. Curieux de nature, j’ai voulu en apprendre d’avantage sur la composition des isolants thermiques.

Ancrage dans le thème de l’année : Depuis les années 2000, les isolants thermiques entendent répondre à deux enjeux majeurs que sont les pathologies et le coût énergétique. En effet, les isolants thermiques proposent une alternative intéressante pour réduire les maladies liées à la santé des Hommes et les pertes thermiques et donc à la limitation des besoins énergétiques.

Bibliographie commenté : L’isolation thermique a pour but de limiter les transferts thermiques, c’est-à-dire les échanges de chaleur entre un milieu extérieur et un milieu intérieur [2]. Elle doit être particulièrement efficace sur des points précis, appelés ponts thermiques (par exemple les fenêtres, les portes, les murs,…), points de discontinuité de l’isolation. Une meilleure isolation permet donc de répondre à de nombreux défis, tels la limitation du développement de différentes maladies comme le rhume, les bronchites,… et la réduction de la consommation énergétique, qui est indispensable pour le développement durable [1]. En France, des normes ont été mises en place concernant les isolants thermiques depuis de nombreuses années, et elles évoluent au fil du temps. Par exemple la RT 2012 est la dernière norme thermique avant l’actuelle, appelée RE 2020. La RT 2012 vise à la réduction de la consommation d’énergie primaire qui doit être inférieure à 50 kWh.m-2 par an, régit les besoins bioclimatiques et la conservation de la chaleur en hiver et la fraîcheur en été [3]. La norme RE 2020 lui a succédé avec de nouveaux critères à respecter pour les constructions neuves et la rénovation. Cette dernière impose plusieurs objectifs : des bâtiments à énergie positive, des habitations qui consomment moins, des isolants plus épais,…Il est donc nécessaire de bien choisir son isolant, pour cela il faut s’intéresser aux différentes caractéristiques de l’isolant comme la résistance thermique, la conductivité thermique ( plus la valeur est faible plus l’isolant est performant), l’épaisseur ou encore les matériaux qui le compose [7]. Les isolants sont classifiés en 3 grandes familles : naturels (laine de coton, laine de mouton,…), minéraux (laine de verre, laine de roche,..) et synthétiques ( polystyrène extrudé, expansé,..). L’isolant naturel possède de nombreuses qualités pour les habitations et même pour les hommes. D’un point de vue écologique et humain, l’isolant naturel est préférable car il est non polluant et permet un plus grand confort. Les isolants naturels limitent l’humidité dans les logements grâce à la régulation hygrométrique. Par exemple, la laine de coton est essentiellement composée de coton industriel recyclé et 80% de fibres de coton permettant un excellent régulateur d’hygrométrie pour l’habitation. Les fibres de coton absorbent l’humidité ce qui favorise un meilleur confort pour les habitants en assurant une atmosphère saine. Ensuite, l’isolant minéral est fabriqué à partir de sable, basalte,

ou de verre recyclé qui possède de nombreux avantages. Ces isolants sont connus pour être incombustibles c’est-à-dire qu’ils présentent un excellent comportement face au feu et peuvent donc être posés à proximité d’une source de chaleur en évitant les risques d’incendies. Les isolants minéraux possèdent également une très longue durée de vie malgré qu’ils aient des difficultés à supporter l’humidité dans des proportions importantes. Ils ont aussi une faible conductivité thermique qui garantit une meilleure performance en termes d’isolation thermique. C’est le cas de la laine de verre, un matériau constitué à 95% de sable, l’adjonction d’un liant acrylique permet le bon maintien de l’enchevêtrement des fibres. De plus, elle est n’est pas poussiéreuse n’y irritante et sa composition présente très peu de formaldéhyde (émission de COV, composé organiques volatiles). Enfin, l’isolant synthétique est composé de produit de l’industrie chimique et pétrolière. L’une des principales différences avec les autres familles d’isolants est la rigidité des matériaux synthétiques. Parmi ces isolants synthétiques, nous avons le polystyrène qui est d’abord issu du naphta, un produit de la distillation fractionnée du pétrole. Le naphta subit donc une polymérisation mélangé avec d’autres composants comme le styrène, le gaz pentane et de l’eau. Le seul inconvénient est que ces isolants sont sensibles aux feux.  Une approche théorique, expérimentale et numérique peut être réalisée afin de comparer les différentes performances des isolants afin de contribuer à une meilleure isolation pour une habitation. Ainsi, il est nécessaire de faire un bilan thermodynamique et énergétique pour comparer les différents résultats et les impacts qu’ils génèrent afin d’opter pour la meilleure isolation thermique. 

Problématique retenue : - Dans quelle mesure l’isolation thermique agit sur les transferts thermiques et permet de réduire les problèmes liés à la santé ? - Comment le choix d’un isolant impacte les transferts thermiques et affecte la santé ? Objectif du TIPE : L’objectif est d’étudier les transferts thermiques selon les isolants grâce à des expériences qui les modélisent afin de comprendre et déterminer l’isolant diminuant le plus les pertes de chaleur. Pour cela, j’ai choisi un isolant de chaque famille : la laine de coton, la laine de verre et le polystyrène extrudé. Grâce à une maquette modélisant une habitation, j’étudierais les pertes de chaleurs en fonction des isolants composés de différents matériaux. Pour conclure, j’opterais pour l’isolant respectant le plus l’environnement en diminuant les besoins énergétiques mais aussi celui qui réduit le plus les risques liés à la santé.

Positionnement thématique : PHYSIQUE (physique de la matière) CHIMIE SCIENCES DE L’INGÉNIEUR

Mots-clés (français): Isolant / transfert thermique / thermodynamique / énergétique / expérimentation

Mots-clés (anglais) : Insulating / thermal transfert / thermodynamics / energy / experimentation

Références bibliographiques : [1] Par Pierre-Emmanuel Thiard (syndicat national des fabricants d’isolants en laines minérales manufacturées : lhttps://www.filmm.org/le-mag/votre-confort/bien-etre-quotidien/lisolation-un-enjeudesante#:~:text=Une%20maison%20bien%20isol%C3%A9e%20permet,le%20rhume%20et%20les %20bronchites. [2] Par totalEnergies marketing France (isolation thermique : qu’est ce que c’est ?) : https://www.lenergietoutcompris.fr/actualites-conseils/isolation-thermique-qu-est-ce-que-c-est48620#:~:text=L'isolation%20thermique%20a%20pour,ainsi%20que%20les%20murs%20ext %C3%A9rieurs. [3] Par Kalegos ingénierie (eRT2012) : https://www.e-rt2012.fr/explications/conception/choisirisolation-rt-2012/ [4] Par Effy (quels sont les différents types d’isolants utilisables) : https://www.quelleenergie.fr/questions/types-isolation [5] Par Ooreka (choisir un isolant) : https://isolation.ooreka.fr/astuce/voir/672833/laine-de-verreblanche#:~:text=La%20laine%20de%20verre%20blanche%20se%20constitue %20%C3%A0%2095%20%25%20de,des%20laines%20de%20verre%20traditionnelles. [6] Par Gaz tarif réglementé (Les différents matériaux isolants) : https://gaz-tarif-reglemente.fr/maitriser-sa-consommation/travaux/isolation/materiaux-isolants/isolantsmineraux.html#:~:text=Comme%20son%20appellation%20le%20laisse,roche%20volcanique%2C %20etc.).&text=En%20France%20et%20dans%20le,pour%20les%20travaux%20d’isolation. [7] Par Tout sur l’isolation (Comment évaluer la performance d’un isolant ?) : https://www.toutsurlisolation.com/lambda-isolation-performance-thermique [8] Par Isonat (L’histoire de l’isolation dans l’habitat) : https://www.isonat.com/actualites/lhistoirede-lisolation-dans-lhabitat [9] Par Jean Danckeart (isolation thermique industrielle) : https://www.techniques-ingenieur.fr/ base-documentaire/archives-th12/archives-thermique-industrielle-tiabec/archive-1/isolation-thermique-industrielle-b2347/