Accueil > Accompagnements personnalisés > Atelier scientifique > Dans notre lycée HQE, testons les capacités des isolants

Dans notre lycée HQE, testons les capacités des isolants

dimanche 21 juin 2009 par Joëlle Mirabaud

Notre lycée bientôt HQE

Ayant suivi l’analyse des besoins du Lycée et la liste des transformations HQE (Haute Qualité Environnementale) envisagées, l’atelier scientifique a choisi de se documenter en consultant :
- 100 Projets de nouveaux Lycées d’Île-de-France, dossier construit sous la responsabilité de Jean-Paul Huchon : construire ou rébnover un lycée : une longue histoire, la démarche HQE pour les lycées franciliens.
- Liste des caractéristiques HQE à respecter pour qu’un bâtiment ait droit au label de qualité HQE
- Diagnostic environnemental du Lycée (voir pdf joint).
- Maquette de l’architecte Jean-François Laurent, responsable de la restructuration-extension du Lycée Mansart.
Nous avons alors décidé de travailler sur ;
- les capacités des isolants acoustiques et thermiques (ci-dessous),
- l’intérêt du photovoltaïsme en Ile-de-France.

L’isolation acoustique

I. Les matériaux isolants
Nous avons utilisé différents matériaux pour tester l’isolation acoustique. Les matériaux d’isolation classique (placoplâtre, polystyrène, polystyrène expansé) proviennent du milieu professionnel, nous avons réussit à nous les procurer grâce à un élève de l’atelier scientifique ayant des connaissances dans le milieu.
Les matériaux d’isolation écologique moderne (ouate de cellulose, de laine, de chanvre, de lin) ont été obtenus par notre professeur.
En comparaison, nous avons aussi utilisé tous les matériaux (carton, papier, flocons d’amidon) stockés dans les réserves du lycée (c’est vraiment très utile, ces réserves…). Pour mettre à rude épreuve ces matériaux nous avons utilisé le générique de "C’est pas sorcier" !

II. Les expériences
1) Protocole expérimental :
Nous avons utilisé un carton dans lequel nous avons fait deux compartiments. L’un contient les enceintes, l’autre contient la matière isolante, de 11cm d’épaisseur. A l’extérieur du carton, nous avons collé contre le compartiment isolant un appareil mesurant les décibels.

2) Résultats :
Tout d’abord nous avons créé un témoin, c’est-à-dire que nous avons fait l’expérience sans la boîte en carton mais en écartant les enceintes de notre "décibel-mètre" de 11cm, soit la longueur du compartiment isolant.
Puis nous avons mis les enceintes dans une boîte en carton avec le compartiment d’isolation vide de matériaux donc plein d’air. Nous avons un résultat de 83 décibels, soit -9db.
Nous continuons notre expérience en mettant dans le compartiment d’isolation de la ouate de cellulose. Nous obtenons un résultat de 77 décibels, soit -15db.
En quatrième étape nous mettons dans le compartiment d’isolation des flocons d’amidon de maïs. Le flocon de maïs ressemble à du polystyrène mais c’est fabriqué à base d’amidon comme nous l’a indiqué le test que nous avons fait au préalable : l’eau iodée jaune devient violette au contact de l’amidon. Nous remarquons que lors de cette étape, il reste de l’air entre les flocons. Nous obtenons -14db.
Testons de même le polystyrène et le placoplâtre, nous obtenons -10dbpolystyrène + placoplâtre, -10db. Enfin avec la laine de chanvre, nous mesurons -12db.

3) L’interprétation de ces résultats demande un complément de tests (voir "Testons nos matériaux isolants ci-dessous).
Après ce complément de recherche, nous pouvons dire que, de manière générale, les matériaux présentant le plus d’air emprisonné sont les plus efficaces : l’air est le meilleur isolant à condition de ne pas circuler.

III. conclusion
La ouate de cellulose et le flocon d’amidon isolent un peu mieux que le placoplâtre et le polystyrène qui, de plus, sont des matériaux moins respectueux de l’environnement.
Il faut exprimer une réserve car tous les résultats ne sont pas obtenus de manière strictement identiques : le compartiment de la caisse ne contenait pas exactement la même quantité de matériau isolant et la caisse elle même atténue les différences de résultats...

Testons les isolants thermiques

I. Une lampe de 60W chauffe-t-elle plus qu’une lampe de 40W ?
Nous avons fait attention de mettre les 2 lampes à même distance de leur flacon pour qu’un seul facteur intervienne : la puissance de l’ampoule.Au bout de 15min, le flacon a (60W) a augmenté de 12°C, le flacon B (40W) au augmenté de 8°C.
Conclusion : Une lampe de 60W chauffe plus qu’une lampe de 40W, proportionnellement à sa puissance, il faut donc faire attention à pendre des lampes de même puissance.

II. Quels matériaux sont les meilleurs isolants ?
Pour les expériences suivantes, le seul paramètre changeant est le matériau entourant le flacon. L’interprétation de ces résultats demande un complément de recherche, identique pour l’isolation thermique et acoustique ! (voir ci-dessous "testons nos matériaux isolants")
Après ce complément de recherche, nous pouvons dire que, de manière générale, les matériaux contenant le plus d’air sont les plus isolant. Le point clé est d’isoler le récipient de tous les cotés, pour éviter les fuites. Certains de nos résultats sont inattendus à cause de ces ponts thermiques qui ont limité l’efficacité de l’isolant choisi. Nous ferons mieux pour gagner le défi !

III. Isolation actuelle du lycée
Nous avons relevé des enregistrements de notre mini station météo sur l’année. La température extérieure varie au maximum de 37,4°C en été à un minimum de -2°C en hivers. La température intérieure varie au maximum de 46,9°C en été à un minimum de 13,8°C en hivers.
En résumé, le laboratoire de SVT où se trouve la mini station météo est un four en été et un réfrigérateur en hiver.
Il est vrai que les murs du lycée sont en béton peint, sans le moindre isolant. De plus les grandes fenêtres sont équipées de vitrage simple. Vivement le nouveau lycée !

IV. Défi ingénieur :
Cette fois, l’objectif sera de garder la chaleur de l’eau contenue dans le flacon le plus longtemps possible, tout en sélectionnant les matériaux emballant les flacons, les plus pratiques en fonction de leur rareté, efficacité, coût…
Pour déterminer le meilleur choix, on effectuera au bout des 30 minutes d’expérience, le calcul suivant :
température de l’eau - prix des matériaux = score.
Le groupe ayant le score le plus élevé sera le plus efficace !

Testons nos matériaux isolants

I. Pesons les matériaux isolants
Pour mieux comprendre nos résultats, nous avons pesé les échantillons biologiques qui sont les plus performants.
Nous les avons taillés pour qu’ils aient tous le même volume, celui d’une boite en plastique de 8/10/4cm soit 320cm3.
La balance a été tarée : le poids de 28,7gr de la boite vide a été enregistré et sera automatiquement enlevé du poids du matériau.
- laine de lin = 30,63gr
- laine de chanvre = 28,68gr
- ouate de cellulose = 21gr
- flocons d’amidon = 13,26gr.
Leur légèreté doit provenir de la grande proportion d’air qu’ils contiennent !

II. Mesurons la quantité d’air dans ces échantillons :
Pour le savoir, nous avons rempli la boite d’eau et pesé de nouveau. Sachant qu’un litre d’eau pèse 1kg, nous avons calculé le volume d’eau ajouté.
- laine de chanvre = 105,68gr soit 77ml d’eau ajouté pour remplir la boite à raz-bord.
- ouate de cellulose = 132gr soit 111ml ajoutés
- Laine de lin = 91,76gr soit 61,13ml ajoutés
-  Flocons d’amidon = 288,26gr soit 275ml ajoutés. Nous avons d’ailleurs eu un problème avec les flocons : une fois mouillés, ils fondent et se sont réduits à 3mm de pâte au fond de la boite !
Mais est-ce de l’air emprisonné ? Est-ce de l’air circulant ?

III. Vérifions la présence d’alvéoles d’air au microscope x400
En comparant tous nos résultats, nous avons la preuve de l’importance de l’air comme isolant, à condition que ce soit de l’air emprisonné. Sinon, il se crée un pont thermique ou acoustique, l’air circule et emporte la chaleur ou les bruits avec lui...
L’interprétation de ces résultats demande un complément de tests (voir l’article "Tests identiques pour l’isolation thermique et acoustique"). Après ce complément de recherche, nous pouvons dire que, de manière générale, les matériaux présentant le plus d’air emprisonné sont les plus efficaces : l’air est le meilleur isolant à condition de ne pas circuler.

Conclusion
La ouate de cellulose et le flocon d’amidon isolent un peu mieux que le placoplâtre et le polystyrène qui, de plus, sont des matériaux moins respectueux de l’environnement. Il faut exprimer une réserve car tous les résultats ne sont pas obtenus de manière strictement identiques : le compartiment de la caisse ne contenait pas exactement la même quantité de matériau isolant et la caisse elle même atténue les différences de résultats...

Documents joints


| Plan du site | Mentions légales | Suivre la vie du site RSS 2.0 | Haut de page | SPIP | ScolaSPIP
Lycée Jules-Hardouin Mansart de Saint Cyr L’Ecole (académie de Versailles)
Directeur de publication : Emmanuel ROUX