Le chauffage des habitations représente près de 50 % de la consommation d'énergie mondiale. Ce pourcentage est presque identique concernant les émissions de dioxyde de carbone \text{CO}_2(\text{g}).

Quel impact peut avoir une bonne isolation thermique sur une habitation ?

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Doc. 1
Flux thermique

Schéma : flux thermique traversant un objet entre une face chaude et une face froide, illustré par des thermomètres et une flèche rouge.

Le flux thermique \phi est la quantité d'énergie qui s'échange entre deux corps par unité de temps :

\phi=\frac{Q}{\Delta t} où

\phi : flux thermique échangé (W)
Q : énergie de transfert thermique (J)
\Delta t : durée de l'échange (s)

Le flux thermique entre les deux faces d'une paroi est proportionnel à l'écart de température \Delta T :

\phi=\frac{\Delta T}{R_{\mathrm{th}}} où

\Delta T : écart de températures (K)
R_{\mathrm{th}} : résistance thermique (K·W^-1)

La grandeur R_{\mathrm{th}} quantifie l'opposition de la paroi au flux thermique. Lorsque les parois sont superposées, les résistances thermiques s'ajoutent.

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Doc. 2
Maison à isoler

Thermographie d'une maison révélant des pertes de chaleur au niveau des murs et du toit.

Sur l'image infrarouge apparaissent en rouge les surfaces les plus chaudes et en violet les plus froides. Cette maison possède 15 m² de vitrage simple, les murs extérieurs font 85 m², le toit 79 m² et le sol 70 m².

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Doc. 3
Résistance thermique surfacique

La résistance thermique surfacique r_{\mathrm{S}} est une grandeur indépendante de la taille de la surface S qui caractérise le pouvoir isolant d'une paroi :

r_{\mathrm{s}}=R_{\mathrm{th}} \cdot S

r_{\mathrm{s}} : résistance thermique surfacique (m²·K·W^-1)
S : surface de la paroi (m²)

Parois	Vitre	Mur	Sol	Plafond	Triple vitrage	Laine de verre
Résistance thermique surfacique \bm r_{\textbf{s}} (m²·K·W^‑1)	0,16	1,9	3,1	4,2	1,6	3,1

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Questions

Compétence(s)

REA : Appliquer une formule
COM : Rédiger correctement une résolution d'exercice

1. Repérer sur l'image en infrarouge les zones de déperdition thermique.

2. Calculer la résistance thermique R_{\mathrm{th}} des vitres, du sol, des murs et du plafond. En déduire la paroi la moins isolante.

3. Calculer le flux thermique passant par les vitres \phi_{\text{v}}, les murs \phi_{\mathrm{m}}, du plafond \phi_{\mathrm{p}} et du sol \phi_{\mathrm{s}} lorsque l'écart de température entre l'intérieur et l'extérieur est de 20 K.

4. Comparer ces valeurs à la réponse de la question 1.

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Synthèse de l'activité

Calculer l'économie d'énergie réalisée en une année si le simple vitrage est remplacé par du triple vitrage pour un écart moyen de température de 5 K.

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Physique-Chimie Terminale Spécialité

Flux thermique et résistance thermique

Doc. 1Flux thermique

Doc. 2Maison à isoler

Doc. 3Résistance thermique surfacique

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Doc. 2
Maison à isoler

Doc. 3
Résistance thermique surfacique