Aurélie 14/09/10
 

 

La maison de chanvre : acoustique, isolation thermique, chimie : BTS bâtiment 2010.

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Le chanvre est une plante cultivée en Europe et utilisée pour ses fibres particulièrement robustes. Il est solide, léger, pousse vite tout en ne nécessitant ni traitement, ni engrais. Le béton de chanvre est composé de débris de chanvre ( la chènevotte ) et d'un liant à base de chaux. Son faible coût en énergie à la fabrication et ses caractéristiques spécifiques très intéressantes ( isolation phonique, thermique, élasticité ) expliquent le fait qu'il est de plus en plus sollicité dans l'éco construction. Il peut convenir à de nombreuses utilisations : pour les sols, en tant qu'isolant pour les murs , pour les toitures...
Nous allons étudier une pièce d'une maison écologique construite en béton de chanvre ainsi que la cuve de récupération des eaux de ruissellement.
Les dimensions de la pièce sont données sur le schéma suivant. La hauteur des murs et des cloisons est de 2,50 m, la hauteur des portes-fenètres et des portes est de 2,10 m.


Etude acoustique.
Un véhicule passe à proximité de la maison. La mesure du niveau d'intensité acoustique a donné les résultats suivants :
fc ( Hz)
125
250
500
1000
2000
4000
L ( dB)
86
85
81
80
78
72

Que représente chaque valeur de fc dans ce tableau ?
On sélectionne le spectre en bandes de fréquences appelées bandes d'octaves,  identifiées par leur fréquence centrale fc (63, 125, 250, 500, 1 000, 2 000, 4 000, 8 000 Hz).
Calculer le niveau d'intensité acoustique global.
Intensité acoustique I ( W m-2) : I = I0100,1 L= 10-12 
100,1 L;
Les intensités acoustiques s'ajoutent : Itotal =
10-12 [108,6+ 108,5+108,1+108,0+107,8+107,2]
Itotal  = 10-12 [3,98 108+ 3,16 108+1,26 108+108,0+0,631 108+0,158 108]
Itotal = 10-12 *10,19 108 = 1,02 10-3 W m-2.
Lglobal = 10 log (
Itotal / I0) =10 log (1,02 10-3 /10-12 ) = 90 dB.


Le niveau sonore émis à présent par le véhicule est de 80 dB.
Calculer l'intensité correspondante.
I = I0100,1 L= 10-12 100,1 L= 10-12 108= 1,0 10-4 W m-2.
Calculer la puissance acoustique correspondante au niveau de la maison si le véhicule est à 25 m de celle-ci.
Puissance acoustique d'une source P= 4 p R2 I
P = 4*3,14*252 *10-4 =0,785 ~0,79 W.

 

On va maintenant étudier le temps de réverbération. Un faible temps de réverbération permet de réduire la fatigue et le stress. Il doit être inférieur à 0,5 s.
Donner la définition du temps de réverbération.
C'est le temps mis par un bruit pour décroître de 60 dB apprès coupure de la source.


Montrer que l'aire équivalente A de la pièce est égale à 36,7 m2.
amur = 0,7 ;
aporte = 0,09 ; aporte-fenètre = 0,12 ; aplafond =asol = 0,08 ; acloison =0,5.
A =amur Smur +aporte Sporte+ aporte-fenètre Sporte-fenètre+aplafond Splafond +asol Ssol + acloisonScloison ;
A =0,7 *[16,80*2,50 -4*2,1)+0,09*2*2,1+0,12*4*2,1+0,08*5*6,8 +0,08*5*6,8 +0,5*[6,80*2,5-2*2,1];
A = 23,52 +0,378 +1,008 +2,72 + 2,72 +6,4 = 36,7 m2.
Calculer le temps de réverbération TR .
TR = 0,16 V / A avec V = 5*6,8*2,5 =85 m3.
TR = 0,16*85 / 36,7 =0,37 s.






Etude thermique des murs extrieurs.

la composition des murs extérieurs est la suivante : 30 cm de béton de chanvre puis une lame d'air de 4 cm et une plaque de fermacell de 6 cm constituée de gypse ( substance minérale )  et de fibres de papier.
Les conductivités thermiques sont les suivantes : ( en W m-1°C-1 )
lchanvre = 0,14 ; lfermacell = 0,32 ; lair = 0,024 ; ri =0,11 m2 °C W-1 ;
re =0,060 m2 °C W-1.
La température extérieure est qe = 3°C.
La température intérieure est qe = 19°C.
Donner l'expression littérale puis calculer la résistance surfacique de ce mur.
R = ri re +echanvre / lchanvre +efermacell / lfermacell +eair /lair ;
R= 0,11 +0,060 + 0,30 / 0,14 +0,06 / 0,32 + 0,04 / 0,024 =0,17 +2,143 +0,1875 +1,667 =4,1675 ~ 4,2
m2 °C W-1.
Calculer le flux surfacique F transmis à travers ce type de mur.
Coefficient de transmission : K = 1/R = 1/4,1675 =0,234  W °C-1 m-2.
F = K  (qi-qe) = 0,234 (19-3) =3,84 ~3,8 W m-2.
Montrer que le flux thermique perdu à travers l'ensemble des murs extérieurs est environ 130 W.
Smur = 16,80*2,50 -4*2,1 =33,6 m2 ; flux = F Smur =3,84*33,6 = 129 W ~ 130 W.
Calculer la température superficielle intérieure qsi.
F = 1/ri(qi -qsi ) ; qsi =qi -F ri =19-3,84 *0,11 = 18,6°C.

Nous allons maintenant comparer la résistance thermique de ce mur avec celle d'un mur classique composé de parpaings de 20 cm d'épaisseur et de placomur de 110 mm. L'aération de la pièce est assurée par un système de ventilation. L'air de la pièce est renouvellé totalement une fois par heure.
Donner l'expression littérale puis calculer la résistance surfacique de ce mur ; conclure.
lparpaing = 1,15 ; lplacomur = 0,04.
R = ri re +eparpaing lparpaing +eplacomur / lplacomur  ;
R= 0,11 +0,060 + 0,20 / 1,15 +0,11 / 0,04 = 3,094 ~ 3,1
m2 °C W-1.
La résistance thermique du mur en béton de chanvre est environ 25 % supérieure à celle d'un mur en parpaings doublé de placomur. Le flux thermique sera donc plus faible pour le mur de béton de chanvre.
Calculer le volume de la pièce et en déduire la masse d'air renouvelé en une heure. rair = 1,3 kg m-3.
V = 5*6,8*2,5 =85 m3 ; masse d'air : m = V
rair =85*1,3 =110,5 ~1,1 102 kg.
Calculer l'énergie Q fournie par le système de ventilation pour chauffer cet air. Capacité thermique massique de l'air cair = 1000 J kg-1 °C-1.
Q = m
cair (qi -qe ) = 110,5 * 1000 *16 = 1,768 106 ~1,8 106 J.
Quelle doit être la puissance du système de ventillation ?
P = Q / Dt = 1,768 106 / 3600 = 4,9 102 W.






Une cuve en acier a été installée pour recueillir les eaux de ruissellement. Suite à d'importantes précipitations, cette cuve de capacité 7000 L est pleine. Le pH de cette eau est 5,4.
Calculer la concentration molaire en ion H3O+ puis en ion HO-.
[H3O+] = 10-pH = 10-5,4 =3,98 10-6 ~4,0 10-6 mol/L.
A 25°C : [HO-] = 10-14 /
[H3O+] = 10-14 / 3,98 10-6 ~2,5 10-9 mol/L.
 Calculer la quantité de matière d'ions H3O+ présents dans l'eau de pluie.
On souhaite neutraliser l'eau de la cuve en ajoutant de l'hydroxyde de sodium.
Calculer la valeur du pH de l'eau  de la cuve après neutralisation.
Le pH à l'équivalence sera égal à pH = 7 à 25 °C.

Ecrire l'équation de la réaction de neutralisation.
H3O+ + HO-]= 2H2O.
La cuve est à l'air libre.
Citer un agent responsable de la corrosition du fer.
Le dioxygène de l'air oxyde lentement le fer.
Définir les termes oxydation et réduction.
Lors d'une oxydation, un réducteur cède des électrons.
Lors d'une réduction, un oxydant gagne des électrons.
Pour éviter ce phénomène de corrosion, il est nécessaire de protéger la cuve.
Citer deux méthodes de protection.
Peinture anti-rouille ou anode de magnésium qui s'oxyde à la place du fer.


 








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