Création d'une Maison d'Assistants Maternels, Bts Aménagement Finition 2019.

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Trois assistants maternels décident de s’associer pour créer un nouveau système de garde d’enfants : une maison d’assistants maternels.
 Cette association répond aux demandes concernant le manque de place de garde d’enfants dans la région.
 Pour ce faire, ils doivent mettre aux normes le rez-de-chaussée d’un appartement.
Dans ce sujet,on propose des éléments d’étude dans les domaines thermique, acoustique et chimique.


Données : les cotations sont en centimètres.
Hauteur sous plafond : h = 250 .
Surface des portes et des fenètres ( hauteur x largeur) :
A : fenètre : 90 x80 ; B, fenètre : 120 x50 ; C, porte fenètre 200 x90 ; D, portes intérieures 200 x90 ; baie vitrée : 200 x180.

Thermique.
Etude thermique de la face sud.
 Le mur de la face sud est constitué de brique d’épaisseur eb, de laine de roche d’épaisseur elr et d’un Placotherm qui est un complexe de doublage constitué d’un panneau isolant en polyuréthane d’épaisseur eu, associé à une plaque de plâtre Placo  d’épaisseur ep.
 Les fenêtres du mur sont anciennes, à simple vitrage d’épaisseur evitre.
 La température extérieure est notée θ2 et la température intérieure est notée θ1.
 Épaisseurs des différents constituants de la surface sud :
eb = 20 cm    eu = 140 mm    evitre = 4,0 mm    elr = 10 cm    ep = 13 mm.
Températures intérieure et extérieure : θ1 = 21°C et θ2 = 35°C.
- résistances thermiques surfaciques superficielles ( m2 K W-1) : rsi = 0,13 et rse = 0,04.
Conductivité thermique ( W m-1 K-1) : brique : 1,15 ; laine de roche : 0,044 ; vitre : 3,0 ; placotherm : 0,022 ; gaz : 0,026.
(1) Vérifier que le flux thermique Φ1 traversant le mur de la face sud a une valeur de 27 W.
Résistance termique r = re +ri +eb / lb +elr / llr +eu / lu +ep / lp ;
r = 0,04 +0,13 +0,20 / 1,15 +0,10 / 0,044 +(0,14+0,013) / 0,022 =0,17 +0,174 +2,27 +6,95 =9,57 m2 K W-1.
Surface du mur : S = 8 x 2,50 -2 x1,2 x0,5 =18,8 m2.
flux thermique Φ1 =S Dq / r = 18,8 x(35-21) / 9,57 =27,5 ~27 W.
2. Exprimer littéralement, puis calculer le flux thermique F2 qui traverse les fenètres.
Résistance thermique : r = re +rsi +evit / lvit = 0,04 +0,13 +0,004 / 3,0 = 0,171 m2 K W-1.
Surface des fenètres : S = 2 x1,2 x0,5 = 1,2 m2.
flux thermique Φ2 =S Dq / r = 1,2 x(35-21) / 0,171 =98,2 ~98 W.

 Les assistants maternels décident de remplacer les anciennes fenêtres par des fenêtres à double vitrage.
 Les fenêtres neuves sont constituées de deux vitres chacune d’épaisseur evitre, séparées par une couche de gaz de résistance thermique surfacique rgaz et d’épaisseur egaz.
 Le constructeur garantit une résistance thermique surfacique r égale à 0,35 m2.W.K-1.
  3) Déterminer les valeurs rgaz et egaz.
r = re +rsi +evit / lvit +egaz / lgaz =0,35.
 0,04 +0,13 +0,008 / 3,0 +egaz / lgaz =0,35.
rgaz = egaz / lgaz =0,35 -0,17 -0,0027 = 0,177 m2.W.K-1.
egaz = 0,177 x 0,026 =0,0046 m = 4,6 mm.
      Calculer le flux thermique Φ3 qui traverse les fenêtres à double vitrage.
Flux thermique Φ3 =S Dq / r = 1,2 x(35-21) / 0,35 =48 W.
      Déduire de cette étude l’intérêt du remplacement des fenêtres.
Le flux thermique  à travers les fenètres est pratiquement divisé par 2.

Les calculs précédents ne prennent pas en compte les transferts thermiques par rayonnement solaire.

 

4) Expliquer, en exploitant le document ci-dessus, pourquoi une avancée de toit (casquette) permet de modérer le réchauffement de la salle de jeu en été et de le favoriser en hiver.
En été, le toit casquette empèche les rayons solaires de pénéter dans la salle de jeux. Cette salle est moins réchauffer par le soleil
En hiver, les rayons solaires peuvent pénètrer dans la salle et la réchauffent.


Acoustique.
Étude acoustique du dortoir.
 Les bébés âgés de zéro à un an dormiront dans le dortoir 2.
 La pièce devra donc répondre à une isolation acoustique plus importante de manière à ce que les bébés ne soient pas réveillés par les jeux des plus grands dans la salle de jeux.
 La cloison entre le dortoir 2 et la salle de jeux est constituée d’une cloison alvéolée (BA13 + 40 mm Alvéoles carton + BA 13) d’indice d’affaiblissement R1 =28 dB et d’une porte d’indice d’affaiblissement R2 = 26 dB.
On réalise une analyse du bruit par bande d’octave dans la salle des jeux lorsque les enfants jouent.
 Les résultats sont portés sur le tableau ci-dessous :
Fréquence (Hz)
 125
 250
 500
 1000
 2000
 4000
Niveau sonore ( dB)
 88
 102
 101
 98
 93
 89
intensité acoustique   / 10-12.
 108,8  =6,3 108
 1010,2 =1,58 1010
 1010,1 =1,26 1010 109,8 =6,3 109 109,3 =2,0 109 108,9 =7,9 108

1) Déterminer le niveau global d’intensité dans la salle de jeux lorsque les enfants y jouent.
Itotal / 10-12= 6,3 108+ 1,58 1010+ 1,26 1010+ 6,3 109+ 2,0 109+ 7,9 108=3,8 1010 W m-2.
Niveau sonore L = 10 log( 3,8 1010 ) ~106 dB.
  2) Remplir le tableau suivant et déterminer le niveau global d’intensité pondéré de cette même salle de jeux.
 :
Fréquence (Hz)
 125
 250
 500
 1000
 2000
 4000
Niveau sonore ( dB)
 88
 102
 101
 98
 93
 89
Pondération ( dBA)
 -16,1
 -8,6
 -3,2
 0
 1,2
 1
Niveau sonore pondéré ( dBA)
 88-16,1 = 71,9
 93,4
 97,8
 98
 94,2
 90
intensité acoustique   / 10-12.
 107,19  =1,55 107
 109,34 =2,19 109
 109,78 =6,03 109 109,8 =6,3 109 109,42 =2,63 109 109

Itotal / 10-12= 1,55 107+ 2,19 109+ 6,03 109+ 6,3 109+ 2,63 109+  109=1,8 1010 W m-2.
Niveau sonore L = 10 log( 1,8 1010 ) ~102,6 dBA.
Le coefficient de transmission acoustique total Г de la cloison est égal à 1,75.10-3.
  3) En déduire l’indice d’affaiblissement total de cette cloison.
 R = - 10 log(1,75 10-3) =27,6 dBA.
 Les normes indiquent que le niveau sonore global d’un dortoir pour nourrisson ne doit pas dépasser 33 dBA.
  4) Préciser, en expliquant votre choix, si les normes sont respectées avec la cloison actuelle.
102,6 -27,6 =75 dBA, valeur supérieure à 33 dBA ; les normes ne sont pas respectées.
  5) Parmi les solutions proposées sur le document suivant, envisager, en expliquant votre choix, si l’une d’entre elles pourrait répondre aux normes recommandées.
Indice d'affaiblissement de quelques matériaux (dB) :
Plascostil 98 / 48 : 50 ;
102,6 -50 = 52,6 dB, valeur supérieure à 33 dB. Ne convient pas.
Plascolstil SAA 120 : 61 ;
102,6 -61 = 41,6 dB, valeur supérieure à 33 dB. Ne convient pas.
PAR confort d'isover : 53.
102,6 -53 = 49,6 dB, valeur supérieure à 33 dB. Ne convient pas.

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Chimie organique (3)
Peinture intérieure du dortoir.
 La peinture choisie pour rénover le dortoir 1 contient une macromolécule dont la formule topologique est représentée ci-dessous.
  1) a- Entourer l’unité de répétition (ou motif) de la macromolécule.
      b- Indiquer le groupe fonctionnel présent dans l’unité de répétition.
      c- En déduire à quelle famille chimique appartient la macromolécule.


On s'intéresse à la réaction chimique suivante.
2) a- Compléter l’équation de la réaction.
  b- Nommer la transformation chimique.

 Il existe principalement deux méthodes de synthèse de polymère : la polyaddition et la polycondensation.
  3) Déterminer, en proposant un argumentaire, la méthode qui a permis l’obtention de la macromolécule utilisée dans la peinture.
Polycondensation entre des monomères possèdant deux fonctions chimiques différentes réagissant entre elles avec libération d'eau.

La présence de doubles liaisons dans la chaîne de la macromolécule explique qu’après application de la peinture sur le support, le séchage à l’air de la peinture est possible.
 Lorsque la peinture sèche à l’air, la macromolécule admet une structure tridimensionnelle.
  4) a- Expliquer ce terme.
Structure à trois dimensions. A partir de chaines linéaires, on parvient à construire des chaines accolées les unes aux autres.
      b- Expliquer en quoi ce changement de structure permet le séchage de la peinture à l’air.
On passe d'une structure souple à une structure rigide.

Solution aqueuse (Acide-base : 1 à 3)  (Oxydoréduction : 4 à 9)
Étude de l’utilisation de l’eau de pluie pour les sanitaires (toilettes).
 Les assistants maternels désirent récupérer l’eau de pluie afin de l’utiliser pour les toilettes.
 Pour ce faire, ils récupèrent et installent dans un coin de la cour extérieure une citerne  en béton de volume V égal à 300 litres.
 En cas de manque d’eau de pluie, une vanne est installée pour revenir au circuit classique d’apport d’eau.
 Les assistants maternels font analyser l’eau de récupération contenue dans la citer.
  1) Proposer une méthode expérimentale de la mesure de la valeur du pH de l’eau de récupération.
Papier pH ( mesure peu précise) ou pHmètre ( mesure précise).
 Il est interdit d’utiliser l’eau de pluie non traitée comme boisson.
  2) Justifier cette interdiction.
Des bactéries pathogènes peuvent être présentes.
 La cuve de récupération de l’eau de pluie est en béton.
 La chaux  contenue dans le béton peut éventuellement se dissoudre en partie dans l’eau de pluie.
 L’équation modélisant la transformation chimique est :
Ca(OH)2 (s) ---> Ca2+aq +2HO-aq.
  3) Préciser le sens d’évolution du pH de la solution lorsque la chaux se dissout partiellement dans l’eau.
      Expliquer la réponse.
La concentration en ion hydroxyde HO- augmente : le pH croît.
 Dans une maison devant recevoir des enfants, il n’est pas conseillé d’utiliser de l’eau avec des bactéries pathogènes même pour les sanitaires.
 Les assistants maternels décident de désinfecter l’eau stockée dans la cuve en utilisant de l’eau de Javel.
  4) Écrire la demi-équation relative au couple ClO-aq / Cl-aq.
ClO-aq +2e- +2H+aq = Cl-aq  + H2O.
      En déduire, si dans l’élimination des bactéries pathogènes par l’eau de Javel, l’ion hypochlorite ClO- intervient en tant qu’oxydant ou réducteur.
L'ion hypoclororite gagne des électrons : c'est un oxydant qui se réduit.
  5) Déterminer les précautions opératoires à prendre lorsque l’on utilise de l’eau de Javel.
Port de blouse, gants et lunette.
  6) Exprimer pourquoi il ne faut pas ajouter de l’eau de Javel dans une solution très acide.
Dégagement d'un gaz toxique, le dichlore.
 Il est recommandé de ne pas stocker l’eau de Javel lorsque la solution est diluée.
  7) Expliquer pourquoi une solution d’eau de Javel présente une date de péremption.
ClO- réagit avec l'eau ; l'eau de Javel perd de son efficacité.

  8) Justifier la recommandation suivante, donnée sur l’étiquette d’une bouteille d’eau de Javel : « À conserver au frais et à l’abri de la lumière et du soleil ».

A la chaleur et en présence de lumière, la concentration en ion hypohlorite diminue rapidement au cours du temps.
 Les assistants maternels disposent d’une eau de Javel de concentration molaire volumique en ions ClO- égale à 5.10-1 mol.L-1

  9) En supposant que la cuve est remplie au 2/3, calculer le volume de solution d’eau de Javel qu’ils doivent introduire dans la cuve pour désinfecter l’eau.
Pour désinfecter une eau dans une citerne, il convient de placer une quantité environ égale à 4.10-4 moles d’ions ClO- par litre de solution.
Volume d'eau 2 V / 3 = 2 x300 / 3 = 200 L.
Quantité de matière d'ion hypochlorite : n = 4 10-4 x200 =0,08 mol.
Volume d'eau de Javel = quantité de matière / concentration = 0,08 / (0,5) = 0, 16 L.
 


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