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)
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125
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250
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500
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1000
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2000
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4000
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L
( dB)
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86
|
85
|
81
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80
|
78
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72
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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.
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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.
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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.
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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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