Sprint final
France métropolitaine, septembre 2021 • Physique-Chimie
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France métropolitaine • Septembre 2021
Une réglementation thermique, la RT 2020
Intérêt du sujet • Pour lutter contre le réchauffement climatique, la France met beaucoup de moyens dans le domaine de l’habitat. Voici l’étude d’une nouvelle réglementation qui limite les pertes d’énergie.
Les démarches engagées et les essais, même non aboutis, seront pris en compte.
Dans le cadre d’un développement durable, la France veut optimiser sa consommation énergétique globale pour lutter contre le réchauffement climatique. Ainsi, dans le domaine de l’habitat, une nouvelle réglementation thermique, la RT 2020, vise à construire des logements bien isolés et économes en énergie en associant des matériaux efficaces, de nouvelles technologies de génération d’énergie électrique (panneaux photovoltaïques…) et une meilleure gestion de la consommation énergétique grâce à la domotique.
▶ 1. On s’intéresse aux panneaux photovoltaïques de la toiture d’une habitation. Sans recopier le diagramme de conversion d’énergie ci-dessous, associer sur votre copie chacun des trois numéros à une forme d’énergie choisie parmi les suivantes : énergie électrique, énergie lumineuse, énergie cinétique, énergie chimique, énergie thermique. (3 points)
▶ 2. Afin qu’un bâtiment réponde à la réglementation RT 2020, sa consommation énergétique est réduite en choisissant des matériaux qui ont :
un bon pouvoir isolant. Plus un matériau est isolant, plus sa conductivité thermique est faible ;
un impact environnemental satisfaisant comme les matériaux biosourcés. Un matériau biosourcé est un matériau d’origine animale ou végétale.
Matériaux de construction isolants :
D’après https://conseils-thermiques.org
a) En vous aidant du tableau précédent, classer sur la copie les trois matériaux indiqués du moins isolant au plus isolant. Justifier la réponse. (4 points)
b) Parmi les trois matériaux indiqués, choisir celui qui permet de répondre au mieux à la RT 2020. Fournir deux arguments justificatifs. (4,5 points)
▶ 3. L’installation d’un isolant lors de la construction d’un bâtiment est soumise à des normes très strictes pour faire face aux risques d’incendie.
La cellulose
L’isolant ouate de cellulose est un dérivé de la cellulose.
La cellulose est formée de chaînes de glucose liées entre elles pour former une fibre. On donne ci-dessous un modèle d’une molécule de glucose de formule brute C6H12O6.
L’équation de la réaction modélisant la combustion du glucose s’écrit :
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
a) En vous aidant des informations ci-dessus, donner le nom et le nombre des atomes présents dans une molécule de glucose. (3 points)
b) Donner le nom et la formule chimique des deux produits formés lors de la combustion du glucose. (4 points)
▶ 4. Un constructeur propose à des acheteurs une maison d’une surface de 100 m2. Elle bénéficie d’une bonne isolation en ouate de cellulose.
La puissance totale perdue vers l’extérieur est compensée par la puissance du chauffage électrique de la maison. Pour une température moyenne intérieure de 19 °C, on relève une puissance moyenne perdue de 0,85 kW.
Le constructeur indique que cette maison est de classe A.
Classement de la consommation énergétique des bâtiments en kWh par an et par m2
D’après encyclopédie Acqualys
a) Montrer que, pour cette maison, l’énergie électrique consommée par an est égale à environ 2 500 kWh. Préciser la relation utilisée. Toute démarche même partielle sera prise en compte. (2 points)
Donnée : pour une année, on considère qu’il y a 120 jours de 24 h de chauffage.
b) À l’aide du classement de la consommation énergétique des bâtiments en kWh par an et par mètre carré et d’un calcul, indiquer si l’affirmation du constructeur à propos du classement énergétique de la maison est exacte. (4,5 points)
Les clés du sujet
Comprendre l’énoncé
Il n’y a pas de document dans ce sujet. Il faut chercher les informations nécessaires pour répondre aux questions dans les introductions aux questions.
Pour les questions 2. a) et 2. b), utilise le tableau donné dans l’introduction pour comparer les matériaux que l’on te demande de choisir.
L’introduction à la question 4 et l’énoncé de la question 4. a) contiennent des données chiffrées : souligne-les et utilise-les pour effectuer des calculs et baser ton raisonnement sur leurs résultats.
Répondre aux questions
▶ 2. a) Réfère-toi bien à la définition de la conductivité, qui est donnée dans l’introduction de la question 2.
b) La réglementation RT 2020 impose deux conditions données dans l’introduction de la question. Le matériau choisi doit les satisfaire toutes les deux.
▶ 1. 1 : énergie lumineuse
2 : énergie électrique
3 : énergie thermique
▶ 2. a) D’après l’énoncé, plus la conductivité thermique est faible, plus le matériau est isolant.
Nous remarquons dans le tableau des matériaux de construction que la paille a la conductivité thermique la plus élevée (0,045 SI), elle est donc la moins isolante des matériaux. Vient ensuite l’ouate de cellulose avec une conductivité thermique de 0,042 SI, puis la laine de verre avec une conductivité de 0,035 SI, qui arrivent donc à la deuxième et à la dernière place du classement (0,042 SI > 0,035 SI).
Le classement des matériaux présentés du moins isolant au plus isolant est donc : la paille – l’ouate de cellulose – la laine de verre.
b) Parmi les trois matériaux présentés, celui qui répond le mieux aux normes de la RT 2020 est la ouate de cellulose. Il faut en effet remplir deux conditions : avoir une conductivité la plus faible possible et être biosourcé.
Même si la laine de verre a une conductivité plus basse (0,035 SI) que celle de la ouate de cellulose, elle ne pouvait être choisie car elle n’est pas biosourcée.
Quant à la paille, biosourcée, elle a une conductivité thermique un peu plus élevée (0,045 SI) que celle de la ouate de cellulose (0,042 SI), ce qui la rend moins isolante.
▶ 3. a) La molécule de glucose contient 6 atomes de carbone, 12 atomes d’hydrogène et 6 atomes d’oxygène.
b) Les produits formés lors d’une réaction chimique figurent à droite de la flèche, dans l’équation de la réaction. Les produits de la combustion du glucose sont donc : CO2, le dioxyde de carbone, et H2O, l’eau.
▶ 4. a) On cherche à calculer l’énergie consommée par an pour cette maison. La puissance moyenne perdue est P = 0,85 kW et la durée de chauffage est t = 120 jours de 24 heures. On utilise la relation :
E = P × t = 0,85 × (120 × 24) = 2 448 kWh
conseil
Utilise la formule liant l’énergie à la puissance et au temps et n’oublie surtout pas de vérifier la compatibilité des unités : l’énergie est en kWh.
On constate en effet que l’énergie consommée par an est environ égale à 2 500 kWh.
b) Il faut calculer l’énergie consommée par m2 de la maison que l’on appellera Econso. Nous savons que l’énergie consommée par toute la maison est E = 2 448 kWh. La surface de la maison étant S = 100 m2, on a alors :
= 24,5 kWh/m2
Le classement de la consommation énergétique indique qu’un bâtiment est classé A (basse consommation) si sa consommation énergétique annuelle est comprise entre 15 et 50 kWh/m2. Nous constatons que la valeur calculée pour cette maison Econso = 24,5 kWh/m2 est comprise entre ces deux valeurs. La maison en question est donc bien de classe A comme l’indique le constructeur.