Le confort thermique en toute saison

2. Conception et réalisation des maquettes
Auteurs : Katia Allegraud(plus d'infos)
Claire CALMET(plus d'infos)
Frédéric Pérez(plus d'infos)
Résumé :
Les élèves procèdent à la réalisation de leurs maquettes et mettent en oeuvre des protocoles de test.
Publication : 23 Novembre 2016
Objectif :
Travailler en équipe à la conception d’un objet technique répondant à un besoin et respectant des contraintes. S’exercer à mettre en œuvre un protocole de mesure. Choisir des matériaux adaptés.
Matériel :
  •  Des contenants identiques pour donner le gabarit de la maison : bacs en plastique, boîtes en carton (type petits aquariums), parallélépipèdes en bois (voir descriptif)…Dimensions typiques : L 15 cm P 10 cm H 13 cm environ. Prévoir un gabarit par groupe, et idéalement quelques-uns en plus si les élèves souhaitent faire des comparaisons au sein d’un même groupe. Le contenant ne doit pas être opaque, ou alors permettre la création d’ouvertures pour simuler les fenêtres.
  • 2 thermomètres par groupe + quelques thermomètres supplémentaires.
  •  un paquet de transparents (pour simuler le vitrage des habitations. On peut également fournir en complément des plaques de verre dont les bords coupants soient protégés ou des plaques de plexiglas)
  •  Un paquet de feuilles noires
  • rouleaux de scotch transparent
  • Matériaux divers pour l’isolation : cartons, laine de mouton, polystyrène, papier bulle
  • Liants : ficelle, élastiques
  • papier aluminium
  • Outils de découpe : cutters, paires de ciseaux
  •  Règles, mètres ruban
  • Supports pour protéger les tables lors des découpes (plaques de bois)
  • Sources lumineuses intenses (type spots de type chantier, ampoules halogène 400 W). Mise en garde : procéder à des tests avant la séance pour vérifier que la source est suffisamment puissante pour provoquer une hausse de température significative dans les prototypes. Il faut également vérifier la distance à adopter par rapport à la source : trop loin, l’élévation de température sera trop faible. Ne pas coller les prototypes au spot car il y a risque de fusion des éléments en plastique composant la maquette.

Phase 3 Conception et réalisation des maquettes (30 minutes)

Les groupes disposent de 30 minutes pour fabriquer le prototype en utilisant du matériel présent dans la salle.

Phase 3 bis optionnelle :

En fonction du temps disponible et des acquis préalables des élèves, il est possible, à ce moment de l’investigation, de consacrer une séance entière à des tests permettant à chaque groupe de choisir les matériaux qui conviennent le mieux au défi. Chaque groupe peut alors comparer pas à pas les performances de sa maquette en faisant varier un seul paramètre à la fois. Il est alors nécessaire de se poser la question du temps d’exposition minimum pour avoir atteint une température d’équilibre à l’intérieur de la maison modélisée. Voici quelques paramètres qui peuvent être testés par les élèves :

  •  présence d’un double vitrage
  •  différentes associations de matériaux pour isoler en les ajoutant pas à pas : carton + laine de mouton…
  •  présence de matériaux foncés absorbant le rayonnement
  • présence de matériaux réfléchissant le rayonnement (aluminium)

 

Voici des exemples de prototypes permettant de tester différentes associations de matériaux ainsi que les relevés de températures effectués :

Phase 4 Test des maquettes et réalisation des affiches (30 min)

L’enseignant circule dans les groupes, et une fois qu’il juge le travail suffisamment avancé, propose de faire un point : où en sont les uns et les autres ? Comment ont-ils prévu de tester leurs prototypes ? A quel endroit de la maquette ont-ils choisi de mesurer la température ? Il demande aux groupes qui ne l’auraient pas fait de mettre par écrit leur protocole de mesure.

Dès que les maquettes sont finalisées, dispositif de mesure inclus, elles peuvent être placées face à un spot pour procéder aux tests.

Pour la suite, chaque groupe désigne un responsable des relevés de température, qui devra noter l’évolution de celle-ci au cours du temps. Les autres procèdent à la réalisation d’une affiche ou d’un diaporama pour présenter leur prototype : le support choisi devra comporter un schéma du dispositif, les résultats obtenus lors des mesures – du moins les premières valeurs si les relevés ne sont pas terminés.