Rénovation énergétique d'une école BTS FED 2026.

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A. Isolation des murs par l’extérieur
 L’objectif est de choisir un isolant et d’en évaluer l’épaisseur. Afin de bénéficier des aides gouvernementales, la réglementation environnementale RE2020 impose que la résistance thermique des murs soit au minimum de 3,7 m2 · K ⋅ W−1 . L’audit effectué par le bureau d’études aboutit à la préconisation suivante :
L’isolation par l’extérieur avec un isolant biosourcé de type fibre de bois est recommandée. La valeur minimale préconisée pour la résistance thermique R de cet isolant est 3,7 m2 · K ⋅ W−1 . Cette isolation permettra également de bénéficier d’un meilleur confort durant l’été.
1. Indiquer au moins deux critères qui justifient la proposition du bureau d’études pour le choix de l’isolant biosourcé de type fibre de bois.
Bonne isolation thermique ; excellente isolation acoustique ; forte inertie thermique  limitant la surchauffe estivale.
Le quartier où est situé le bâtiment est très calme et les façades du bâtiment sont particulièrement exposées aux intempéries.
2. Proposer un isolant mieux adapté en justifiant la réponse.
La fibre de bois étant sensible à l'humidité, le liège est peu sensible à l'humidité, présente de bonnes isolations acoustique et thermique, ainsi qu'une bonne inertie thermique.

L’entreprise chargée des travaux a finalement proposé d’utiliser du polystyrène expansé (PSE) comme isolant pour des raisons principalement financières. La conductivité thermique l du PSE est égale à 0,037 W ⋅ m−1 ⋅ K −1 . Les pertes thermiques par conduction Pth à travers une paroi de surface S pour un écart de températures Text − Tint sont données par la relation Pth = (Text−Tint) × S / R .
3. Indiquer, avec justification, s’il faut réduire ou augmenter la valeur  R de la paroi pour diminuer les pertes thermiques.
A températures extérieure et intérieurs identiques, à surface des murs identique, il faut augmenter R pour diminuer les pertes thermiques.
La résistance thermique R en m2 ⋅ K ⋅ W−1 s’exprime en fonction de la conductivité thermique l et de l’épaisseur e du matériau par la relation R= e / l .
La résistance thermique des murs en béton est considérée négligeable.
4. Évaluer l’épaisseur e de polystyrène expansé à poser pour répondre aux exigences de la réglementation environnementale RE2020.
3,7 = e / 0,037 ; e = 3,7 * 0,037 =0,1369 ~0,14 m ou 14 cm.

B. Ventilation mécanique contrôlée à double flux
L’objectif est de valider le choix du modèle de ventilation mécanique contrôlée à double flux et de déterminer son impact acoustique. Conclusions du bureau d’études :
Aujourd’hui, la ventilation des classes se fait uniquement par l’ouverture des fenêtres. La mise en place d’une ventilation mécanique contrôlée double flux (VMC DF), d’un débit de 450 m3 ⋅ h −1 par pièce (classes et couloir), permettra d’assurer un taux de renouvellement d’air conforme au règlement sanitaire départemental, soit 15 m3 ⋅ h −1 par occupant des salles de classe. […] La ventilation double flux avec échange de chaleur permet de préchauffer l’air neuf entrant avec de l’énergie récupérée dans l’air vicié extrait. Elle favorise un confort thermique optimal, une qualité de l’air intérieur amélioré et un gain énergétique significatif.
Choix de la ventilation
Une ventilation à double flux type Plate Box®952 -2000 de FRANCE AIR a été installée sur chaque niveau.
5. Expliquer l’intérêt d’une ventilation à double flux.
Elle récupère jusqu'à 90 % de la chaleur de l'air extrait.
L'air neuf est insufflé à une température proche de la température de la maison.
L'air extérieur passe par des filtres, ce qui retient les pollens et les particules fines.
Les bruits extérieurs sont réduits.
6. À partir des conclusions du bureau d’études, du plan des lieux précisé sur la figure ci-dessous et des informations de l’ANNEXE 2, justifier le choix du modèle 2000 de la ventilation à double flux Plate Box®952 avec un débit de 1 900 m3 ⋅ h −1 pour chaque niveau.

3 pièces et un couloir par niveau : débit recommandé =450 x4 = 1800 m3 h-1.

Protection acoustique
L’objectif est de vérifier le confort acoustique lors du fonctionnement de la ventilation à double flux.
 7. À l’aide du document de l’ANNEXE 2, relever la valeur du niveau global de puissance acoustique, noté Lw1, en dB(A) de la ventilation à double flux fonctionnant avec un débit de 1900 m3 ⋅ h −1 .
Lw1 = 74 dB(A)
La documentation technique des panneaux isolants constituant le faux plafond situé juste au-dessous de la ventilation à double flux indique un coefficient de transmission acoustique t = 0,12. L’affaiblissement acoustique R en décibels correspond à la différence entre le niveau sonore incident sur la paroi et le niveau transmis. Il est relié au coefficient de transmission par R = 10 × log ( 1/ t ).
 8. En choisissant judicieusement le matériel parmi la liste proposée en ANNEXE 3, proposer un protocole expérimental permettant de déterminer l’affaiblissement acoustique, puis le coefficient de transmission t des panneaux isolants constituant le faux plafond.
Source sonore stable et réglable  ( haut parleur) connecté à un générateur de signaux.
Sonomètre
Matériau testé.
Dispositif étanche constitué d'une enceinte d'émission et d'une enceinte de réception séparées par le matériau isolant.à tester.
  9. Calculer la valeur de l’affaiblissement acoustique R par le faux plafond.
R = 10 log (1/0,12)=9,2 dB
10. Calculer le niveau global de puissance acoustique, noté Lw2, en dB(A) juste après les panneaux.
Lw2, =Lw1 -R = 74-9,2 =  64,8 ~65 dB(A).
 11. Préciser, en vous aidant de l’ANNEXE 4, si les conditions de travail seront acceptables en justifiant la réponse.
Pas de danger auditif, les conditions de travail sont acceptables.

C. Remplacement de la chaudière à gaz
L’objectif est d’évaluer l’impact environnemental de la chaudière à gaz en vérifiant la quantité de dioxyde de carbone produite. Les conclusions du bureau d’études sont les suivantes : Le rapport du bureau d’études présente un comparatif des consommations d’énergie avant et après travaux, ainsi que l’impact écologique en précisant la masse de dioxyde de carbone rejetée dans l’atmosphère par an :
Avant travaux chaudière à gaz
Après travaux PAC
Consommation de gaz kW h / an
émission de CO2, tonnes / an
Consommation électrique  kWh / an
émission de CO2 tonnes par an
31 430
8,2
7857
5,2

La chaudière est alimentée par du gaz naturel, composé essentiellement de méthane, de formule CH4. Ce gaz fossile est dit naturel car il résulte de la transformation naturelle de matières organiques.
Données – Pouvoir calorifique inférieur du méthane : PCI = 10,5 kW · h · kg −1 .
– Masse molaire du méthane : M (CH4)= 16,0 g · mol −1 .
– Masse molaire du dioxyde de carbone : M(CO2) = 44,0 g · mol −1 .
 Lors de la combustion complète du méthane CH4 avec le dioxygène O2 de l'air, il se forme du gaz carbonique CO2 et de la vapeur d’eau H2O.
12. Écrire l’équation de la combustion complète du méthane.
CH4(g) + 2O2(g) --> CO2(g) + 2H2O(g).
13. Calculer la masse m(CH4), puis la quantité de matière de méthane n(CH4), consommées annuellement avant l’installation de la PAC.
Consommation de méthane / Pouvoir calorifique du méthane = 31 430 / 10,5 =2993 kg.
14. Vérifier la valeur de la masse m(CO2) du dioxyde de carbone produite par la combustion donnée par le bureau d’études avant la réalisation des travaux.
n(méthane) = m(méthane) / M(méthane) = 2993 / 0,016 = 1,87 105 mol.
n(CO2) =1,87 105 mol.
Masse de CO2 = 1,87 105 * M(CO2)=1,87 105 *44 = 8,2 106 g = 8,2 tonnes.
 
D. Qualité de l’eau du circuit de chauffage
L’objectif est de déterminer s’il est nécessaire de traiter l’eau qui circule dans le système de chauffage. Les principaux problèmes auxquels peut être confronté le réseau de chauffage sont :
– la formation de boues dues principalement à la corrosion de l’acier des radiateurs, liée à l’acidité de l’eau ;
– la formation de tartre, liée à la dureté de l’eau.
L’eau utilisée dans le circuit de chauffage a un pH égal à 8,2.
15. Proposer une méthode permettant de mesurer le pH de l’eau du circuit de chauffage.
Tremper un papier indicateur de pH dans cette eau. Comparer la couleur obtenue avec l'échelle de teintes.
16. Indiquer si cette eau est acide ou basique en justifiant la réponse.
pH > 7, donc eau basique.
Afin de déterminer la dureté de l’eau, il est nécessaire de réaliser un titrage à l’EDTA. Le titrage d’un volume de 20 mL d’eau est réalisé avec une solution d’EDTA, de concentration égale à 0,010 mol ⋅ L −1 .
17. Compléter le schéma qui représente le dispositif expérimental utilisé.

À l’équivalence, le volume 𝑉e d’EDTA versé est égal à 6,6 mL.
18. À l’aide de l’ANNEXE 5, montrer que le titre hydrotimétrique TH de l’eau utilisée dans le circuit de chauffage est égal à 33 °f.
A l'équiuvalence, quantité de matière d'ion calcium et magnésium : 0,010 x 6,6 =6,6 10-2 mmol dans  20 mL d'eau.
6,6 10-2 / 20 = 3,3 10-3 mol / L.
TH = 3,3 10-3 * 104 = 33 °f..
L'eau est qualifiée de dure.
19. Expliquer s’il est nécessaire de traiter l’eau de chauffage et, dans l’affirmative, proposer une solution en expliquant le principe.
Une eau dure est traitée par un adoucisseur grâce à une résine échangeuse d'ions.



 




  
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