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Activité 10 – TP : gradient de température dans une paroi TP EXPÉRIMENTAL

Ch05 – Isolation | 1ère ERA-MA | ⏱ 1 h (TP) | Binôme

Dernière mise à jour : 31 mai 2026

Ce que tu vas apprendre :

🤔 Avant de commencer

Sur une paroi multicouche entre 20 °C (intérieur) et 0 °C (extérieur), la température varie-t-elle linéairement ?

Non. La T° fait des « marches d'escalier » à chaque interface. Dans chaque couche, la chute de T° est proportionnelle à la résistance thermique R de cette couche. Donc la couche la plus isolante (R élevée) « avale » la plus grosse partie du ΔT. C'est ce qu'on va vérifier expérimentalement.

Objectif du TP

Mesurer la température aux 5 interfaces d'un assemblage 4 couches (carton + air + carton + mousse) entre une face chaude et une face froide. Comparer aux prédictions théoriques.

🧰 Matériel

Montage TP — 5 thermocouples T0 à T4 CHAUD 40 °C Carton Air 20 mm Carton Mousse 30 mm FROID 5 °C T0 T1 T2 T3 T4

📖 Vocabulaire

Thermocouple
Capteur de T° formé de 2 fils métalliques différents. Génère une tension proportionnelle à T. Précision ± 1 °C.
Régime stationnaire
État où T° ne change plus dans le temps (mais varie dans l'espace). Atteint après 15-30 min d'équilibrage.
Loi de Fourier
Flux thermique Φ = − λ × (dT/dx). Pour 1 couche : ΔT = R × Φ. Couches en série : ΔT_i ∝ R_i.

Protocole

  1. Placer la paroi entre les 2 boîtes, étanchéité à l'aide de mastic.
  2. Placer T0 et T4 dans les boîtes (faces extérieures). T1, T2, T3 aux interfaces.
  3. Lancer chauffage côté chaud, mettre glaçons côté froid.
  4. Attendre 20 min pour atteindre le régime stationnaire.
  5. Relever les 5 températures simultanément.

Q1 APP — Tableau de mesures

PointPositionT° mesurée (°C)ΔT couche précédente (°C)
T0Face chaude (carton ext)...—
T1Carton/air......
T2Air/carton......
T3Carton/mousse......
T4Face froide (mousse ext)......
PointT (°C)ΔT (°C)R couche
T040——
T138,51,5 (carton)0,07
T234,54,0 (air)0,18
T333,01,5 (carton)0,07
T45,028 (mousse)1,3

R total = 0,07 + 0,18 + 0,07 + 1,3 = 1,62 m²·K/W.

Q2 ANA

Calculer ΔT théorique de chaque couche : ΔT_i = (R_i / R_total) × ΔT_total.

ΔT_total = 40 − 5 = 35 °C.

Carton 1 : 0,07 / 1,62 × 35 = 1,5 °C ✓.

Air : 0,18 / 1,62 × 35 = 3,9 °C ≈ 4 ✓.

Carton 2 : 1,5 °C (idem).

Mousse : 1,3 / 1,62 × 35 = 28 °C ✓.

La couche la plus isolante (mousse, R 1,3) « avale » 80 % du ΔT.

Q3 REA

Tracer T(x) sur 5 points (x = 0, 5, 25, 30, 60 mm). Que constate-t-on ?

La courbe T(x) fait des marches d'escalier. Dans chaque matériau, la pente est linéaire mais la pente change à chaque interface. Plus la couche est isolante, plus la pente est forte.

La mousse (30 mm) accapare la plus grande chute (28 °C). Les cartons sont presque « transparents thermiquement ».

Q4 ANA

Calculer le flux thermique Φ = ΔT_total / R_total. Vérifier avec une couche.

Φ = 35 / 1,62 ≈ 21,6 W/m².

Vérification sur mousse : ΔT = R × Φ → 1,3 × 21,6 = 28,1 °C ✓.

Le flux est constant dans toutes les couches (conservation de l'énergie en régime stationnaire). Ce qui passe en chaque couche est égal.

Q5 ANA

Si on enlevait la mousse (couche dominante), nouveau R et flux ?

Sans mousse : R = 0,07 + 0,18 + 0,07 = 0,32 m²·K/W.

Φ = 35 / 0,32 = 109 W/m². Soit 5× plus de pertes.

Démontre l'importance d'avoir au moins une « grosse » couche isolante. Une paroi sans isolant principal performe mal même si elle est composite.

Q6 ANA

Application : si T_int = 20 °C et T_ext = 0 °C, où est le risque de condensation (point de rosée à 60 % HR : T_rosée ≈ 12 °C) ?

Calcul T à chaque interface (ΔT_tot = 20 °C) :

T0 = 20. T1 = 20 − (0,07/1,62)×20 = 19,1. T2 = 19,1 − (0,18/1,62)×20 = 16,9. T3 = 16,9 − (0,07/1,62)×20 = 16,0. T4 = 0.

Aucun point ≤ 12 °C dans la zone air ou carton intérieur. Pas de condensation interne (point de rosée atteint dans la mousse, où il n'y a pas d'humidité).

Conclusion : la mousse côté froid PROTÈGE contre la condensation. Si on inversait (mousse côté chaud), le point de rosée serait dans le carton → moisi possible. Toujours mettre l'isolant côté froid extérieur.

Q7 VAL

Sources d'erreur du TP ?

  • Non-régime stationnaire : si mesure trop tôt, T° en transitoire.
  • Fuites thermiques latérales par les bords de la paroi.
  • Thermocouples mal positionnés (pas exactement à l'interface).
  • Contact thermique imparfait entre couches (lame d'air parasite).
  • Variation T° des sources (lampe se stabilise, glaçons fondent).

Q8 COM — Compte-rendu (10 lignes)

TP — Gradient de T° dans paroi multicouche — [Nom, Prénom, classe, date]
Objectif : vérifier que ΔT_couche ∝ R_couche.
Matériel : 2 boîtes T° contrôlée, paroi 4 couches (carton-air-carton-mousse), 5 thermocouples.
Résultats : T0=40 °C, T1=38,5, T2=34,5, T3=33,0, T4=5,0 °C.
Vérification : ΔT_mousse (28 °C) / ΔT_total (35 °C) = 80 % = R_mousse / R_total ✓.
Conclusion : La couche la plus isolante porte la plus grande chute de T°. Φ constant dans la paroi.
Application : mousse côté extérieur protège les couches intérieures du froid → pas de condensation interne. Loi de Fourier vérifiée expérimentalement.

✅ Auto-évaluation

Bonus — Pourquoi mettre l'isolant côté extérieur (ITE) plutôt qu'intérieur (ITI) ?

ITE (Isolation Thermique par l'Extérieur) place l'isolant côté froid. Avantages :

  • Pas de pont thermique structurel : la dalle/poutre/cloison est protégée.
  • Pas de condensation interne : le point de rosée tombe dans l'isolant, pas dans le mur porteur.
  • Inertie thermique préservée : le mur lourd intérieur stabilise la T° (confort).

ITI : moins cher mais moins performant, mur exposé au gel, ponts thermiques importants, perte d'espace habitable.

RE2020 favorise nettement l'ITE pour le neuf, qui devient la norme en construction.

À retenir

📚 TP de fin de chapitre Ch05.