Activité – Diagnostiquer les pertes de chaleur d'une maison DIAGNOSTIC

a) Plus chaude : jonction mur/toiture (pont thermique) à 15,6 °C.

b) Plus froide : sol (dalle sur terre-plein) à 4,8 °C.

c) Une T_{surface ext.} élevée en hiver = la chaleur intérieure traverse la paroi et s'échappe vers l'extérieur. Plus la surface est chaude à l'extérieur, plus les pertes de chaleur sont importantes.

a) Conduction : la chaleur se transmet à travers le béton, de proche en proche, sans déplacement de matière (le mur est un solide).

b) Convection (naturelle) : l'air chaud, moins dense, monte et s'échappe par la trappe vers les combles. Déplacement de matière (fluide = air).

c) Rayonnement : le corps d'Inès (chaud) émet un rayonnement infrarouge vers la vitre froide. Elle perd de l'énergie par rayonnement → sensation de froid à distance, sans contact.

a) m = 300 kg ; c = 1 005 J/(kg·°C) ; Δθ = 17 − 20 = −3 °C.

b) Q = 300 × 1 005 × (−3) = −904 500 J ≈ −904,5 kJ.

Le signe négatif indique que le pavillon perd ~ 905 kJ d'énergie quand l'air intérieur se refroidit de 3 °C.

a) Du moins au plus performant (plus λ petit, mieux isolant) :

1. Laine de verre : λ = 0,035 W/(m·K)
2. Polystyrène expansé : λ = 0,032
3. Mousse polyuréthane : λ = 0,025 (le meilleur)

b) λ_béton / λ_{laine de verre} = 1,7 / 0,035 ≈ 49. Le béton conduit la chaleur ~ 49 fois mieux que la laine de verre. Sans isolation, énormément de chaleur passe par le mur.

c) Le double vitrage emprisonne une lame d'air immobile entre les 2 vitres. L'air immobile est un excellent isolant (λ = 0,026). Cette couche d'air freine la conduction → réduit fortement les pertes.

a) Toiture : 15 000 × 0,30 = 4 500 kWh/an. Murs : 15 000 × 0,25 = 3 750 kWh/an.

b) Après isolation : 15 000 × 0,05 = 750 kWh/an. Économie : 4 500 − 750 = 3 750 kWh/an.

c) Économie financière : 3 750 × 0,10 = 375 €/an.

L'isolation des combles est rentable : coût pose ~ 2 500 € → retour ~ 7 ans, puis bénéfice net pendant 30 ans (durée de vie isolant).

a) Les pertes par renouvellement d'air sont par convection : l'air chaud intérieur est remplacé par de l'air froid extérieur (ventilation, infiltrations par joints).

b) Par convection naturelle, l'air chaud (moins dense) monte vers le plafond et la toiture. L'air chaud s'accumule sous le toit → augmente la différence de T et donc les pertes au niveau de la toiture.

Inversement, l'air froid descend → le sol est en contact avec l'air le plus frais de la pièce → moins d'écart, moins de pertes.

C'est aussi pourquoi un faux plafond et une isolation des combles sont plus efficaces qu'une isolation du sol pour le confort thermique.

Rapport de diagnostic thermique — Pavillon 1985, propriétaire X

1. Isolation des combles (toiture, 30 % des pertes) : poser 30 cm de laine de verre dans les combles → réduire la conduction à travers la toiture. Priorité n°1, gain ~ 375 €/an.
2. Isolation du mur nord (T_surface 11,5 °C) : ITE (Isolation Thermique Extérieure) 12 cm de laine de roche → freiner la conduction à travers le béton.
3. Remplacement de la fenêtre simple vitrage (T_surface 14,8 °C) : double vitrage Low-E à argon → réduire la conduction et le rayonnement infrarouge.
4. Traitement du pont thermique jonction mur/toiture (T_surface 15,6 °C, le pire point) : ajout d'isolant en jonction → supprimer cette zone de fuite par conduction.

Tout corps émet un rayonnement infrarouge dont l'intensité augmente avec sa température (loi de Planck / Stefan-Boltzmann).

Pour les températures de la vie courante (0 à 100 °C), ce rayonnement est dans l'infrarouge lointain, longueurs d'onde 8-14 µm. Invisible à l'œil humain (qui voit 400-700 nm), mais détectable par un capteur spécial.

Une caméra thermique :

1. Capteur microbolométrique (matrice de 320×240 ou 640×480 pixels) : chaque pixel est un mini-thermomètre détectant l'IR.
2. Le capteur mesure la température de chaque point du champ de vision.
3. Le logiciel attribue une fausse couleur à chaque T (bleu = froid, rouge = chaud).
4. L'image affichée est une « carte thermique » de la scène.

Différence avec la vision nocturne classique :

• Vision nocturne (caméra IR proche) : amplifie la lumière visible faible (et un peu d'IR proche). A besoin d'un peu de lumière ambiante. Voir aussi infrarouge à LED actives.
• Caméra thermique : détecte la chaleur émise par les objets eux-mêmes. Fonctionne dans le noir total, dans la fumée, ne peut pas voir à travers le verre (le verre bloque l'IR lointain).

Applications professionnelles :

• Diagnostic thermique de bâtiment (Inès) : 200-2 000 € la caméra.
• Pompiers : voir à travers la fumée pour localiser les victimes.
• Maintenance industrielle : détecter un roulement qui chauffe avant la panne.
• Médecine : détection de cancer, inflammations.
• Astronomie : télescopes IR (James Webb).
• Militaire : vision de nuit, détection de troupes.

Pour Inès : un diagnostic thermique professionnel à la caméra coûte 200-500 € au client, et permet d'identifier précisément les zones à isoler en priorité — investissement très rentable.