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Découverte de l’architecture bioclimatique - Ecole de Migné

Comment utiliser au mieux l’énergie du soleil pour chauffer une maison et comment ralentir son refroidissement ?


20. 7-9 ans
Lieu : Classes de Découverte Scientifiques
Domaines : Architecture, Energie,


Entourés de neige fraîchement tombée, expériences et découvertes en classe et en extérieur ont permis aux 13 élèves de s’interroger et d’acquérir les connaissances nécessaires pour concevoir une architecture adaptée au milieu montagnard et respectueuse de l’environnement.

  Jeudi 4 novembre

Après avoir compris qu’il est nécessaire d’utiliser l’énergie du soleil pour chauffer les maisons en hiver, nous avons découvert la variation des positions du soleil durant la journée et suivant les saisons.

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Energie solaire
La chromosphère du Soleil, photographié par la sonde Soho, avec en haut à droite des protubérances
Image tirée du site :
www.system.solaire.free.fr/soleil.htm
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Diagramme solaire 44°N
Vue de la course du soleil en hiver

Ensuite, répartis en 4 groupes, nous avons réalisé le montage de quatre petits cubes en kit légèrement différents, mais tous vitrés sur une face afin de recevoir idéalement un maximum de soleil. Orientation de la face vitrée, mise en place des poteaux et des poutres, un vrai petit petit casse-tête afin d’emboîter les éléments porteurs de manière à pouvoir refermer correctement les cubes grâce aux panneaux de carton mis à disposition.

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Le kit de départ
Outils et éléments

A la fin, il a fallu que chacun des groupes retaille le toit dépassant vers le Sud afin d’éviter que les rayons directs du soleil puissent rentrer dans le cube au plus fort de l’été, à l’heure où le soleil est au plus haut : c’est le coup de la casquette !

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En hiver
Il faut se tourner vers le soleil pour profiter de la chaleur que nous apportent ses rayons. C’est pourquoi nous devons plutôt ouvrir notre maison en direction du Sud. Il pourra alors entrer du matin jusqu’au soir.


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En été
Il faut éviter la surchauffe. On peut mettre une casquette. Comme le soleil monte moins haut dans le ciel en hiver il passe sous la casquette, mais en été il ne rentre plus dans la maison quand il est au plus haut.

L’après-midi : Test de chauffe et de refroidissement à l’intérieur des maquettes. Il a fallu bien réfléchir à la mise en place de l’expérience : définir ce que l’on veut mesurer et faire en sorte que les mesures puissent être comparées.

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Relevés en période de chauffe
Maquette isolée et maquette avec trou en façade —
Relevés de températures intérieures et extérieures toutes les 30 secondes (chauffe et refroidissement)

  Vendredi 5 novembre

Le matin, nous avons pu étudier les résultats de nos expériences grâce aux courbes de températures réalisées par notre animateur. Nous avons d’abord dû comprendre la lecture des graphiques. Alors nous avons pu voir que certaines maquettes ont plus chauffé que d’autres. Elle n’ont pas refroidi non plus de la même manière. La maquette que nous avions isolée a refroidi moins vite ainsi que la maquette dont l’intérieur était peint en noir. La maquette qui a refroidit le plus vite fut la maquette qui avait un trou.

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Maquettes testées
1-Maquette témoin
2-Mur intérieurs noirs
3-Trou en façade
4-Isolation murs et toit par bandelettes de tissu recyclé —
8 minutes de chauffe par lampe hallogène et 8 minutes de refroidissement ( les 2 lampes ont été éteintes )


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Courbes des tempérartures obtenues
1-Témoin : bleu
2-Murs noir : noir
3-Trou : vert
4-Isolation : rouge
Nota : Les températures extérieures initiales n’étaient pas identiques.

Quelques explications :
Grâce à un miroir, une vitre, une plaque noire, une blanche et une verte, nous avons compris que la lumière, lorsqu’elle rencontre un matériau peut : être réfléchie, passer au travers, ou être absorbée. En posant une plaque blanche et une plaque noire sur la neige, nous avons bien pu comprendre que la lumière absorbée se transforme en chaleur. Nous avons alors pu comprendre que les murs noirs dans la maquette avaient redonner cette chaleur à l’intérieur pendant le refroidissement : elle a donc refroidi un peu moins vite.

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Ensuite, grâce à des maquettes et un dessin, nous avons découvert pourquoi il y a des saisons. C’est parce que l’axe de rotation de la terre sur elle-même est incliné. En France, en été, la terre est inclinée vers le soleil. Une même quantité de ses rayons arrive sur une surface plus petite en été qu’en hiver. Donc, ça chauffe plus en été. En plus les journées sont plus longues en été, il y a du soleil plus longtemps.

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Schéma explicatif des saisons
Bien sûr les proportions entre la terre et le soleil ne sont pas respectées. En réfléchissant avec la maquette terre-soleil nous savons que la terre devrait être beaucoup plus petite et bien plus loin. C’est d’ailleurs pourquoi les rayons directs du soleil arrivent tous parallèlement sur notre petite terre.

 Samedi 6 novembre

Pour mieux savoir ce qu’est un plan en architecture, nous avons dû remettre le nom des lieux du centre sur le plan des étages -1 et rez-de-chaussée du centre. Pendant ce temps un autre groupe devait dessiner le plan de notre salle d’activité avec l’aide de notre animateur : dessiner le contour de la salle selon les dimensions réelles à l’échelle 1/100. C’est 100 fois plus petit : pour dessiner 1 mètre, on dessine 1 centimètre.

On a ensuite indiquer où se trouvait le Sud, du côté des fenêtres.
Ensuite nous avons dessiner l’épaisseur des murs. Puis nous avons dessiné les portes et compris qu’il fallait faire des trous dans les murs. Pour nous aider, nous avons regarder de dessus la maquette de la salle coupée en deux horizontalement. Ensuite on a dessiner les fenêtres. C’est aussi un trou, mais on a compris qu’il y avait un mur sous la fenêtre qu’il fallait aussi dessiner.

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Plan de la salle Ecologis

Si on coupe verticalement la maquette et qu’on regarde de côté, nous avons pu voir la hauteur de la salle. On peut alors faire une autre sorte dessin : une coupe verticale où on peut voir la hauteur des salles, les fondations, les planchers et le toit. C’est aussi bien pratique pour comprendre comment arrive le soleil dans un bâtiment selon les saisons.

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En début d’après-midi, nous sommes montés au dessus de la petite station de ski ou nous avons pu voir comment étaient installées les anciennes maisons des paysans en montagne. Ce sont les jas, regroupés en jasserie.

Après le goûter, grâce à une maquette nous avons compris pourquoi les jas sont à moitié enterrés. C’est pour se protéger du vent et permettre de rentrer facilement le foin sous le toit. Le foin permettait aussi d’isoler la maison.

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Implantation traditionnelle d’un jas

Ensuite, nous avons dessiner en même temps que notre animateur le plan et la coupe d’un jas. On a compris que les paysans habitaient au rez-de-chaussé à côté des vaches pour profiter de la chaleur de leurs corps. On a aussi compris que l’habitation était plutôt tournée vers le Sud pour recevoir plus de soleil.
Grâce au dessin en coupe nous avons pu comprendre comment étaient faits le plancher de l’étage et la charpente qui soutient le toit.

 Dimanche 7 novembre

Le matin nous avons décidé de notre projet : notre animateur voulait que nous imaginions un nouveau bâtiment dans la prairie du centre. Nous avons voulu une plus grande salle d’activité avec une bibliothèque, un coin salon, un coin ordinateur, un atelier, une salle de travail comme en classe, et une salle de musique. En plus il fallait des toilettes filles et garçons sans oublier les handicapés. Nous voulions aussi un jardin.

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Ensuite nous somme sortis pour trouver l’emplacement de notre nouveau bâtiment : nous avons fait trois propositions avec trois bonnes raisons chacune. Finalement nous avons choisi d’enterrer un peu le bâtiment dans la pente pour l’isoler et le protéger du vent comme les jasseries. Comme pour les charrettes de foin, on pourra accéder à l’étage en fauteuil. L’endroit profite un maximum du soleil. Il est suffisamment loin de la forêt au Sud. Il ne fait pas d’ombre sur le centre mais il n’est pas trop loin pour aller rapidement à la cantine !
L’après-midi, nous avons commencé librement à dessiner les plans en pensant à bien orienter le bâtiment et ses fenêtres. Nous avons pensé que le bâtiment devait plutôt être sur base carrée ou en demi-sphère comme le quinzhee (sorte d’igloo creusé dans un tas de neige bien tassée) que notre animateur avait fait pour notre arrivée.
Quand on a froid dehors, on peut se mettre en boule pour perdre moins de chaleur. Notre bâtiment sera donc compact pour mieux garder sa chaleur.

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Mais nous avons vite vu que ces formes n’étaient pas très pratiques pour recevoir toutes nos idées. Le plan de notre bâtiment sera donc un peu étiré : un rectangle de 12m par 8m. Nos plans et notre maquette seront désormais à une autre échelle. Ce sera deux fois plus grand qu’au 1/100 : on passe des mètres aux centimètres et on multiplie par deux. Pour représenter 1m on dessine donc 2cm.

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Le Quinzhee
Abri de neige creusé dans un amas de neige compactée.
Le terme est emprunté à l’ Athabaskan, langue d’un peuple indigène nord-américain.

 Lundi 8 novembre

Le matin, pendant que certains continuaient à dessiner les plans, par petits groupes nous avons construit la structure que nous imaginions en bois grâce à des piques. Petit à petit nous avons monter les poteaux qui reçoivent les poutres, le plancher et le toit. Nous avons fait un toit à un pan qui permet de s’ouvrir plus en grand vers le Sud. Bien sû on a pensé aux casquettes pour l’été. A la fin de la séance nous nous sommes répartis en 3 groupes : les « terrassiers » qui vont faire le terrain pour notre maquette finale, les « maçons » qui vont construire les murs qui retiendront le terrain et qui recevront les poteaux et les « charpentiers » qui vont tailler les poteaux et les poutres.

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Ébauche de la structure


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Proposition d’aménagement intérieur
Plan au 1/50


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 Mardi 9 novembre

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Réalisation du socle de la maquette
Découpe des plaques de polystyrène extrudé au fil chaud. Il a fallu ouvrir les fenêtres !

Le matin nous travaillons tous les 13 pour réaliser la maquette selon notre rôle. Une fois toutes les pièces réalisées, nous pouvons coller les murs sur le socle, puis chacun notre tour, en donnant nos idées, les poteaux et les poutres. Heureusement, notre animateur nous avaient fait une vue en perspective avec les bonnes dimensions pour que nous puissions allez plus vite.

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Réalisation de la maquette
Mise en place des premiers poteaux (baguettes de pin massif)


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Après les poteaux, les poutres...


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... puis la charpente du toit

L’après-midi, pendant que les derniers éléments de charpente étaient collés, nous avons réalisé un panneau où nous expliquons comment concevoir une maison pouvant capter et garder au mieux la chaleur apportée par le soleil et un autre où nous expliquons les phénomènes que nous avons découvert (la course du soleil, la lumière et les matériaux et l’effet de serre).

Nous avons alors pu expliquer tout cela à nos trois visiteurs de l’association et répondre à leurs questions.

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Explication des phénomènes découverts


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Comment concevoir sa maison ?


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Maquette en fin de séjour
De retour en classe nous pourrons terminer la maquette. Faire l’enveloppe, mettre les portes et les fenêtres, l’escalier, les cloisons...

 Mercredi 10 novembre

Petit bonus avant de partir. Le matin, par petits groupes, nous avons observé au microscope différents matériaux isolants. Nous avons compris pourquoi ils ne conduisent pas bien la chaleur. Si nous avions appris par l’expérience qu’il ne fallait pas jouer trop longtemps avec la neige quand on avait des gants en laine sous peine de se geler les mains, maintenant nous savons pourquoi !

Avec l’aide précieuse de Cécile et de Véronique, l’institutrice et son accompagnatrice, cette classe fût pensée et animée par Thomas Rebillard qui s’en va maintenant vers d’autres aventures.



Thomas REBILLARD,
date de publication : 15 avril 2009,
date de dernière mise à jour : 11 février 2013


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