Sujet du Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable 2021 · Métropole Candidat libre - Architecture et Construction (AC)

PARTIE COMMUNE (12 points)

Réhabilitation du centre nautique des Vals du Dauphiné

Mise en situation

Le centre nautique des Vals du Dauphiné à La Tour-du-Pin est situé dans le département de l’Isère (38) entre Lyon et Grenoble. La piscine est ouverte toute l’année, à des horaires variés.

L’établissement est équipé d’un bassin sportif intérieur. Pour les beaux jours, la piscine municipale dispose également d’un espace extérieur composé d’un second bassin, d’un plongeoir et d’une pataugeoire pour les enfants. Des équipements de bien-être comme un solarium permettent de se détendre.

Ouvert au début des années 1970, ce centre nautique intercommunal dispose d’une architecture particulière, que les habitants souhaitent conserver et valoriser. Construit à flanc de colline, les bassins posés sur des pieux profondément ancrés au sol sont répartis sur deux niveaux et l’ensemble de l’équipement sur 4 niveaux. Après plus de quarante années de fonctionnement et bien que régulièrement entretenu, le bâtiment poursuit sa rénovation afin de s’adapter aux normes en vigueur et de contrôler ses consommations énergétiques.

Au programme d'importants travaux de rénovation ont donc été entrepris tels que:

le remplacement des menuiseries extérieures du RDC et R+1 y compris le sas d'entrée;

le remplacement de la centrale de traitement de l'air (CTA);

la rénovation du traitement d'eau avec système de pompage et réchauffage bassin;

la rénovation complète de la chaufferie: mise en place d'une nouvelle chaudière à condensation et d'une micro-cogénération, reprise de tous les départs chaufferies;

le système de gestion technique du bâtiment (GTB) qui supervise et contrôle les services comme le chauffage, la ventilation et le conditionnement d'air, s'assurant qu'ils fonctionnent de la façon la plus efficace et la plus économique possible;

le remplacement des luminaires par des LED dans la halle du bassin sportif.

Travail demandé

Partie 1: quelle est la solution la plus intéressante d'un point de vue énergétique et écologique, dans le cadre de la rénovation du centre aquatique ?

Étude du bilan énergétique et écologique

Question 1.1

Décrire, d'après le document DT1, la tendance des consommations énergétiques des piscines françaises.

Citer la technologie de consommation d'énergie la plus performante.

PARTIE COMMUNE (12 points)

Réhabilitation du centre nautique des Vals du Dauphiné

Mise en situation

Le centre nautique des Vals du Dauphiné à La Tour-du-Pin est situé dans le département de l’Isère (38) entre Lyon et Grenoble. La piscine est ouverte toute l’année, à des horaires variés.

L’établissement est équipé d’un bassin sportif intérieur. Pour les beaux jours, la piscine municipale dispose également d’un espace extérieur composé d’un second bassin, d’un plongeoir et d’une pataugeoire pour les enfants. Des équipements de bien-être comme un solarium permettent de se détendre.

Ouvert au début des années 1970, ce centre nautique intercommunal dispose d’une architecture particulière, que les habitants souhaitent conserver et valoriser. Construit à flanc de colline, les bassins posés sur des pieux profondément ancrés au sol sont répartis sur deux niveaux et l’ensemble de l’équipement sur 4 niveaux. Après plus de quarante années de fonctionnement et bien que régulièrement entretenu, le bâtiment poursuit sa rénovation afin de s’adapter aux normes en vigueur et de contrôler ses consommations énergétiques.

Au programme d'importants travaux de rénovation ont donc été entrepris tels que:

le remplacement des menuiseries extérieures du RDC et R+1 y compris le sas d'entrée;

le remplacement de la centrale de traitement de l'air (CTA);

la rénovation du traitement d'eau avec système de pompage et réchauffage bassin;

la rénovation complète de la chaufferie: mise en place d'une nouvelle chaudière à condensation et d'une micro-cogénération, reprise de tous les départs chaufferies;

le système de gestion technique du bâtiment (GTB) qui supervise et contrôle les services comme le chauffage, la ventilation et le conditionnement d'air, s'assurant qu'ils fonctionnent de la façon la plus efficace et la plus économique possible;

le remplacement des luminaires par des LED dans la halle du bassin sportif.

Principe de la cogénération

La cogénération est la production simultanée d'une énergie thermique et d'une énergie mécanique à partir d'une unique source d'énergie primaire.

L'énergie thermique est utilisée pour les besoins de chauffage du bâtiment et des bassins (avec ou sans production d'Eau Chaude Sanitaire). L'énergie mécanique est utilisée pour produire de l'électricité via un alternateur.

Question 1.2

Identifier les deux blocs du diagramme de blocs internes (IBD) de la chaufferie permettant de chauffer l'eau des bassins. Cocher, sur le document DR10 (DR1), les cases correspondant aux flux d'énergies entrant ou sortant du module de cogénération.

1.

2.

Cochez les cases correspondant aux flux d'énergie absorbée (entrée) ou utile (sortie) pour chaque élément:

Énergie fossile

Énergie mécanique

Énergie électrique

Énergie thermique

Absorbée / Entrée

Utile / Sortie

Absorbée / Entrée

Utile / Sortie

Absorbée / Entrée

Utile / Sortie

Absorbée / Entrée

Utile / Sortie

Moteur thermique

Alternateur

Échangeur échappement

X

X

Échangeur circuits primaires/secondaires

PARTIE COMMUNE (12 points)

Réhabilitation du centre nautique des Vals du Dauphiné

Mise en situation

Le centre nautique des Vals du Dauphiné à La Tour-du-Pin est situé dans le département de l’Isère (38) entre Lyon et Grenoble. La piscine est ouverte toute l’année, à des horaires variés.

L’établissement est équipé d’un bassin sportif intérieur. Pour les beaux jours, la piscine municipale dispose également d’un espace extérieur composé d’un second bassin, d’un plongeoir et d’une pataugeoire pour les enfants. Des équipements de bien-être comme un solarium permettent de se détendre.

Ouvert au début des années 1970, ce centre nautique intercommunal dispose d’une architecture particulière, que les habitants souhaitent conserver et valoriser. Construit à flanc de colline, les bassins posés sur des pieux profondément ancrés au sol sont répartis sur deux niveaux et l’ensemble de l’équipement sur 4 niveaux. Après plus de quarante années de fonctionnement et bien que régulièrement entretenu, le bâtiment poursuit sa rénovation afin de s’adapter aux normes en vigueur et de contrôler ses consommations énergétiques.

Au programme d'importants travaux de rénovation ont donc été entrepris tels que:

le remplacement des menuiseries extérieures du RDC et R+1 y compris le sas d'entrée;

le remplacement de la centrale de traitement de l'air (CTA);

la rénovation du traitement d'eau avec système de pompage et réchauffage bassin;

la rénovation complète de la chaufferie: mise en place d'une nouvelle chaudière à condensation et d'une micro-cogénération, reprise de tous les départs chaufferies;

le système de gestion technique du bâtiment (GTB) qui supervise et contrôle les services comme le chauffage, la ventilation et le conditionnement d'air, s'assurant qu'ils fonctionnent de la façon la plus efficace et la plus économique possible;

le remplacement des luminaires par des LED dans la halle du bassin sportif.

DT4: Impact environnemental de la cogénération au centre nautique de la tour du pin

Rejets

Sans cogénération

Avec cogénération

Différentiel

Différentiel %

Emissions de Dioxyde de Carbone

138,25 t

149,4 t

+11,15 t

+8%

Emissions de Dioxyde de Soufre

71,87 kg

58,59 kg

-13,28 t

-18%

Emissions de Oxyde d'Azote

140,83 kg

137,6 kg

-3,23 t

-2%

Emissions d'autres particules

171,145 kg

155,61 kg

-15,535 t

-9%

Question 1.3

Justifier le choix de la cogénération d'un point de vue du bilan écologique, pour le centre aquatique de la Tour du Pin.

PARTIE COMMUNE (12 points)

Réhabilitation du centre nautique des Vals du Dauphiné

Mise en situation

Le centre nautique des Vals du Dauphiné à La Tour-du-Pin est situé dans le département de l’Isère (38) entre Lyon et Grenoble. La piscine est ouverte toute l’année, à des horaires variés.

L’établissement est équipé d’un bassin sportif intérieur. Pour les beaux jours, la piscine municipale dispose également d’un espace extérieur composé d’un second bassin, d’un plongeoir et d’une pataugeoire pour les enfants. Des équipements de bien-être comme un solarium permettent de se détendre.

Ouvert au début des années 1970, ce centre nautique intercommunal dispose d’une architecture particulière, que les habitants souhaitent conserver et valoriser. Construit à flanc de colline, les bassins posés sur des pieux profondément ancrés au sol sont répartis sur deux niveaux et l’ensemble de l’équipement sur 4 niveaux. Après plus de quarante années de fonctionnement et bien que régulièrement entretenu, le bâtiment poursuit sa rénovation afin de s’adapter aux normes en vigueur et de contrôler ses consommations énergétiques.

Au programme d'importants travaux de rénovation ont donc été entrepris tels que:

le remplacement des menuiseries extérieures du RDC et R+1 y compris le sas d'entrée;

le remplacement de la centrale de traitement de l'air (CTA);

la rénovation du traitement d'eau avec système de pompage et réchauffage bassin;

la rénovation complète de la chaufferie: mise en place d'une nouvelle chaudière à condensation et d'une micro-cogénération, reprise de tous les départs chaufferies;

le système de gestion technique du bâtiment (GTB) qui supervise et contrôle les services comme le chauffage, la ventilation et le conditionnement d'air, s'assurant qu'ils fonctionnent de la façon la plus efficace et la plus économique possible;

le remplacement des luminaires par des LED dans la halle du bassin sportif.

Choix du moteur de cogénération

Partie 2: la solution énergétique alternative par Cogénération au Gaz Naturel est-elle pertinente d'un point de vue économique ?

EDF Obligations d'Achat, aussi nommé EDF OA est l'entité d'EDF responsable de l'achat des énergies renouvelables ou à forte efficacité énergétique. L'entreprise est dans l'obligation d'acheter cette énergie, en vertu du code de l'énergie. D'après l'Arrêté du 3 novembre 2016 fixant les conditions d'achat et du complément de rémunération pour l'électricité produite par les installations de cogénération d'électricité et de chaleur valorisée à partir de gaz naturel, l'année est découpée en deux parties: l'hiver contractuel compris entre le 1er novembre et le 31 mars, et l'été contractuel compris entre le 1er avril et le 30 octobre.

En première approche, le choix d'un moteur ecoGEN33-Agc a été fait (voir DT6), il consomme une puissance $P_{\text{gaz}}$ de 98 kW. On prendra le temps de production pour la revente à 3600 heures par an.

DT5: Tarifs énergie gaz et électricité

Tarifs Énergie

Prix gaz

32 € / MWh

Prix électricité

90 € / MWh

Tarif C16 (rachat électricité par EDF OA)

147,90 € / MWh

DT6: Caractéristiques des moteurs de cogénération

Moteur

Puissance gaz

Puissance thermique

Puissance électrique

Investissement

Gain exploitation

Temps de retour sur investissement

ecoGEN33-Agc

98 kW

73.4 kW

-

97 300 euros

-

-

Gbox50

139 kW

97 kW

47 kW

103 445 euros

16 114 euros

6.4 ans

ecoGEN50-Agc

147 kW

84 kW

50 kW

123 970 euros

13 323 euros

9.3 ans

ecoGEN70-Agc

204 kW

114 kW

70 kW

141 106 euros

19 347 euros

7.3 ans

Aura 404

246 kW

141 kW

90 kW

184 026 euros

24 687 euros

7.5 ans

Question 2.1

Calculer l'énergie $E_{\text{gaz}}$ consommée par an en $\text{MW}\cdot\text{h}$ pour la revente.

Déterminer le coût du gaz consommé par an (voir DT5) et compléter le document réponse DR2.

Question 2.2

Le rendement électrique du système de cogénération est de 33,8%.

Calculer la puissance électrique $P_{\text{élec}}$ délivrée par l'installation.

Déterminer l'énergie électrique $E_{\text{élec}}$ produite par an.

En déduire le gain en euros/an dû à la revente de la totalité l'électricité (voir DT5) et compléter le document réponse DR2.

DR2: Récapitulatif des coûts d'exploitation

Poste de dépense / recette

Montant

Coût gaz consommé

-

Coût du gaz économisé

+ 9 376 euros/an

Revente électricité

+

Maintenance

- 1 944 €/an

Révision annuelle

- 1 238 €/an

Gain d'exploitation

€/an

Question 2.3

La cogénération permet de réduire la consommation de gaz et fait faire une économie de 9376 euros par an sur la facture de gaz.

Déduire le gain d'exploitation par an en euros sur le tableau récapitulatif des coûts d'exploitation à partir du DR2.

Déterminer, à l'aide du document DT6, le nombre d'années nécessaires (temps de retour sur investissement) pour amortir le coût de l'installation d'un système de cogénération avec un moteur ecoGEN33-Agc.

Question 2.4

Le maître d'ouvrage souhaite un temps de retour sur investissement inférieur à 8 ans. La puissance utile pour couvrir les besoins en chauffage de la piscine doit être limitée à 85 kW de puissance thermique car il est techniquement impossible de stocker tout excédant de production.

Justifier si le choix du moteur ecoGEN33-Agc est pertinent par rapport aux autres moteurs présentés sur le document DT6.

PARTIE COMMUNE (12 points)

Réhabilitation du centre nautique des Vals du Dauphiné

Mise en situation

Le centre nautique des Vals du Dauphiné à La Tour-du-Pin est situé dans le département de l’Isère (38) entre Lyon et Grenoble. La piscine est ouverte toute l’année, à des horaires variés.

L’établissement est équipé d’un bassin sportif intérieur. Pour les beaux jours, la piscine municipale dispose également d’un espace extérieur composé d’un second bassin, d’un plongeoir et d’une pataugeoire pour les enfants. Des équipements de bien-être comme un solarium permettent de se détendre.

Ouvert au début des années 1970, ce centre nautique intercommunal dispose d’une architecture particulière, que les habitants souhaitent conserver et valoriser. Construit à flanc de colline, les bassins posés sur des pieux profondément ancrés au sol sont répartis sur deux niveaux et l’ensemble de l’équipement sur 4 niveaux. Après plus de quarante années de fonctionnement et bien que régulièrement entretenu, le bâtiment poursuit sa rénovation afin de s’adapter aux normes en vigueur et de contrôler ses consommations énergétiques.

Au programme d'importants travaux de rénovation ont donc été entrepris tels que:

le remplacement des menuiseries extérieures du RDC et R+1 y compris le sas d'entrée;

le remplacement de la centrale de traitement de l'air (CTA);

la rénovation du traitement d'eau avec système de pompage et réchauffage bassin;

la rénovation complète de la chaufferie: mise en place d'une nouvelle chaudière à condensation et d'une micro-cogénération, reprise de tous les départs chaufferies;

le système de gestion technique du bâtiment (GTB) qui supervise et contrôle les services comme le chauffage, la ventilation et le conditionnement d'air, s'assurant qu'ils fonctionnent de la façon la plus efficace et la plus économique possible;

le remplacement des luminaires par des LED dans la halle du bassin sportif.

Partie 3: les normes de filtration sont-elles respectées ?

La question de l'hygiène en piscine et le nettoyage des locaux sont essentiels. Le manque d'hygiène reste une des principales sources de pollution.

Un baigneur propage 30 millions de bactéries (1 million pour une personne ayant pris une douche savonnée), 25 à 60 ml d'urine, jusqu'à 1 l de sueur et 0,5 g de matières organiques.

La contamination est principalement localisée au niveau du film superficiel de l'eau mais affecte aussi la totalité de l'eau de tous les bassins, l'air et les sols. La filtration de l'eau des bassins est donc essentielle.

DT8: Diagramme des exigences systèmes de filtration

Question 3.1

Indiquer quelles sont les exigences satisfaites par les éléments suivants – bâche tampon, filtres bassins, pompes bassins – à partir du document technique DT8.

PARTIE COMMUNE (12 points)

Réhabilitation du centre nautique des Vals du Dauphiné

Mise en situation

Le centre nautique des Vals du Dauphiné à La Tour-du-Pin est situé dans le département de l’Isère (38) entre Lyon et Grenoble. La piscine est ouverte toute l’année, à des horaires variés.

L’établissement est équipé d’un bassin sportif intérieur. Pour les beaux jours, la piscine municipale dispose également d’un espace extérieur composé d’un second bassin, d’un plongeoir et d’une pataugeoire pour les enfants. Des équipements de bien-être comme un solarium permettent de se détendre.

Ouvert au début des années 1970, ce centre nautique intercommunal dispose d’une architecture particulière, que les habitants souhaitent conserver et valoriser. Construit à flanc de colline, les bassins posés sur des pieux profondément ancrés au sol sont répartis sur deux niveaux et l’ensemble de l’équipement sur 4 niveaux. Après plus de quarante années de fonctionnement et bien que régulièrement entretenu, le bâtiment poursuit sa rénovation afin de s’adapter aux normes en vigueur et de contrôler ses consommations énergétiques.

Au programme d'importants travaux de rénovation ont donc été entrepris tels que:

le remplacement des menuiseries extérieures du RDC et R+1 y compris le sas d'entrée;

le remplacement de la centrale de traitement de l'air (CTA);

la rénovation du traitement d'eau avec système de pompage et réchauffage bassin;

la rénovation complète de la chaufferie: mise en place d'une nouvelle chaudière à condensation et d'une micro-cogénération, reprise de tous les départs chaufferies;

le système de gestion technique du bâtiment (GTB) qui supervise et contrôle les services comme le chauffage, la ventilation et le conditionnement d'air, s'assurant qu'ils fonctionnent de la façon la plus efficace et la plus économique possible;

le remplacement des luminaires par des LED dans la halle du bassin sportif.

Partie 3: les normes de filtration sont-elles respectées ?

Question 3.2

Identifier, sur le document DR3, le circuit d'aspiration et le circuit de refoulement lors de la filtration de l'eau du bassin extérieur et du bassin intérieur (circuit C1) à partir du document DT8.

Justifier la réponse en donnant au moins un argument technique.

Compléter le tableau ci-dessous avec les termes « refoulement » ou « aspiration »:

cheminement de l'eau

Couleur utilisée

Justification

- Circuit de

- circuit de

Question 3.3

L'hydraulicité (circulation de l'eau) d'une piscine doit permettre à la fois d'éviter les zones mortes (zones d'eau non brassées), d'évacuer la pollution rapidement et d'assurer une diffusion uniforme du désinfectant. On distingue trois manières d'assurer la circulation de l'eau:

- Circulation classique: l'évacuation de l'eau est assurée par une ou plusieurs bondes de fond et les arrivées sont disposées en petite profondeur.

- Circulation inversée: l'évacuation de l'eau se fait exclusivement par la surface, (skimmers ou goulottes périphériques) tandis que l'eau traitée arrive par des bouches situées au fond ou à la base des parois.

- Circulation mixte: dans ce cas, l'évacuation se fait simultanément par la surface et le fond. La circulation mixte permet l'évacuation efficace des pollutions ainsi qu'un bon brassage du milieu. Les arrivées d'eau sont situées prioritairement sur les parois, en petite profondeur.

Indiquer quel est le type d'hydraulicité utilisé dans la piscine (classique, inversé ou mixte). Justifier votre réponse.

Question 3.4

Le circuit de filtration C1 est utilisé aussi bien pour le nettoyage du bassin extérieur (en été) que du bassin intérieur (en hiver). Pour la suite de l'étude on s'intéressera uniquement à la filtration durant l'été où seul le bassin extérieur est utilisé.

Calculer le volume du bassin extérieur à partir du DT7.

Relever le temps nécessaire pour la filtration de ce type de bassin sur le diagramme des exigences du DT8.

Calculer le débit réglementaire pour le bassin extérieur en m³·h⁻¹.

Question 3.5

La norme de recirculation de l'eau des bassins impose des obligations pour garantir aux usagers une eau conforme aux normes sanitaires. L'élimination de la couche d'eau superficielle des bassins doit se faire à 50 % au minimum par les surfaces, le reste par le fond.

Calculer le débit d'eau évacuée en surface à partir du DT8.

Question 3.6

Relever sur le document DT8 le débit de la goulotte de reprise pour le bassin extérieur.

Conclure sur la conformité du débit des goulottes de reprise vis-à-vis de la norme de recirculation de l'eau.

PARTIE COMMUNE (12 points)

Réhabilitation du centre nautique des Vals du Dauphiné

Mise en situation

Le centre nautique des Vals du Dauphiné à La Tour-du-Pin est situé dans le département de l’Isère (38) entre Lyon et Grenoble. La piscine est ouverte toute l’année, à des horaires variés.

L’établissement est équipé d’un bassin sportif intérieur. Pour les beaux jours, la piscine municipale dispose également d’un espace extérieur composé d’un second bassin, d’un plongeoir et d’une pataugeoire pour les enfants. Des équipements de bien-être comme un solarium permettent de se détendre.

Ouvert au début des années 1970, ce centre nautique intercommunal dispose d’une architecture particulière, que les habitants souhaitent conserver et valoriser. Construit à flanc de colline, les bassins posés sur des pieux profondément ancrés au sol sont répartis sur deux niveaux et l’ensemble de l’équipement sur 4 niveaux. Après plus de quarante années de fonctionnement et bien que régulièrement entretenu, le bâtiment poursuit sa rénovation afin de s’adapter aux normes en vigueur et de contrôler ses consommations énergétiques.

Au programme d'importants travaux de rénovation ont donc été entrepris tels que:

le remplacement des menuiseries extérieures du RDC et R+1 y compris le sas d'entrée;

le remplacement de la centrale de traitement de l'air (CTA);

la rénovation du traitement d'eau avec système de pompage et réchauffage bassin;

la rénovation complète de la chaufferie: mise en place d'une nouvelle chaudière à condensation et d'une micro-cogénération, reprise de tous les départs chaufferies;

le système de gestion technique du bâtiment (GTB) qui supervise et contrôle les services comme le chauffage, la ventilation et le conditionnement d'air, s'assurant qu'ils fonctionnent de la façon la plus efficace et la plus économique possible;

le remplacement des luminaires par des LED dans la halle du bassin sportif.

Transmission et visualisation des informations liées à la cogénération

Partie 4: l'organisation proposée du réseau est-elle satisfaisante ?

Le schéma du réseau est donné sur le document technique DT9. Les automates de la partie maintenance de la piscine communiquent sur le réseau via le protocole ModbusTCP.

DT9: Schéma du réseau

Question 4.1

Déterminer l'adresse IP de l'automate qui gère la partie cogénération d'après le schéma de câblage du réseau informatique donné sur le DT9.

L'adresse IP de l'automate qui gère le système de filtration de la piscine est 192.168.0.34 et son masque de sous-réseau est 255.255.255.248.

Question 4.2

Déterminer, en précisant la méthode utilisée, l'adresse du sous-réseau de la partie maintenance de la piscine.

Question 4.3

Déterminer, en précisant la méthode utilisée, l'adresse de broadcast du sous-réseau de la partie maintenance de la piscine.

Question 4.4

Déterminer le nombre d'adresses disponibles pour ce sous-réseau.

Question 4.5

Déterminer le nombre d'adresses qui sont restées libres dans le sous-réseau de la partie maintenance.

Suite à un problème technique, il n'est plus possible d'afficher les valeurs de fonctionnement de la chaudière. Un technicien a donc réalisé un ping sur le réseau entre la console de supervision et l'automate de la chaudière afin de vérifier le bon fonctionnement de la connectique du réseau.

Une capture du paquet ICMP a été réalisée grâce au logiciel Wireshark et est disponible sur le DT10.

DT10: Synoptique d'un paquet ICMP

Question 4.6

Déterminer l'adresse IP de l'automate de la chaudière en hexadécimal et en décimal à partir du synoptique d'un paquet ICMP donné sur le DT10.

PARTIE SPÉCIFIQUE (8 points) — ARCHITECTURE ET CONSTRUCTION

Réhabilitation du centre nautique des Vals du Dauphiné

Dans la partie spécifique, vous devez choisir entre traiter la partie B (choix 1) ou la partie E (choix 2).

Les autres parties sont à traiter obligatoirement.

Mise en situation

Un des objectifs de la réhabilitation du centre nautique est l'amélioration de la performance énergétique du complexe. Dans ce but, le centre nautique disposera d'une isolation thermique des murs, ce qui n'était pas le cas.

Dans cette partie nous étudierons le mur présenté sur le DTS1. L'objectif de l'étude proposée est d'étudier la conception et la réalisation de l'isolation thermique pour atteindre les performances voulues par le bureau d'études ainsi que la mise en sécurité du bâtiment.

Question A.1 — Compléter le tableau sur le document réponse DRS1 en précisant pour chaque critère les performances des deux principes d'isolation.

Si la performance est bonne +, si la performance est mauvaise −

· Coût de mise en œuvre · Forte Inertie thermique · Suppression des ponts thermiques · Préservation de l'architecture extérieure

ITI (Isolation Thermique Intérieure) · +

ITE (Isolation Thermique par l'Extérieur) · -

PARTIE SPÉCIFIQUE (8 points) — ARCHITECTURE ET CONSTRUCTION

Réhabilitation du centre nautique des Vals du Dauphiné

Dans la partie spécifique, vous devez choisir entre traiter la partie B (choix 1) ou la partie E (choix 2).

Les autres parties sont à traiter obligatoirement.

Mise en situation

Un des objectifs de la réhabilitation du centre nautique est l'amélioration de la performance énergétique du complexe. Dans ce but, le centre nautique disposera d'une isolation thermique des murs, ce qui n'était pas le cas.

Dans cette partie nous étudierons le mur présenté sur le DTS1. L'objectif de l'étude proposée est d'étudier la conception et la réalisation de l'isolation thermique pour atteindre les performances voulues par le bureau d'études ainsi que la mise en sécurité du bâtiment.

Partie A: la réglementation thermique du 22 mars 2017 est-elle respectée ?

Pour moderniser l'aspect extérieur du bâtiment, l'architecte envisage de mettre en place une ITE (Isolation Thermique par l'Extérieur) protégée par un bardage métallique couleur "gold".

Question A.2

Préciser quelle doit être la valeur minimale de la résistance thermique R du mur étudié après rénovation, à partir de l'extrait de l'arrêté du 22 mars 2017 relatif aux caractéristiques thermiques et à la performance énergétique des bâtiments existants du document DTS2.

Question A.3

Expliquer pourquoi la valeur à retenir pour la somme des coefficients Rsi + Rse est égale à 0,17 m²·K⁻¹·W⁻¹ (documents DTS1 et DTS2 / DTS3).

Question A.4

Calculer la résistance thermique totale du mur après rénovation. Répondre sur le document réponse DRS2.

Question A.5

Vérifier, en expliquant, si la réglementation thermique du 22 mars 2017 est respectée.

PARTIE SPÉCIFIQUE (8 points) — ARCHITECTURE ET CONSTRUCTION

Réhabilitation du centre nautique des Vals du Dauphiné

Dans la partie spécifique, vous devez choisir entre traiter la partie B (choix 1) ou la partie E (choix 2).

Les autres parties sont à traiter obligatoirement.

Mise en situation

Un des objectifs de la réhabilitation du centre nautique est l'amélioration de la performance énergétique du complexe. Dans ce but, le centre nautique disposera d'une isolation thermique des murs, ce qui n'était pas le cas.

Dans cette partie nous étudierons le mur présenté sur le DTS1. L'objectif de l'étude proposée est d'étudier la conception et la réalisation de l'isolation thermique pour atteindre les performances voulues par le bureau d'études ainsi que la mise en sécurité du bâtiment.

Choix 1

Partie B: comment choisir l'isolant adéquat ?

Question B.1

Citer deux paramètres qui permettent d'augmenter la résistance thermique du mur et expliquer comment ils doivent être modifiés.

Le bureau d'études souhaite obtenir un bâtiment dont la performance énergétique est supérieure à la valeur fixée par la réglementation thermique du 22 mars 2017. Il décide de mettre en œuvre un isolant dont la résistance thermique totale est $R = 4{,}6\text{ m}^2\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{W}^{-1}$.

Question B.2

Calculer la nouvelle épaisseur que doit avoir l'isolant pour que le mur ait une résistance thermique totale $R = 4{,}6\text{ m}^2\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{W}^{-1}$. On gardera un isolant ayant la même conductivité thermique $\lambda = 0{,}04\text{ W}\cdot\text{m}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$. La composition du mur reste inchangée.

Question B.3

Noter, choisir et argumenter le choix d'isolant parmi ceux proposés. Répondre sur le document réponse DRS3 ci-dessous.

Rappel: $\lambda$ représente la conductivité thermique du matériau.

Système de notation: pour chaque critère (coût, énergie grise et $\text{CO}_2$) classez les isolants en attribuant une note allant de 1 à 6, la note 6 sera attribuée au meilleur isolant, exemple pour le coût: laine de verre = 6 car la moins chère, polystyrène expansé = 1 car le plus cher. La note finale est obtenue en additionnant les notes: coût, énergie grise et $\text{CO}_2$.

Isolants

Caractéristiques

Critères de prix

Critères d'énergie grise

Critères de Gaz à effet de serre

Notes globales /18

$\lambda$

W/m.K

Épaisseurs

cm

Coûts

€/m²

Notes

/6

Teneurs

kWh/m²

Notes

/6

Émissions

kg CO₂/m²

Notes

/6

Laine de verre

0,04

17

8,8

6

62.23

10.17

Laine de roche

0,04

17

12,15

5

106.75

27.06

Polystyrène expansé PSE

0,04

17

30

1

82.08

10.35

Laine de coton recyclée

0,04

17

15,40

4

71.28

2.43

Fibre de bois

0,04

17

28,20

2

120.02

-18.27

Laine de chanvre

0,04

17

18,85

3

38.88

-0.58

PARTIE SPÉCIFIQUE (8 points) — ARCHITECTURE ET CONSTRUCTION

Réhabilitation du centre nautique des Vals du Dauphiné

Dans la partie spécifique, vous devez choisir entre traiter la partie B (choix 1) ou la partie E (choix 2).

Les autres parties sont à traiter obligatoirement.

Mise en situation

Un des objectifs de la réhabilitation du centre nautique est l'amélioration de la performance énergétique du complexe. Dans ce but, le centre nautique disposera d'une isolation thermique des murs, ce qui n'était pas le cas.

Dans cette partie nous étudierons le mur présenté sur le DTS1. L'objectif de l'étude proposée est d'étudier la conception et la réalisation de l'isolation thermique pour atteindre les performances voulues par le bureau d'études ainsi que la mise en sécurité du bâtiment.

Partie C: comment empêcher l'isolant d'absorber l'humidité ?

Question C.1

Expliquer quelle sera la conséquence sur la résistance thermique de l'isolant s'il se gorge d'eau par un défaut d'étanchéité du bardage par exemple.

Proposer une solution pour y remédier.

L'humidité relative constatée dans le centre nautique est de 80% et la température intérieure est de 20°C.

Question C.2

Expliquer pourquoi il est important de connaitre la valeur du point de rosée.

Déterminer sa valeur en utilisant le diagramme de l'air humide sur le document réponse DRS4.

°C

On donne ci-après la répartition des températures dans la paroi:

Question C.3

Dire, en expliquant, s'il y a risque de condensation dans l'isolant.

Expliquer le rôle d'un pare vapeur.

Indiquer par une flèche sa position exacte sur le document réponse DRS5.

PARTIE SPÉCIFIQUE (8 points) — ARCHITECTURE ET CONSTRUCTION

Réhabilitation du centre nautique des Vals du Dauphiné

Dans la partie spécifique, vous devez choisir entre traiter la partie B (choix 1) ou la partie E (choix 2).

Les autres parties sont à traiter obligatoirement.

Mise en situation

Un des objectifs de la réhabilitation du centre nautique est l'amélioration de la performance énergétique du complexe. Dans ce but, le centre nautique disposera d'une isolation thermique des murs, ce qui n'était pas le cas.

Dans cette partie nous étudierons le mur présenté sur le DTS1. L'objectif de l'étude proposée est d'étudier la conception et la réalisation de l'isolation thermique pour atteindre les performances voulues par le bureau d'études ainsi que la mise en sécurité du bâtiment.

Partie D: combien de jour faut-il pour mettre en place l'Isolation Thermique par l'Extérieur (ITE) ?

Le bardage métallique choisi par l'architecte repose contre 4 lisses horizontales.

Question D.1

Déterminer l'épaisseur des lisses horizontales permettant de fixer le bardage au mur en BA. Répondre en précisant la valeur de la cote manquante.

Question D.2

Déterminer le nombre de rangées de plaques de bardage pour réaliser le recouvrement de la partie de façade repérée sur le document réponse DRS6. Les plaques seront coupées en usine à la longueur de 4,4 m, et ajustées sur place au niveau du trottoir.

Question D.3

Déterminer l'aire de la façade à couvrir, ainsi que les temps de pose de l'ITE pour cette partie de façade étudiée. Dans un souci de simplification la présence du trottoir sera négligée.

Tâche

TU (Temps Unitaire)

Nombre d'heures de main d'œuvre (h)

Tâche

TU

Nombre d'heures de main d'œuvre (h)

Traçage calepinage

0,08 h/m²

Pose de l'isolant

0,15 h/m²

Pose des lisses

0,1 h/m

Pose du pare pluie

0,05 h/m²

Pose des équerres

0,15 h/m de lisse

Pose du bardage

0,1 h/m²

Pose de la grille anti-rongeur

0,15 h/m

Nombre total d'heures de main d'œuvre

Question D.4

L'entreprise qui s'occupe de la pose de l'ITE prévoit pour ce chantier une équipe de 4 ouvriers travaillant 7 h/jour sur le chantier.

Déterminer la durée de pose en jours de l'ITE pour la partie de façade étudiée.

jours

PARTIE SPÉCIFIQUE (8 points) — ARCHITECTURE ET CONSTRUCTION

Réhabilitation du centre nautique des Vals du Dauphiné

Dans la partie spécifique, vous devez choisir entre traiter la partie B (choix 1) ou la partie E (choix 2).

Les autres parties sont à traiter obligatoirement.

Mise en situation

Un des objectifs de la réhabilitation du centre nautique est l'amélioration de la performance énergétique du complexe. Dans ce but, le centre nautique disposera d'une isolation thermique des murs, ce qui n'était pas le cas.

Dans cette partie nous étudierons le mur présenté sur le DTS1. L'objectif de l'étude proposée est d'étudier la conception et la réalisation de l'isolation thermique pour atteindre les performances voulues par le bureau d'études ainsi que la mise en sécurité du bâtiment.

Choix 2

Partie E: Comment assurer la sécurité des usagers sur la plateforme de déchargement ?

Une plateforme de déchargement doit être conservée dans le nouveau projet (voir photos du DTS1). Sa mise en sécurité impose à l'architecte de mettre en place un garde-corps. Le modèle retenu est présenté ci-dessous:

L'entraxe des montants du garde-corps choisi par l'architecte est 0,8 m.

DTS6: Caractéristiques du garde-corps et de ses fixations

Suivant le lieu où le garde-corps doit être implanté, les charges réglementaires appliquées au garde-corps changent:

Tribune de stade: 1700 N/m

ERP (Établissement recevant du public): 1000 N/m

Coursives et cages d'escaliers des habitations collectives: 600 N/m

Locaux privés: 600 N/m si la longueur est > à 3,25 m, sinon 1300 N/m.

Toitures terrasses non accessibles au public: 300 N/m.

Question E.1

Préciser quelle est la valeur de la charge linéique réglementaire à utiliser et déterminer l'effort $F_{\text{utilisateur}}$ en N supporté en tête de montant.

Question E.2

On précise que la hauteur réglementaire du garde-corps est de 1020 mm.

Écrire l'équation des moments au niveau du point A.

En déterminer l'effort $F_{\text{ancrage}}$ que doivent reprendre les deux goujons pour maintenir l'équilibre.

Question E.3

Quelques soient les résultats précédents, on considérera que chaque goujon supporte un effort de 7700 N.

Choisir une référence ( préciser le diamètre) pour les goujons à utiliser à partir du document DTS6.