MAQUETTE/DEMONSTRATEUR MAISON ECOLOGIQUE

Ph. Dondon, P. Cassagne, M. Feugas © Copyright  Enseirb-Matmeca/Collège Chambéry 2011


Information : Cette maquette pédagogique entièrement fait à la main et totalement fonctionnelle à été réalisée en collaboration avec les élèves et professeurs du collège Chambéry section SEGPA à Villenave d'Ornon et la Maison de la Nature et de l'Environnement de Bordeaux.

Un grand merci à tous les participants au projet, qui a nécéssité plus de 1500 heures de travail, tout cumulé.

Une belle aventure humaine, sans sponsors, dans un esprit développement durable, histoire de se rappeler que " Science sans conscience n'est que ruine de l'âme" (Rabelais, il ya près de 500 ans). La suite en 2012.

La maquette a reçu le prix spécial du développement durable de la Ville de Talence en juin 2011, remis par A. Cazabonne maire de Talence

Texte et photos © Copyright


1. Objectifs du projet

Réaliser une maquette pédagogique de maison avec des matériaux de construction véritables et entièrement fonctionnelle en respectant les règles de construction réelles, afin de :

- sensibiliser les collégiens et les éleves ingénieurs au concept de développement durable, aux économies et à la gestion d'énergie

- servir de support d'enseignement technologique au collège

- servir de support à des Travaux pratiques "mesures" à l'Enseirb-Matmeca

- servir de support pour la réalisation de projets électroniques sur les thèmes de basse consommation, basse tension et énergie "verte". En particulier, cela permettra la mise au point de dispositifs électronique de chauffage et régulation de température, génération et gestion d'énergie multi-source, solaire, éolien, hydraulique, hydrogène, système d'éclairage basse consommation, technique de mesure thermique (mise en œuvre de camera infrarouge avec correction d'émissivité, et autre capteur), caractérisation de matériaux, système de chauffage solaire etc. L'échelle choisie est le 1/20 pour permettre le transport facile tout en présentant une taille suffisante pour les manipulations pédagogiques.

Cette maquette pourra en outre servir de démonstrateur pour les journées de la science en fête, lors d'exposition et/ou lors de la semaine développement durable.

2. Les étapes de la réalisation

2.1 Le cahier des charges

1° La maquette est réalisée à échelle 1/20 sur deux socles en cotnre plaqué de 80 cmx100cm

2° la maison est carrée, de plein pied (50cm x 50cm) montée sur "pilotis" de 20 cm de haut pour laisser un accès sous la maison (câblage électrique)

La maison comporte 3 parties selon un concept de "boite à chaussure retournée" pour assurer la meilleur isolation thermique possible :

Partie 1 : bâti extérieur en béton cellulaire syporex aspect brut et/ou crépi.
Partie 2 : isolation intérieure amovible (murs et plafond), emboitable par le haut dans le bâti principal.. Trois types d'isolation différents ( mousse polyuréthane 1cm+feuille d'aluminium, polystyrene, liège etc…)

Partie 3 : toiture amovible à 2 pentes pour accéder à l 'intérieur de la maison (changement isolation, câblage ou autre)

4° Ouvertures : les ouvertures sont réalisées sur le bâti extérieur partie 1 et en vis-à-vis sur la partie 2;: 1 porte d'entrée en bois, une fenêtre par façade. chassis PVC, simple vitrage, volets bois+ appui fenêtre. Une des fenêtres sera équipée de double vitrage amovibles

Sol de la maison : 4 ouvertures d'un diamètre 3 cm dans le sol pour le câblage électrique. Et " 4 bouchons " en cas de non cablage. Une ouverture type puits canadien pour la circulation d'air frais. Isolation + chauffage par le sol.

6 ° Aménagement intérieur minimum quelques cloisons une cheminée avec conduit vertical circulaire diamètre 15mm, (type PVC) jusqu'au faîtage du toit pour simuler une extraction VMC.

7° Toiture -Toit amovible double (pente 30% comme dans le Sud ouest) avec charpente type fermettes américaines . couverture tuile plates, réserve pourr panneau solaire et VLux.

8° Eléments esthétiques : cheminée, Velux, une salle de bain, (illustration pédagogique des métiers carreleur, plombier, peintre)

9° Abords de la maison, -Jardin en pente douce jusqu'au bord du support 80cmx100cm , en gardant l'accès libre sous les pilotis. - Finition peinture ou pelouse style modélisme ferroviaire.

10° Sources d'énergie : intégrée sur le second socle

Implantation maquette

2.2 La réalisation pratique

Photo 1: Réailsation des murs en siporex.

Photo 2: La charpente (fermettes américianes)

Photo 3: La salle de bain ( il y a même la brosse à dents et le savon)

Photo 4: La salle de séjour ( il y a même le bouquet de fleurs)

Photo 5: Les WC....(il y a même le balai)

Photo 6: Isolation modulaire intérieure

Photo 7: Toiture tuile et panneau solaire

 

Photo 8: Intégration des sources d'énergie

moteur stirling , panneau solaire, min éolienne , pile à hydrogène, bassin et pompe a eau solaire

Photo 9: Résultat final (taille du support 1mx1m60 en deux morceaux)

 2.3 Systèmes et cartes électroniques réalisés ou en cours de réalisation

2.3.1 Chauffage électrique de la maison

Le chauffage électrique de la maison est réalisé par des résistances chauffantes de puissance céramiques alimenté sur une alimentation DC 10V ( l'équivalent pour notre maquette du secteur pour une véritable maison). Une carte de commande permet de fixer une consigne de température réguler le chauffage de notre maquette.

2.3.2 Gestion du panneau solaire toiture maison

Le panneau solaire (190 cellules IXYS assemblées) sur le toit de la maison permet de charger une batterie NimH ( 2 éléments 1,25V) le jour et d'éclairer le jardin la nuit avec 4 leds basse consommation. Une carte alimentée par un micro élévateur de tension a été développée pour réguler le courant de charge batterie et assurer l'éclairage nocturne grâce à une LDR notamment.

2.3.3 Gestion du panneau solaire mobile

Pour illustrer le tracking solaire déjà abondamment utilisé notamment en Espagne, nous avons réalisé un système simplifié de suivi du soleil . Le panneau est monté sur un servo moteur et équipé de 2 capteurs de lumière de chaque coté. Un asservissement permet de pointer le panneau toujours face au soleil (une lampe dans notre cas) et de suivre son déplacement au cour de la journée. Pour plus de détail sur la modélisation du traqueur, cliquer ici.

2.3.4 Centrale météo

Sur un chassis anémomètre à coupelle (Vaisala), nous avons réalisé un circuit electronique affichant la vitesse du vent sur un bargraph. Il est prévu d'utiliser cette information pour mettre en position de sécurité horizontale le panneau solaire mobile décrit juste avant. La température extérieure, la pression et l'humditié seront également mesurées.

2.3.5 Gestion de la pile à hydrogène

La pile a hydrogène (H-TEC) associéé à un panneau solaire permet de générer par électrolyse de l'eau, de l'hydrogène stoké dans un réservoir.Le remplissage est controlé électroniquement. Lorsque le besoin s'en fait sentir (seuil de température), la pile actionne un ventilateur pulsant de l'air à travers le puits canadien en vue de rafraichir la maison. Un couplage avec la VMC d'extraction est à l'étude, à l'image des VMC double flux.

2.3.6 Tour solaire

Bien que non raccordée à la maison, la tour solaire ( fourniture association APRIT), est là en démonstration des concepts acutellement à l'étude en Australie notamment. La tour est fonctionnelle .

2.3.7 Moteur Stirling

Pour illustrer l'utilisation des moteur Striling, nous avons réalisé un système simplifié connecté a une mini bétonnière.

Pour plus de détail sur la modélisation du moteur, cliquer ici.

2.3.8 Voiture électrique

Ce projet développement durable a donné prétexte a un sujet voiture électrique miniature : Un chassis Nikko radio commandé a été utilisé.

Alimentée sur batterie 9,6V, nous avons réalisé l'asservissement de la direction sur le train avant, la réception des 2 canaux de télécommande et le traitement par micro controleur PIC, la commande de puissance marche Av/Ar ( pont en H).

Photo 13: Voiture électrique

Et ce n'est pas fini: la suite en 2012...

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