L’habitat d’aujourd’hui évolue dans un contexte où les économies d’énergie deviennent une priorité et où les nuisances sonores sont une préoccupation majeure des Français. Or l’isolation thermique d’un bâtiment peut améliorer mais aussi dégrader le confort acoustique de celui-ci.

Ces deux séquences montrent aux élèves de 5ème que cette problématique dépend en partie des propriétés des matériaux qui seront choisis. Ils mènent une démarche d’investigation et vérifient les qualités thermiques ou acoustiques de plusieurs matériaux (laine de roche, polystyrène expansé, complexe isolant aluminium, liège, bois aggloméré, plaque de plâtre, carrelage, moquette ou sol vinyle sur mousse).

Ces matériaux sont disponibles dans la plupart des grandes surfaces de bricolage. Ils permettent de réaliser des tests d’isolation thermique, de transmission de bruits aériens ou de bruits d’impacts à l’aide du même banc d’essai. Les élèves mesurent et enregistrent la température ou le niveau sonore via le pack Lego Mindstorms NXT et ses capteurs. Pour les essais acoustiques, le haut-parleur du NXT est également la source sonore. Il émet un son à une fréquence et à une intensité programmées. Il produit alors le même bruit aérien quel que soit le matériau testé. Les données acquises se traduisent dans l’interface du logiciel par une représentation visuelle, ce graphique facilite l’observation et l’interprétation des résultats obtenus.

Un support conçu à l’aide du logiciel SolidWorks permet d’utiliser le pack NXT afin de mettre en place et interpréter un essai.

Pour l'isolation thermique, il s’agit d’observer la température à l’intérieur de deux boîtes placées par exemple dans la cour du collège.

La première boîte sert de témoin, la seconde boîte permet de faire varier un facteur, c’est à dire doubler les parois à l’aide du matériau dont on souhaite étudier les propriétés thermiques.

Les capteurs de la brique NXT peuvent être utilisés pour réaliser des expériences de diverses façons : avec une connexion USB à l’ordinateur (visualisation en temps réel), à distance sur le terrain avec la brique NXT (transfert du journal des données sur l’ordinateur après la collecte) ou par collecte automatique sans intervention humaine nécessaire (programmation d’expérience). C’est cette dernière méthode qui a été utilisée pour notre essai.

Avec le même support on peut aussi mettre en évidence les propriétés acoustiques d’un matériau.

Le module Data Logging du logiciel LME/NXT permet de configurer simplement une mesure ou plusieurs mesures lors d’une expérience en choisissant dans une liste les capteurs utilisés, les ports sur lesquels ils sont branchés, la durée de la mesure et la fréquence d’échantillonnage. Le NXT peut générer des sons grâce à son haut parleur intégré et enregistrer simultanément le niveau sonore mesuré par son capteur audio dans un fichier journal.

Lors de l’acquisition des données, le jeu de données est enregistré en tant que simple fichier texte et peut être exploité avec un tableur/grapheur. L’acquisition des données peut être faite sans connexion à un ordinateur, le résultat ne sera pas visualisé en temps réel mais après téléchargement du jeu de données sur le poste de travail.

Les élèves peuvent alors comparer les résultats obtenus avec des matériaux différents comme le Placoplatre, le bois, le liège, le polystyrène, la laine de roche, etc.

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Modèle virtuel eDrawings de la boîte à télécharger :